基于labview的远程数据采集系统设计 毕业论文 - 图文(3)

目 录

第一章 绪论 ..................................................................................................................................... 4

1.1 引言 .................................................................................................................................... 4 1.2 课题背景 ............................................................................................................................ 4

1.2.1 测控技术的国内外发展现状 ................................................................................. 4 1.2.2 虚拟仪器技术发展趋势 ......................................................................................... 5 1.3 本设计所做的工作 ............................................................................................................ 6

1.3.1 远程数据采集系统的设计 ..................................................................................... 6 1.3.2 远程数据检索的设计 ............................................................................................. 6

第二章 虚拟仪器 ............................................................................................................................. 7

2.1 虚拟仪器技术概述 ............................................................................................................ 7

2.1.1 虚拟仪器的概念 ..................................................................................................... 7 2.1.2 虚拟仪器的特点及优势 ......................................................................................... 7 2.1.3 虚拟仪器和传统仪器的比较 ................................................................................. 8 2.1.4虚拟仪器测试系统的组成 ...................................................................................... 9 2.1.5 虚拟仪器I/O接口设备 ......................................................................................... 9 2.1.6 虚拟仪器的软件结构 ........................................................................................... 10 2.2虚拟仪器的开发软件 ....................................................................................................... 11

2.2.1虚拟仪器的开发语言 ............................................................................................ 11 2.2.2 图形化虚拟仪器开发平台——LabVIEW .......................................................... 11 2.2.3基于LabVIEW平台的虚拟仪器程序设计 ......................................................... 11

第三章 系统设计理论及硬件平台的实现 ................................................................................... 13

3.1 PC机 ................................................................................................................................. 13 3.2 数据采集理论 .................................................................................................................. 13

3.2.1 数据采集技术概论 ............................................................................................... 13 3.2.2采集系统的一般组成及各部分功能描述 ............................................................ 14 3.2.3传感器 .................................................................................................................... 15 3.2.4信号调理 ................................................................................................................ 15 3.2.5 输入信号的类型 ................................................................................................... 16 3.2.6输入信号的连接方式 ............................................................................................ 18 3.2.2测量系统分类 ........................................................................................................ 18 3.2.8选择合适的测量系统 ............................................................................................ 20 3.3数据采集卡的选择 ........................................................................................................... 21

3.3.1数据采集卡的主要性能指标 ................................................................................ 21 3.3.2数据采集卡(DAQ卡)的组成 ............................................................................... 22 3.3.3 NI PCI-6221数据采集卡 ...................................................................................... 22 3.4多通道数据采集系统总体硬件框图 ............................................................................... 23 第四章 系统软件设计的相关技术 ............................................................................................... 24

4.1程序模块化设计概述 ....................................................................................................... 24

4.1.1程序设计的模块化原则 ........................................................................................ 24 4.1.2软件系统的模块化设计原则 ................................................................................ 24 4.1.3本设计的软件系统模块划分 ................................................................................ 25 4.2数据库技术 ....................................................................................................................... 26

4.2.1数据库技术概述 .................................................................................................... 26

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4.2.2 ADO与数据库的交互技术 .................................................................................. 27 4.2.3 MySQL数据库 ...................................................................................................... 27 4.3 Web技术 .......................................................................................................................... 28

4.3.1 Web技术概述 ........................................................................................................ 28 4.3.2 PHP技术 ............................................................................................................... 29 4.3.3远程数据访问系统 ................................................................................................ 30 4.4多线程技术 ....................................................................................................................... 30

4.4.1 Windows的多线程机制 ........................................................................................ 30 4.4.2 LabVIEW与多线程 .............................................................................................. 30 4.4.3多线程技术在本设计中的应用 ............................................................................ 31 4.5系统具体应用程序的实现 ............................................................................................... 31

4.5.1数据采集程序 ........................................................................................................ 31 4.5.2数据保存程序 ........................................................................................................ 31 4.5.3历史数据查询程序 ................................................................................................ 32 4.5.4报警记录程序 ........................................................................................................ 32

第五章 系统软件的具体实现 ....................................................................................................... 34

5.1登录系统 ........................................................................................................................... 34 5.2通道参数配置 ................................................................................................................... 35 5.3实时数据显示 ................................................................................................................... 35 5.4历史数据查询 ................................................................................................................... 36 5.5报警记录 ........................................................................................................................... 37 第六章 总结 ................................................................................................................................... 39 Abstract .......................................................................................................................................... 40 参考文献......................................................................................................................................... 41 致 谢 ............................................................................................................................................ 42

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第一章 绪论

1.1 引言

测控技术在现代科学技术、工业生产和国防科技等诸多领域中应用十分广泛，它的现代化已被认为是科学技术、国防现代化的重要条件和明显标志。20世纪70年代以来，计算机、微电子等技术迅猛发展，在其推动下，测控仪器与技术不断进步，相继诞生了智能仪器、PC仪器、VXI仪器、虚拟仪器及互换性虚拟仪器等微机化仪器及其自动测控系统，计算机与现代化仪器设备间的界限日渐模糊，测控领域和范围不断拓宽[1]。

近年来，以计算机为中心、以网络为核心的网络化测控技术与网络化测控系统得到越来越多的应用，尤其是在航空航天等国防科技领域。网络化的测控系统大体上由两部分组成：测控终端与传输介质，随着个人计算机的高速发展，测控终端的位置越来越多的被个人计算机所占据，其中，软件系统是计算机系统的核心，甚至是整个测控系统的灵魂，应用于测控领域的软件系统称为监控软件。传输介质组成的通信网络主要完成数据的通信与采集，这种数据采集系统是整个测控系统的主体，是完成测控任务的主力。因此，这种“监控软件－数据采集系统”构架的测控系统结构在很多领域都得到了广泛的应用，并形成了一套完整的理论。

1.2 课题背景

1.2.1 测控技术的国内外发展现状

早期的测控系统采用大型仪表集中对各个重要设备的状态进行监控，通过操作盘进行集中式操作；而计算机测控系统是以计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被控对象(生产过程)共同构成的整体。系统中的计算机实现生产过程的检测、监督和控制功能。由于通信协议不开放，因此这种测控系统是一个自封闭系统，一般只能完成单一的测控功能，一般通过接口，如RS-232或GPIB接口可与本地计算机或其他仪器设备进行简单互连[1]。

随着科学技术的发展，在我国国防、通信、航天、航空、气象、环境监测、制造等领域，要求测控和处理的信息量越来越大、速度越来越快。同时测控对象的空间位置日益分散，测控任务日益复杂，测控系统日益庞大，因此，提出了测控现场化、远程化、网络化的要求。传统的单机仪器己远远不能适应大数量、高质量的信息采集要求，产生了由计算机控制的测控系统，系统内单元通过各种总线互连，进行信息的传输。

网络化的测控技术兴起于国外，是在计算机网络技术、通信技术高速发展，以及对大容量分布式测控的大量需求背景下发展起来。主要可分为以下几个阶段。

第一阶段：

起始于20世纪70年代通用仪器总线(GPIB)的出现，GPIB实现了计算机与测控系统的首次结合，使得测量仪器从独立的手工操作单台仪器开始走向计算机控制的多台仪器的测控系统。此阶段是网络化测控系统的雏形与起始阶段。

第二阶段：

起始于20世纪80年代VXI标准化仪器总线的出现，VXI系统可以将大型计算机昂贵的外设、VXI设备、通信线路等硬件资源以及大型数据库程序等软件资源纳入网络，使得这些宝贵的资源得以共享。此阶段是网络化测控系统的初步发展阶段。

第三阶段：

随着技术的发展，现场总线技术的出现带动了现场总线控制系统(FCS)的迅速发展，使得可以在一个工厂范围内通过总线将成千上万个智能传感器/变送器等智能化的仪表组成一个网络化测控仪器系统，此阶段是网络化测控系统的快速发展阶段。

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第四阶段：

在对现代化要求极高的领域，传统的测控系统已经逐渐无法满足用户的要求。许多部门或大型企业迫切要求构建基于Internet或大型局域网的网络化测控系统，即通常所说的分布式测控网络，此阶段是网络化测控系统发展的成熟阶段。 1.2.2 虚拟仪器技术发展趋势

虚拟仪器是微电子、通信、计算机等现代科学技术高速发展的产物。自从1785年库仑发明静电扭秤，1834年哈里斯提出静电电表结构以来，电测仪表和电子仪器随相关技术的进步、仪器仪表元器件质量的提高和测量理论方法的改进得到飞速发展。有一种较普遍地说法将测量仪器的发展分为五个阶段，如图1.1所示。

模拟仪器电子仪器数字仪器智能仪器虚拟仪器19世纪五十年代20世纪图1.1测量技术的发展

七十年代九十年代

从十九世纪初到二十世纪末，测量仪器经历了模拟仪器、电子仪器、数字仪器、智能仪器等阶段，发展到现在的虚拟仪器。模拟仪器主要有模拟式电压表、电流表等，这些仪表解决了当时对某些量的测量的需求。从二十世纪初到五十年代左右，测量仪器的材料性能得到改善出现了电子管，同时测量理论和方法与电子技术、控制技术相结合，出现了以记录仪和示波器为代表的电子仪表五十年代以后随着晶体管和集成电路的出现以及应用电子技术的发展将数字技术成功地应用到测量仪器。这时电子控制集成电路和计算机技术开始融为一体成为测量仪器的主要特征。七十年代初第一片微处理器问世，微型计算机技术从此发展迅猛，在其影响下测量仪器呈现出新的活力并取得了长足进步。伴随微电子技术、计算机技术、网络技术的迅速发展及在电工电子测量技术领域的应用，测量仪器也不断进步和发展，出现了智能仪器。智能仪器是将微机置于仪器内部，使仪器具有控制、存储、运算、逻辑判断及自动操作等智能特点，并在测量准确度、灵敏度、可靠性、自动化程度、运用能力及解决测量技术问题的深度和广度等方面都有明显的进步。这种内置微处理器的仪器，既能进行自动测试又能完成数据处理，可取代部分的脑力劳动。随着电子技术、微计算机技术的发展，智能仪器的智能水平不断提高。

但是在数字化仪器、智能仪器阶段基本上没有摆脱传统仪器那种独立使用、手动操作的模式，难以胜任更复杂、多任务的测量需求。为解决这样的问题，总线式仪器与系统应运而生。人们发明制造出CAMAC、RS-232和GPIB等多种仪器通讯接口总线，用于将多台智能仪器连在一起，以构成更复杂的测试系统。1982年美国西北仪器公司总裁德·伯克提出了微机化仪器的概念，也就是人们现在常提到的卡式仪器。卡式仪器是虚拟仪器的雏形，是将传统独立式仪器的测量电路部分与接口部分集合在一起制成仪器功能卡，将其插入微机的内部插槽或外部插件箱中形成的仪器。PC总线仪器系统是卡式仪器的一种，它是利用PC机内部的总线，把若干块仪器卡插在PC机内部或外部扩展机箱内而组成的。插卡总线机箱与PC机间的通信，可利用RS-232、GPIB接口总线或以太网电缆等进行。

虽然许多厂家通过定义新的仪器总线，不断对卡式仪器进行改进，但其大多是在微机内总线的插槽上进行开发，没有统一标准，且各厂家生产的插卡尺寸大小不一，设备兼容性较差。在这种情况下，用户自然会提出标准化的要求。1987年，美国的惠普和泰克等5家公司在VME总线的基础上，联合提出了一种新型总线系统-VXI(VME eXtension For

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Instrumentation)总线，即由微机总线VME扩展而成的微机化仪器专用总线。1997年美国NI公司推出了一种新的仪器总线标准PXI总线标准。制定PXI规范的目的是为了将PC的性能价格比优势和PCI总线面向仪器领域的必要扩展结合起来，以期形成一种主流的虚拟仪器测试平台。相对VXI仪器，按PXI总线标准制成的PXI仪器具有成本低、便于组成便携式测试系统等优点[2]。这些以PC为核心、由测量功能软件支持，具有虚拟控制面板、必要仪器硬件和通信能力的PC仪器或VXI仪器就是虚拟仪器。虚拟仪器技术的出现，使得用户可以自己定义仪器，灵活地设计仪器系统，满足多种多样的实际需求。随着虚拟仪器软件开发平台及硬件的发展，基于虚拟仪器的仪器系统的开发周期更短，费用更低，测量速度、准确度及可复用性提高，且更便于相应仪器系统的维护和扩展[3]。

当今社会正处于一个正在高速发展的状态中，要在有限的时空内实现大量的信息交换，随之而来的是信息密度急剧增大，因而在研究和生产过程中要求数据采集系统对信息的处理速度越来越高，功能越来越强。先进的数据采集系统，不仅希望设备能够单独进行数据采集，还希望他们之间能够互相通信，构成数据采集系统，甚至是测试网络系统，实现信息共享，以便对众多的被测信号进行对比、综合和自动分析、从而得出准确的判断。然而传统的数据采集仪器在此方面受到很大的限制。

基于虚拟仪器技术的数据采集系统的提出在一定程度上解决了传统数据采集所面临的问题，虚拟仪器数据采集系统成为当今数据采集系统发展的重要方向。本文正是在虚拟仪器技术的基础上对多通道数据采集系统进行了设计，实现多路信号的采集，并对实验数据进行实时显示、记录、分析处理。

虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新趋势和新方向，并且是信息技术的重要领域扩充，对科学技术的发展和工业生产将产生不可估量的影响。

1.3 本设计所做的工作

1.3.1 远程数据采集系统的设计

本设计以3个通道进行设计，从传感器来的模拟输入信号，经过信号调理后，输入到NI PCI-6221数据采集卡，然后经过PCI总线送入PC机，由软件进行数据处理，包括数据的平均值滤波，采样波形的实时显示，并以一定的时间间隔插入数据库进行历史数据保存，边采集边保存，然后通过数据库技术实现了历史数据的检索。 1.3.2 远程数据检索的设计

关于远程数据检索部分，因为数据已保存到数据库里，通过网络很容易进行访问。本设计采用Apache＋PHP＋MySQL服务器套件来实现了采集数据的远程访问。

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