面向?qū)ο蟮臏y(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，測(cè)控系統(tǒng)的微機(jī)化是一個(gè)必然的趨勢(shì)。測(cè)控系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個(gè)方面。作為一門實(shí)用性很強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科，微機(jī)測(cè)控及其相關(guān)技術(shù)的研究已發(fā)展成為控制技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域里的重要研究?jī)?nèi)容和核心課題，其成果在各行各業(yè)特別是航空航天、交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，關(guān)于測(cè)控技術(shù)的書籍雖然很多，但其中講解硬件的偏多，而結(jié)合實(shí)際硬件系統(tǒng)介紹軟件編程的較少，很多書籍也只是涉及某一分支技術(shù)。能夠?qū)⑽C(jī)測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中軟件工程的規(guī)劃，桌面數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫訪問，與單片機(jī)、PLC、USB的通信等諸多技術(shù)綜合、系統(tǒng)地講解的書更是不多見。本書正是將這些知識(shí)有效地結(jié)合在一起，將其運(yùn)用于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。本書從面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，以實(shí)際的科研和工程項(xiàng)目為背景，以Visual Basic編程語言為例，著重講解了微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中高級(jí)語言編程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和核心技術(shù)，使讀者在學(xué)習(xí)中能夠較為全面、系統(tǒng)地掌握微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的技術(shù)要領(lǐng)。全書共分11章。第1章介紹了微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程、軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的地位、軟件設(shè)計(jì)步驟和方法；第2章結(jié)合實(shí)例介紹了典型微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)軟件應(yīng)用的基本特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和功能分析方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)；第3章介紹了面向?qū)ο蟮能浖こ碳夹g(shù)；第4章介紹了Visual Basic語言中的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)，以及這種技術(shù)在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用；第5章介紹了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本原理和設(shè)計(jì)方法；第6章介紹了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本訪問方法，并且與Visual Basic語言編程實(shí)踐相結(jié)合，通過實(shí)例介紹了在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中使用本地?cái)?shù)據(jù)庫的方法；第7章介紹了微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫訪問的具體方法；第8章介紹了微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信方式的種類，著重介紹了串行異步數(shù)據(jù)通信方式；第9章介紹了計(jì)算機(jī)與PLC串行通信的軟件實(shí)現(xiàn)；第10章介紹了USB總線接口的軟件通信技術(shù)；第11章通過幾個(gè)實(shí)際工程問題的軟件設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)問題的分析，訓(xùn)練讀者綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提高微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的能力以及對(duì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的宏觀把握和分析能力。根據(jù)作者多年的科研經(jīng)驗(yàn)，本書以大量頗有價(jià)值的工程問題為例給出了行之有效的程序設(shè)計(jì)方法。本書是讀者綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、軟件工程、數(shù)據(jù)庫和通信知識(shí)的好教材，它將從根本上提高讀者用軟件編程的方法來解決實(shí)際工程系統(tǒng)測(cè)控問題的能力。這些包含著作者寶貴經(jīng)驗(yàn)和心血的大量應(yīng)用實(shí)例，將會(huì)使本書成為讀者從經(jīng)典知識(shí)的學(xué)習(xí)者真正轉(zhuǎn)化為工程技術(shù)的應(yīng)用者，從而走向創(chuàng)新實(shí)踐的殿堂的敲門磚。本書可作為測(cè)控技術(shù)與儀器、機(jī)電一體化、自動(dòng)控制等專業(yè)的教材或教學(xué)參考書，也可供測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員和相關(guān)專業(yè)的研究生參考。

內(nèi)容概要

　　《面向?qū)ο蟮臏y(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)》結(jié)合典型工程應(yīng)用實(shí)例，較為系統(tǒng)地介紹了微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的基本思路、方法和關(guān)鍵技術(shù)。內(nèi)容包括：軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的地位：面向?qū)ο蟮能浖こ痰脑砗筒襟E，以及將這種原理運(yùn)用在一門具體的語言中的實(shí)現(xiàn)方法，并以Visual Basic為例講述面向?qū)ο缶幊陶Z言在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用；關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的基本原理，以及將這種原理運(yùn)用到具體的數(shù)據(jù)庫環(huán)境和工程問題中的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，并分別以Access和SQL Server為例講述Visual Basic對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)庫和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫調(diào)用和訪問的方法；Visual Basic與單片機(jī)、USB、PLC常見的下位機(jī)硬件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵技術(shù)。　　《高等學(xué)校儀器儀表及自動(dòng)化類專業(yè)規(guī)劃教材：面向?qū)ο蟮臏y(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)》示例豐富，可作為高等院校測(cè)控技術(shù)與儀器、機(jī)電一體化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、車輛工程、自動(dòng)控制等專業(yè)的教材及相關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考書，也可供測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員和相關(guān)專業(yè)的研究生參考。

書籍目錄

第1章 概論 11.1 測(cè)控系統(tǒng)概述 11.2 測(cè)控系統(tǒng)微機(jī)化的重要意義 21.3 微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的組成與類型 31.3.1 微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的基本組成 31.3.2 微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類 51.3.3 微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展 81.4 軟件工程在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的重要地位 121.4.1 軟件的分類 131.4.2 實(shí)時(shí)控制程序設(shè)計(jì)語言的選用 141.4.3 軟件設(shè)計(jì)的步驟和方法 151.5 本書的內(nèi)容與特點(diǎn) 16第2章 典型測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能分析 182.1 工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程管理的信息化改造 182.1.1 問題描述 182.1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 212.1.3 網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信 232.1.4 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 242.2 大型自動(dòng)化立體停車庫的計(jì)算機(jī)監(jiān)控 252.2.1 問題描述 252.2.2 系統(tǒng)的構(gòu)成和上位機(jī)工作模式 262.2.3 監(jiān)控機(jī)與讀卡器通信的基本要求 272.2.4 上、下位機(jī)的通信 282.2.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 282.2.6 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 29第3章 面向?qū)ο蟮能浖こ?313.1 面向?qū)ο蠹夹g(shù)概論 313.1.1 結(jié)構(gòu)化范型與面向?qū)ο蠓缎?313.1.2 面向?qū)ο蟮幕靖拍?323.2 面向?qū)ο筌浖^程 343.2.1 生命周期 343.2.2 面向?qū)ο蠓治?353.2.3 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì) 383.2.4 面向?qū)ο缶幊?403.2.5 面向?qū)ο鬁y(cè)試 413.2.6 對(duì)象模型的一個(gè)實(shí)例 43第4章 測(cè)控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 464.1 Visual Basic中的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù) 464.1.1 Visual Basic簡(jiǎn)介 464.1.2 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本概念 464.1.3 Visual Basic 6.0集成開發(fā)環(huán)境 484.1.4 Visual Basic編程步驟 524.1.5 Visual Basic工程的構(gòu)成 564.2 Visual Basic基礎(chǔ)知識(shí) 564.2.1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型 564.2.2 變量 574.2.3 常量 594.2.4 運(yùn)算符與表達(dá)式 614.2.5 常用內(nèi)部函數(shù) 634.2.6 Visual Basic常用控件 654.2.7 Visual Basic中的方法 744.2.8 Visual Basic中的事件 754.3 過程與模塊 774.3.1 過程 774.3.2 代碼模塊 804.3.3 變量的作用范圍與生存期 814.4 類與對(duì)象 824.4.1 對(duì)象變量 824.4.2 類與對(duì)象的創(chuàng)建和使用 844.5 菜單程序設(shè)計(jì) 904.5.1 菜單編輯器 904.5.2 菜單制作實(shí)例 924.6 文件的訪問 964.6.1 文件系統(tǒng)控件 964.6.2 公共對(duì)話框的使用 984.6.3 文件的存取 984.7 圖形操作 1024.7.1 坐標(biāo)系統(tǒng) 1024.7.2 圖形控件 1054.7.3 圖形方法 106第5章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ) 1105.1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述 1105.1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1105.1.2 數(shù)據(jù)模型 1125.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫基本理論 1155.2.1 E-R模型 1155.2.2 關(guān)系模型 1205.2.3 關(guān)系的規(guī)范化 1265.2.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 1285.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)語言SQL 1305.3.1 結(jié)構(gòu)化查詢語言概述 1305.3.2 SQL語句結(jié)構(gòu) 1305.3.3 合計(jì)函數(shù) 1315.3.4 SQL的數(shù)據(jù)查詢 1325.3.5 SQL的數(shù)據(jù)更新 1335.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)實(shí)例 1345.4.1 系統(tǒng)說明 1345.4.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 135第6章 本地?cái)?shù)據(jù)庫訪問技術(shù) 1376.1 Visual Basic與數(shù)據(jù)庫 1376.1.1 Visual Basic中數(shù)據(jù)庫的基本概念 1376.1.2 數(shù)據(jù)庫的分類 1396.2 Microsoft數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)——Access 1396.2.1 Access數(shù)據(jù)庫概述 1396.2.2 數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)表的建立 1406.2.3 數(shù)據(jù)庫引擎 1436.3 Visual Basic數(shù)據(jù)管理器的使用 1446.3.1 數(shù)據(jù)庫的建立 1446.3.2 數(shù)據(jù)的編輯 1476.4 Visual Basic數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù) 1486.5 DAO數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù) 1496.5.1 DAO的特性與功能 1496.5.2 DAO操作數(shù)據(jù)庫的基本流程 1526.5.3 DAO打開、關(guān)閉數(shù)據(jù)庫 1526.5.4 DAO利用記錄集對(duì)象操作數(shù)據(jù)庫 1566.6 ADO數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù) 1576.6.1 ADO層次模型 1576.6.2 ADO編程模型 1586.6.3 ADO程序設(shè)計(jì)實(shí)例 1596.7 數(shù)據(jù)庫訪問控件 1626.7.1 Data控件 1626.7.2 ADO Data控件 1676.7.3 數(shù)據(jù)綁定控件 1716.8 本地?cái)?shù)據(jù)庫操作編程實(shí)例 1736.8.1 全局變量定義 1746.8.2 原始數(shù)據(jù)庫表的建立 1746.8.3 用戶注冊(cè) 1806.8.4 操作員登錄 1836.8.5 系統(tǒng)用戶管理 1866.8.6 小結(jié) 193第7章 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù) 1957.1 新一代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 1957.2 SQL Server 2005 1967.2.1 SQL Server概述 1967.2.2 SQL Server 2005的特性 1987.3 Visual Basic的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù) 2017.3.1 創(chuàng)建ODBC數(shù)據(jù)源 2017.3.2 Visual Basic與SQL Server的三種常見接口 2057.3.3 Visual Basic對(duì)SQL Server的訪問實(shí)例 211第8章 計(jì)算機(jī)通信技術(shù) 2168.1 計(jì)算機(jī)通信概述 2168.1.1 并行通信與串行通信 2168.1.2 異步通信與同步通信 2178.1.3 單工與雙工通信方式 2188.2 開放系統(tǒng)互連模型 2188.3 串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn) 2208.3.1 RS232C 2208.3.2 RS422A 2228.3.3 RS485 2238.4 串行通信的軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù) 2238.4.1 網(wǎng)絡(luò)集成 2248.4.2 控制網(wǎng)絡(luò)的通信原理 2258.4.3 Visual Basic的通信控件 2288.4.4 檢測(cè)裝置數(shù)據(jù)發(fā)送模擬 2318.4.5 監(jiān)控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的接收 2368.5 現(xiàn)場(chǎng)總線 2448.5.1 現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 2448.5.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 2478.5.3 現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)體系 2488.5.4 現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)通信模式和測(cè)控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 251第9章 可編程序控制器的通信和網(wǎng)絡(luò) 2539.1 PLC的基本結(jié)構(gòu) 2539.1.1 PLC的基本概念 2539.1.2 模塊式PLC的基本結(jié)構(gòu) 2539.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 2549.2 西門子PLC工業(yè)自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)體系 2559.2.1 工業(yè)以太網(wǎng) 2559.2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS 2569.2.3 AS-i接口和EIB 2599.2.4 用西門子PLC構(gòu)成DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 2599.3 S7系列PLC與其他計(jì)算機(jī)的通信 2639.3.1 CP340的工作原理 2639.3.2 字符的串行傳輸 2649.3.3 ASCII通信協(xié)議 2659.3.4 通信功能塊 2669.4 計(jì)算機(jī)與PLC串行通信的軟件實(shí)現(xiàn) 2719.4.1 通信方式與通信原理 2719.4.2 自由端口模式 2729.4.3 通信程序設(shè)計(jì)實(shí)例 2729.5 Prodave通信軟件在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信中的應(yīng)用 2779.5.1 Prodave簡(jiǎn)介 2779.5.2 PC機(jī)與PLC之間的建立與斷開連接 2779.5.3 數(shù)據(jù)傳輸函數(shù) 278第10章 USB總線接口的數(shù)據(jù)通信技術(shù) 28110.1 通用串行總線(USB)技術(shù)概述 28110.1.1 USB的含義 28110.1.2 USB的優(yōu)勢(shì) 28210.1.3 USB的用途 28310.2 USB系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 28410.2.1 總線布局技術(shù) 28410.2.2 USB設(shè)備 28710.2.3 USB主機(jī) 29010.2.4 數(shù)據(jù)流類型 29010.3 USB軟件通信技術(shù) 29110.3.1 USB設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)描述符 29110.3.2 基于Visual Basic的USB設(shè)備顯示程序設(shè)計(jì) 296第11章 微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)例 30311.1 自動(dòng)化物流倉儲(chǔ)管理監(jiān)控系統(tǒng) 30311.1.1 問題描述 30311.1.2 系統(tǒng)構(gòu)成 30511.1.3 上位機(jī)和下位機(jī)PLC的通信問題 30811.1.4 物流系統(tǒng)的軟件模擬仿真 30911.2 監(jiān)控計(jì)算機(jī)與PLC通信協(xié)議應(yīng)用實(shí)例 31411.2.1 問題描述 31411.2.2 系統(tǒng)構(gòu)成 31511.2.3 工作原理 31611.2.4 上位機(jī)發(fā)送給主PLC的作業(yè)命令 31811.2.5 上位機(jī)從主PLC中讀取的狀態(tài)信息 32011.3 機(jī)車設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng) 32211.3.1 問題描述 32211.3.2 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理 32511.3.3 PC與數(shù)據(jù)盒(單片機(jī))的串行通信協(xié)議 32611.3.4 串行通信程序設(shè)計(jì) 334參考文獻(xiàn) 364

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 概論1.1　測(cè)控系統(tǒng)概述人類在認(rèn)識(shí)世界和改造世界的過程中，一方面要采用各種方法獲得客觀事物的量值，這個(gè)任務(wù)我們稱之為“測(cè)量”；另一方面也要采用各種方法支配或約束某一客觀事物的進(jìn)程結(jié)果，這個(gè)任務(wù)我們稱之為“控制”?！皽y(cè)量”和“控制”是人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的兩項(xiàng)重要任務(wù)，而測(cè)控系統(tǒng)則是人類實(shí)現(xiàn)這兩項(xiàng)任務(wù)的工具和手段。按照儀器或系統(tǒng)承擔(dān)的任務(wù)不同，測(cè)控儀器或系統(tǒng)可分為三大類：?jiǎn)渭円詼y(cè)試或檢測(cè)為目的的“測(cè)試（檢測(cè)）系統(tǒng)”、單純以控制為目的的“控制系統(tǒng)”和測(cè)量控制一體的“測(cè)控系統(tǒng)”。發(fā)明元素周期表的科學(xué)家門捷列夫曾說過：“有測(cè)量才有科學(xué)?！笨茖W(xué)的發(fā)展和突破往往是以檢測(cè)儀器和技術(shù)方法上的突破為先導(dǎo)的。例如，人類在光學(xué)顯微鏡出現(xiàn)以前，只能用肉眼來分辨物質(zhì)，而19世紀(jì)出現(xiàn)了光學(xué)顯微鏡，這就使人們能夠借助顯微鏡來觀察細(xì)胞，從而大大推動(dòng)了生物科學(xué)的發(fā)展。到20世紀(jì)30年代出現(xiàn)了電子顯微鏡，又使人們的觀察能力進(jìn)入微觀世界，從而推動(dòng)了生物科學(xué)、電子科學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展。在諾貝爾物理和化學(xué)獎(jiǎng)中大約有1/4屬于測(cè)試方法和儀器創(chuàng)新。這些事實(shí)都說明了測(cè)試儀器和系統(tǒng)在科學(xué)研究中的重要作用。測(cè)控系統(tǒng)本質(zhì)上就是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。為了對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制，對(duì)其參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)是必不可少的。計(jì)算機(jī)控制是以自動(dòng)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的?？刂茖?duì)象從小到大，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，都可以由計(jì)算機(jī)參與控制。計(jì)算機(jī)可以控制單個(gè)電機(jī)或閥門，也可以控制一臺(tái)設(shè)備和一個(gè)工藝過程，還可以控制和管理一條生產(chǎn)線、一個(gè)車間、整個(gè)工廠以至整個(gè)企業(yè)集團(tuán)。

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