虛擬儀器典型測控系統(tǒng)編程實(shí)踐

前言

　　前言　　隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，測試技術(shù)與計(jì)算機(jī)深層次的結(jié)合正引起測試儀器領(lǐng)域里一場新的革命，一種全新的儀器結(jié)構(gòu)概念導(dǎo)致新一代儀器——虛擬儀器的出現(xiàn)。它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是引起產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向，它的出現(xiàn)使得人類的測試技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展紀(jì)元。　　虛擬儀器在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出與傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)勢，可以說虛擬儀器技術(shù)是現(xiàn)代測試技術(shù)的關(guān)鍵組成部分。虛擬儀器由計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡等相應(yīng)硬件和專用軟件構(gòu)成，既有傳統(tǒng)儀器的特征，又有一般儀器不具備的特殊功能，在現(xiàn)代測控應(yīng)用中有著廣泛的應(yīng)用前景?！　∽鳛闇y試工程領(lǐng)域的強(qiáng)有力工具，近年來，由美國國家儀器公司（NationalInstruments，簡稱NI）開發(fā)的虛擬儀器軟件LabVIEW和LabWindows/CVI得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，在測試系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和研究方面得到廣泛應(yīng)用?！　abVIEW是一種基于G語言（GraphicsLanguage，圖形化編程語言）的測試系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺。它采用工程人員熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)等圖形化符號來代替常規(guī)基于文字的語言程序。它把復(fù)雜、繁瑣、費(fèi)時(shí)的語言編程簡化成用菜單或圖標(biāo)提示方法來完成某些功能的選擇圖標(biāo)，并提供用線條把各種功能圖標(biāo)連接起來的簡單圖形編程方式。利用LabVIEW，用戶可通過定義和連接代表各種功能模塊的圖標(biāo)，方便迅速地創(chuàng)建虛擬儀器。　　LabWindows/CVI是32位的面向計(jì)算機(jī)測控領(lǐng)域的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，它是以ANSIC為核心的交互式虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，將功能強(qiáng)大的C語言與測控技術(shù)有機(jī)結(jié)合，具有靈活的交互式編程方法和豐富的庫函數(shù)，為開發(fā)人員建立檢測系統(tǒng)、自動測試環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供理想的軟件開發(fā)環(huán)境?！　abWindows/CVI主要應(yīng)用在各種測試、控制、故障分析及信息處理軟件的開發(fā)中，與LabVIEW相比，其更適合中、大型復(fù)雜測試軟件的開發(fā)?；贚abWindows/CVI設(shè)計(jì)的虛擬儀器，在無損檢測、電力儀表系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、流程控制系統(tǒng)、故障診斷和醫(yī)療等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。LabWindows/CVI已經(jīng)成為測控領(lǐng)域最受歡迎的開發(fā)平臺之一，并且得到較為廣泛的應(yīng)用?！　√摂M儀器軟件要實(shí)現(xiàn)儀器功能，一項(xiàng)重要的任務(wù)是獲取被測對象的數(shù)據(jù)，因此，數(shù)據(jù)采集和通信是LabVIEW和LabWindows/CVI的核心技術(shù)?！　閺浹a(bǔ)虛擬儀器設(shè)計(jì)同類書籍在測控應(yīng)用實(shí)踐方面的缺憾，提高廣大學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和設(shè)計(jì)虛擬儀器系統(tǒng)的能力，我們編寫了本書?！　”緯鴱墓こ虘?yīng)用的角度出發(fā)，較全面和系統(tǒng)地介紹了虛擬儀器典型測控系統(tǒng)，內(nèi)容包括：PC與PCI數(shù)據(jù)采集卡、PC與單片機(jī)、利用PC與PLC、PC與遠(yuǎn)程I/O模塊、PC與USB數(shù)據(jù)采集模塊、PC與CAN總線模塊、PC與無線數(shù)傳模塊、PC與智能儀器以及PC與GSM短信模塊等組成的測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。每個(gè)實(shí)例首先介紹相關(guān)的硬件技術(shù)，然后給出具體的測控線路和完整的LabVIEW和LabWindows/CVI程序?！　刑峁┑某绦虼a完整且全部在WindowsXP環(huán)境下LabVIEW8.2及其以上版本、LabWindows/CVI8.0及其以上版本編譯運(yùn)行通過，并經(jīng)過系統(tǒng)測試，讀者可以直接使用或者稍加修改便可用于自己的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中。需要說明的是，本書僅提供了關(guān)鍵的核心程序，即在程序運(yùn)行畫面中實(shí)時(shí)顯示傳感器檢測的信號值，超限時(shí)輸出開關(guān)控制信號等，其他如線性化、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)處理、誤差分析、數(shù)字PID控制等與算法程序，讀者可以根據(jù)自己的系統(tǒng)需求自行設(shè)計(jì)?！　〉碚摚y控系統(tǒng)整體概念，以工程實(shí)踐為主，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“搭積木”方式，突出程序設(shè)計(jì)，重在功能實(shí)現(xiàn)，這是本書的特色，也是與已有測控系統(tǒng)類書籍不同的地方，相信對讀者學(xué)習(xí)虛擬儀器測控系統(tǒng)會有很大幫助。　　本書內(nèi)容豐富，提供了典型的虛擬儀器測控應(yīng)用系統(tǒng)，有較強(qiáng)的先進(jìn)性、實(shí)用性和可操作性，可供各類自動化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī)電一體化、測控儀器等專業(yè)的大學(xué)生、研究生學(xué)習(xí)虛擬儀器技術(shù)，也可供計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)研發(fā)的工程技術(shù)人員參考?！　榉奖阕x者學(xué)習(xí)，本書提供超值配套光盤，內(nèi)容包括所有實(shí)例的源程序、程序運(yùn)行錄屏、系統(tǒng)測試錄像、軟硬件資源等。　　本書由塔里木大學(xué)李向陽編寫第1、2、3章，萬暢編寫第4、5、6章，王麗編寫第7、8章；石河子大學(xué)曹衛(wèi)彬編寫第9、10章，劉榮編寫第11章，葛云編寫第12章，李江全編寫緒論和附錄。全書由曹衛(wèi)彬教授擔(dān)任主編并統(tǒng)稿，李向陽、萬暢、李江全擔(dān)任副主編。參與編寫工作的人員還有田敏、劉恩博、胡蓉、任玲、李宏偉、張茜、王洪坤、鄭瑤等老師；電子開發(fā)網(wǎng)、北京研華科技、石河子大學(xué)電氣工程實(shí)驗(yàn)中心等在硬件和軟件方面提供了關(guān)鍵技術(shù)支持；電子工業(yè)出版社陳韋凱編輯在全書的策劃、加工中做了大量工作，編者借此機(jī)會對他們致以深深的謝意?！　∮捎诰幷咚接邢?，書中難免存在不妥或錯誤之處，懇請廣大讀者批評指正。　　編著　　2011年11月

內(nèi)容概要

　　《電子／電氣工程師應(yīng)用技術(shù)叢書：虛擬儀器典型測控系統(tǒng)編程實(shí)踐》從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，較全面和系統(tǒng)地介紹了虛擬儀器的典型測控系統(tǒng)，內(nèi)容包括：PC與PCI數(shù)據(jù)采集卡、PC與單片機(jī)、利用PC與PLC、PC與遠(yuǎn)程I/O模塊、PC與USB數(shù)據(jù)采集模塊、PC與CAN總線模塊、PC與無線數(shù)傳模塊、PC與智能儀器，以及PC與GSM短信模塊等組成的測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。每個(gè)實(shí)例首先介紹相關(guān)的硬件技術(shù)，然后給出具體的測控線路和完整的LabVIEW和LabWindows/CVI程序。
　　為方便讀者學(xué)習(xí)，《電子／電氣工程師應(yīng)用技術(shù)叢書：虛擬儀器典型測控系統(tǒng)編程實(shí)踐》提供超值配套光盤，內(nèi)容包括所有實(shí)例的源程序、程序運(yùn)行錄屏、系統(tǒng)測試錄像、軟/硬件資源等。

書籍目錄

第0章 緒論
　0.1 虛擬儀器的含義與特點(diǎn)
　0.1.1 虛擬儀器的產(chǎn)生
　0.1.2 虛擬儀器的概念
　0.1.3 虛擬儀器的特點(diǎn)
　0.1.4 虛擬儀器的應(yīng)用
　0.2 虛擬儀器的組成與構(gòu)成方式
　0.2.1 虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)
　0.2.2 虛擬儀器的構(gòu)成方式
　0.2.3 構(gòu)建虛擬儀器的步驟
　0.3 虛擬儀器系統(tǒng)的輸入與輸出信號
　0.3.1 模擬信號
　0.3.2 數(shù)字信號
　0.4 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)與開發(fā)平臺
　0.4.1 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)
　0.4.2 虛擬儀器的開發(fā)平臺
　0.5 虛擬儀器的設(shè)計(jì)原則和方法
　0.5.1 虛擬儀器的設(shè)計(jì)原則
　0.5.2 虛擬儀器的設(shè)計(jì)方法
　0.6 本書說明
　
第1章 基于單片機(jī)的虛擬儀器
　1.1 典型單片機(jī)開發(fā)板簡介
　1.1.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)的組成
　1.1.2 單片機(jī)開發(fā)板B的功能
　1.1.3 單片機(jī)開發(fā)板B的主要電路
　1.2 PC與單片機(jī)開發(fā)板B組成的虛擬儀器
　1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
　1.2.2 線路連接
　1.2.3 利用C51語言實(shí)現(xiàn)單片機(jī)溫度測控
　1.2.4 利用匯編語言實(shí)現(xiàn)單片機(jī)溫度測控
　1.2.5 利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)PC與單片機(jī)溫度測控
　1.2.6 利用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)PC與單片機(jī)溫度測控
　
第2章 基于三菱PLC的虛擬儀器
　2.1 三菱PLC特殊功能模塊與通信協(xié)議
　2.1.1 FX2N系列PLC的特殊功能模塊
　2.1.2 三菱PLC編程口通信協(xié)議
　2.2 PC與三菱FX2N PLC組成的虛擬儀器
　2.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
　2.2.2 線路連接
　2.2.3 三菱PLC端溫度測控程序設(shè)計(jì)
　2.2.4 利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)
　2.2.5 利用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)
　
第3章 基于西門子PLC的虛擬儀器
　3.1 西門子PLC模擬量擴(kuò)展模塊與通信協(xié)議
　3.1.1 西門子PLC模擬量輸入模塊
　3.1.2 西門子PLC PPI通信協(xié)議
　3.2 PC與西門子S7-200 PLC組成的虛擬儀器
　3.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
　3.2.2 線路連接
　3.2.3 西門子PLC端溫度測控程序設(shè)計(jì)
　3.2.4 利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)
　3.2.5 利用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)
　
第4章 基于NI數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器
　4.1 PCI-6023E數(shù)據(jù)采集卡簡介
　4.1.1 PCI-6023E數(shù)據(jù)采集卡的功能
　4.1.2 安裝DAQ設(shè)備驅(qū)動程序
　4.1.3 數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)設(shè)置與測試
　4.2 PC與PCI-6023E數(shù)據(jù)采集卡組成的虛擬儀器
　4.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
　4.2.2 線路連接
　4.2.3 利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)
　4.2.4 利用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)
　
第5章 基于研華數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器
　5.1 PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集卡簡介
　5.1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述
　5.1.2 基于PC的DAQ系統(tǒng)組成
　5.1.3 用PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集卡組成的測控系統(tǒng)
　5.1.4 PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集卡的安裝與測試
　5.2 PC與PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集卡組成的虛擬儀器
　5.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
　5.2.2 線路連接
　5.2.3 利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)
　5.2.4 利用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)
　
第6章 基于分布式I/O模塊的虛擬儀器
　6.1 典型分布式I/O模塊簡介
　6.1.1 集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
　6.1.2 ADAM4000系列遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)
　6.1.3 ADAM4000系列模塊簡介
　6.1.4 ADAM4000系列模塊的軟件安裝
　6.2 PC與ADAM4000系列模塊組成 的虛擬儀器
　6.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
　6.2.2 線路連接
　6.2.3 利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)
　6.2.4 利用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)
　
第7章 基于CAN總線模塊的虛擬儀器
　7.1 典型CAN總線功能模塊簡介
　7.1.1 現(xiàn)場總線控制技術(shù)概述
　7.1.2 CAN總線控制技術(shù)概述
　7.1.3 CAN接口卡與iCAN系列功能模塊簡介
　7.2 PC與iCAN-4000系列模塊組成的虛擬儀器
　7.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
　7.2.2 線路連接
　7.2.3 利用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)
　
第8章 基于USB數(shù)據(jù)采集模塊的虛擬儀器
　8.1 USB總線在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用
　8.1.1 USB總線及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)
　8.1.2 采用USB傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)
　8.1.3 典型USB數(shù)據(jù)采集模塊簡介
　8.2 PC與USB4711A數(shù)據(jù)采集模塊組成的虛擬儀器
　8.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
　8.2.2 線路連接
　8.2.3 利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)
　8.2.4 利用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)
　
第9章 基于無線數(shù)傳模塊的虛擬儀器
　9.1 典型無線數(shù)傳模塊簡介
　9.1.1 無線數(shù)傳技術(shù)概述
　9.1.2 DTD46X系列無線數(shù)傳模塊
　9.2 PC與DTD462無線數(shù)傳模塊組成的虛擬儀器
　9.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
　9.2.2 線路連接
　9.2.3 利用匯編語言實(shí)現(xiàn)基于DS18B20的單片機(jī)溫度測控
　9.2.4 利用C51語言實(shí)現(xiàn)基于DS18B20的單片機(jī)溫度測控
　9.2.5 利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)無線數(shù)傳模塊溫度測控
　9.2.6 利用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)無線數(shù)傳模塊溫度測控
　
第10章 基于GSM短信模塊的虛擬儀器
　10.1 GSM網(wǎng)絡(luò)短信測控技術(shù)
　10.1.1 GSM短信測控系統(tǒng)的特點(diǎn)與組成
　10.1.2 AT指令介紹
　10.1.3 超級終端的使用
　10.2 PC與TC35短信模塊組成的虛擬儀器
　10.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
　10.2.2 線路連接
　10.2.3 利用C51語言實(shí)現(xiàn)單片機(jī)溫度檢測及短信發(fā)送
　10.2.4 利用C51語言實(shí)現(xiàn)單片機(jī)短信接收及繼電器控制
　10.2.5 利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)PC短信接收與發(fā)送
　10.2.6 利用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)PC短信接收與發(fā)送
　
第11章 基于智能儀器的虛擬儀器
　11.1 典型智能儀器簡介
　11.1.1 智能儀器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
　11.1.2 XMT-3000A型智能儀器的通信協(xié)議
　11.1.3 PC與XMT-3000A型智能儀器串口通信調(diào)試
　11.2 PC與XMT-3000A智能儀器組成的虛擬儀器
　11.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
　11.2.2 線路連接
　11.2.3 利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)PC與單臺智能儀器溫度測控
　11.2.4 利用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)PC與單臺智能儀器溫度測控
　11.2.5 利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)PC與多臺智能儀器溫度測控
　11.2.6 利用LabWindows/CVI實(shí)現(xiàn)PC與多臺智能儀器溫度測控
　
第12章 基于INTERNET網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀器
　12.1 網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)概述
　12.1.1 工業(yè)測控網(wǎng)絡(luò)
　12.1.2 網(wǎng)絡(luò)化測控儀器
　12.1.3 TCP/IP協(xié)議概述
　12.1.4 DataSocket 技術(shù)概述
　12.2 基于LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)化測控
　12.2.1 LabVIEW中的TCP節(jié)點(diǎn)
　12.2.2 LabVIEW中的DataSocket函數(shù)節(jié)點(diǎn)
　12.2.3 LabWindows/CVI中的TCP/IP函數(shù)庫
　12.2.4 在LabVIEW 中利用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信
　12.2.5 在LabVIEW中利用DataSocket技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信
　12.2.6 在LabWindows/CVI 中利用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信
附錄A LabVIEW串口通信函數(shù)
附錄B LabWindows/CVI串口通信函數(shù)
附錄C LabWindows/CVI數(shù)據(jù)采集函數(shù)庫
參考文獻(xiàn)
　　

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   第0章 緒論 虛擬儀器是用通用計(jì)算機(jī)硬件加上軟件來仿真?zhèn)鹘y(tǒng)測量儀器的設(shè)備，是以測量、分析、顯示為主，控制為輔的更加先進(jìn)的科學(xué)儀器，它為儀器的測量分析帶來更加輝煌的未來。虛擬儀器技術(shù)是計(jì)算機(jī)測控技術(shù)的重要分支。 0．1 虛擬儀器的含義與特點(diǎn) 0．1．1 虛擬儀器的產(chǎn)生 測量儀器發(fā)展至今，大體可分為四個(gè)階段：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。 模擬儀器，這類儀器是以電磁感應(yīng)基本定律為基礎(chǔ)的指針儀器儀表?；窘Y(jié)構(gòu)是電磁機(jī)械式的，借助指針來顯示最終結(jié)果，如指針式萬用表、晶體管電壓表等。這類儀器在某些實(shí)驗(yàn)室仍能看到。 數(shù)字化儀器，這類儀器目前相當(dāng)普及，如數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率計(jì)等。這類儀器將模擬信號的測量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號測量，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，適用于快速響應(yīng)和較高準(zhǔn)確度的測量。 智能儀器，這類儀器內(nèi)置微處理器，既能進(jìn)行自動測試又具有一定的數(shù)據(jù)處理功能。智能儀器的功能模塊全部以硬件和固化軟件的形式存在，無論在開發(fā)還是在應(yīng)用上，都缺乏靈活性。 虛擬儀器，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是將來儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。 虛擬儀器技術(shù)是由美國國家儀器公司（National Instruments，NI）在1986年提出的一種構(gòu)成儀器系統(tǒng)的新概念，其基本思想是用計(jì)算機(jī)資源取代傳統(tǒng)儀器中的輸入、處理和輸出等部分，實(shí)現(xiàn)儀器硬件核心部分的模塊化和最小化；用計(jì)算機(jī)軟件和儀器軟面板實(shí)現(xiàn)儀器的測量和控制功能。 虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展是分不開的。 一方面，計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步為新型的測控儀器產(chǎn)生提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，主要表現(xiàn)在： （1）微處理器和DSP（Digtal Signal Processing）技術(shù)的快速進(jìn)步及其性能價(jià)格比不斷提高，大大改變了傳統(tǒng)電子行業(yè)的設(shè)計(jì)思想和觀念，原來由硬件完成的許多功能今天能夠依靠軟件實(shí)現(xiàn)。 （2）面向?qū)ο蠹夹g(shù)、可視化程序開發(fā)語言在軟件領(lǐng)域?yàn)殚_發(fā)更多的易于使用、功能強(qiáng)大的軟件提供了可能。 另一方面，傳統(tǒng)的測量儀器越來越滿足不了科技進(jìn)步的要求，主要表現(xiàn)在： （1）現(xiàn)代測量要求儀器不僅能單獨(dú)測量某個(gè)量，而且更希望它們之間能夠互相通信，實(shí)現(xiàn)信息共享，從而完成對被測系統(tǒng)的綜合分析、評估，得出準(zhǔn)確判斷。傳統(tǒng)儀器在這方面顯然存在嚴(yán)重不足。 （2）對于復(fù)雜的被測系統(tǒng)，面對各個(gè)廠家的不同測試設(shè)備，使用者需要的知識很多。這樣的儀器不僅使用頻率和利用率低，而且硬件存在冗余。

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    虛擬儀器典型測控系統(tǒng)編程實(shí)踐 PDF格式下載

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