面向對象的測控系統(tǒng)軟件設計

前言

隨著計算機技術的飛速發(fā)展，測控系統(tǒng)的微機化是一個必然的趨勢。測控系統(tǒng)包括硬件和軟件兩個方面。作為一門實用性很強的應用學科，微機測控及其相關技術的研究已發(fā)展成為控制技術應用領域里的重要研究內(nèi)容和核心課題，其成果在各行各業(yè)特別是航空航天、交通運輸、工業(yè)生產(chǎn)領域中發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，關于測控技術的書籍雖然很多，但其中講解硬件的偏多，而結合實際硬件系統(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。能夠將微機測控系統(tǒng)軟件設計中軟件工程的規(guī)劃，桌面數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫訪問，與單片機、PLC、USB的通信等諸多技術綜合、系統(tǒng)地講解的書更是不多見。本書正是將這些知識有效地結合在一起，將其運用于系統(tǒng)的設計中。本書從面向對象的軟件系統(tǒng)分析和設計的角度出發(fā)，以實際的科研和工程項目為背景，以Visual Basic編程語言為例，著重講解了微機測控系統(tǒng)設計中高級語言編程的關鍵環(huán)節(jié)和核心技術，使讀者在學習中能夠較為全面、系統(tǒng)地掌握微機測控系統(tǒng)軟件設計的技術要領。全書共分11章。第1章介紹了微機測控系統(tǒng)的發(fā)展歷程、軟件設計在微機測控系統(tǒng)中的地位、軟件設計步驟和方法；第2章結合實例介紹了典型微機測控系統(tǒng)軟件應用的基本特點、結構和功能分析方法，為后續(xù)課程的學習打下基礎；第3章介紹了面向對象的軟件工程技術；第4章介紹了Visual Basic語言中的面向對象程序設計技術，以及這種技術在微機測控系統(tǒng)軟件設計中的應用；第5章介紹了關系數(shù)據(jù)庫的基本原理和設計方法；第6章介紹了關系數(shù)據(jù)庫的基本訪問方法，并且與Visual Basic語言編程實踐相結合，通過實例介紹了在微機測控系統(tǒng)中使用本地數(shù)據(jù)庫的方法；第7章介紹了微機測控系統(tǒng)遠程數(shù)據(jù)庫訪問的具體方法；第8章介紹了微機測控系統(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章介紹了計算機與PLC串行通信的軟件實現(xiàn)；第10章介紹了USB總線接口的軟件通信技術；第11章通過幾個實際工程問題的軟件設計和關鍵技術問題的分析，訓練讀者綜合運用所學知識，提高微機測控系統(tǒng)軟件設計的能力以及對系統(tǒng)總體設計的宏觀把握和分析能力。根據(jù)作者多年的科研經(jīng)驗，本書以大量頗有價值的工程問題為例給出了行之有效的程序設計方法。本書是讀者綜合應用計算機、軟件工程、數(shù)據(jù)庫和通信知識的好教材，它將從根本上提高讀者用軟件編程的方法來解決實際工程系統(tǒng)測控問題的能力。這些包含著作者寶貴經(jīng)驗和心血的大量應用實例，將會使本書成為讀者從經(jīng)典知識的學習者真正轉化為工程技術的應用者，從而走向創(chuàng)新實踐的殿堂的敲門磚。本書可作為測控技術與儀器、機電一體化、自動控制等專業(yè)的教材或教學參考書，也可供測控技術領域的工程技術人員和相關專業(yè)的研究生參考。

內(nèi)容概要

　　《面向對象的測控系統(tǒng)軟件設計》結合典型工程應用實例，較為系統(tǒng)地介紹了微機測控系統(tǒng)軟件設計的基本思路、方法和關鍵技術。內(nèi)容包括：軟件設計在微機測控系統(tǒng)中的地位：面向對象的軟件工程的原理和步驟，以及將這種原理運用在一門具體的語言中的實現(xiàn)方法，并以Visual Basic為例講述面向對象編程語言在微機測控系統(tǒng)中的應用；關系型數(shù)據(jù)庫的基本原理，以及將這種原理運用到具體的數(shù)據(jù)庫環(huán)境和工程問題中的設計實現(xiàn)方法，并分別以Access和SQL Server為例講述Visual Basic對本地數(shù)據(jù)庫和遠程數(shù)據(jù)庫調用和訪問的方法；Visual Basic與單片機、USB、PLC常見的下位機硬件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信的關鍵技術?！　　陡叩葘W校儀器儀表及自動化類專業(yè)規(guī)劃教材：面向對象的測控系統(tǒng)軟件設計》示例豐富，可作為高等院校測控技術與儀器、機電一體化、機械設計制造及自動化、車輛工程、自動控制等專業(yè)的教材及相關專業(yè)的教學參考書，也可供測控技術領域的工程技術人員和相關專業(yè)的研究生參考。

書籍目錄

第1章 概論 11.1 測控系統(tǒng)概述 11.2 測控系統(tǒng)微機化的重要意義 21.3 微機測控系統(tǒng)的組成與類型 31.3.1 微機測控系統(tǒng)的基本組成 31.3.2 微機測控系統(tǒng)的結構分類 51.3.3 微機測控系統(tǒng)的發(fā)展 81.4 軟件工程在微機測控系統(tǒng)中的重要地位 121.4.1 軟件的分類 131.4.2 實時控制程序設計語言的選用 141.4.3 軟件設計的步驟和方法 151.5 本書的內(nèi)容與特點 16第2章 典型測控系統(tǒng)的結構和功能分析 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)絡構成 212.1.3 網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)通信 232.1.4 系統(tǒng)的優(yōu)點 242.2 大型自動化立體停車庫的計算機監(jiān)控 252.2.1 問題描述 252.2.2 系統(tǒng)的構成和上位機工作模式 262.2.3 監(jiān)控機與讀卡器通信的基本要求 272.2.4 上、下位機的通信 282.2.5 系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn) 282.2.6 系統(tǒng)的優(yōu)點 29第3章 面向對象的軟件工程 313.1 面向對象技術概論 313.1.1 結構化范型與面向對象范型 313.1.2 面向對象的基本概念 323.2 面向對象軟件過程 343.2.1 生命周期 343.2.2 面向對象分析 353.2.3 面向對象設計 383.2.4 面向對象編程 403.2.5 面向對象測試 413.2.6 對象模型的一個實例 43第4章 測控系統(tǒng)程序設計基礎 464.1 Visual Basic中的面向對象程序設計技術 464.1.1 Visual Basic簡介 464.1.2 面向對象程序設計的基本概念 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工程的構成 564.2 Visual Basic基礎知識 564.2.1 標準數(shù)據(jù)類型 564.2.2 變量 574.2.3 常量 594.2.4 運算符與表達式 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 類與對象 824.4.1 對象變量 824.4.2 類與對象的創(chuàng)建和使用 844.5 菜單程序設計 904.5.1 菜單編輯器 904.5.2 菜單制作實例 924.6 文件的訪問 964.6.1 文件系統(tǒng)控件 964.6.2 公共對話框的使用 984.6.3 文件的存取 984.7 圖形操作 1024.7.1 坐標系統(tǒng) 1024.7.2 圖形控件 1054.7.3 圖形方法 106第5章 關系數(shù)據(jù)庫基礎 1105.1 數(shù)據(jù)庫技術概述 1105.1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結構 1105.1.2 數(shù)據(jù)模型 1125.2 關系數(shù)據(jù)庫基本理論 1155.2.1 E-R模型 1155.2.2 關系模型 1205.2.3 關系的規(guī)范化 1265.2.4 數(shù)據(jù)庫設計 1285.3 關系數(shù)據(jù)庫標準語言SQL 1305.3.1 結構化查詢語言概述 1305.3.2 SQL語句結構 1305.3.3 合計函數(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)庫設計實例 1345.4.1 系統(tǒng)說明 1345.4.2 數(shù)據(jù)庫設計 135第6章 本地數(shù)據(jù)庫訪問技術 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 1486.5 DAO數(shù)據(jù)庫訪問技術 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、關閉數(shù)據(jù)庫 1526.5.4 DAO利用記錄集對象操作數(shù)據(jù)庫 1566.6 ADO數(shù)據(jù)庫訪問技術 1576.6.1 ADO層次模型 1576.6.2 ADO編程模型 1586.6.3 ADO程序設計實例 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 本地數(shù)據(jù)庫操作編程實例 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 1806.8.4 操作員登錄 1836.8.5 系統(tǒng)用戶管理 1866.8.6 小結 193第7章 遠程數(shù)據(jù)庫訪問技術 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的遠程數(shù)據(jù)庫訪問技術 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SQL Server的訪問實例 211第8章 計算機通信技術 2168.1 計算機通信概述 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 串行通信的接口標準 2208.3.1 RS232C 2208.3.2 RS422A 2228.3.3 RS485 2238.4 串行通信的軟件實現(xiàn)技術 2238.4.1 網(wǎng)絡集成 2248.4.2 控制網(wǎng)絡的通信原理 2258.4.3 Visual Basic的通信控件 2288.4.4 檢測裝置數(shù)據(jù)發(fā)送模擬 2318.4.5 監(jiān)控計算機數(shù)據(jù)的接收 2368.5 現(xiàn)場總線 2448.5.1 現(xiàn)場總線簡介 2448.5.2 現(xiàn)場總線的國際標準 2478.5.3 現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡體系 2488.5.4 現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)通信模式和測控網(wǎng)絡應用 251第9章 可編程序控制器的通信和網(wǎng)絡 2539.1 PLC的基本結構 2539.1.1 PLC的基本概念 2539.1.2 模塊式PLC的基本結構 2539.1.3 PLC的應用領域 2549.2 西門子PLC工業(yè)自動化通信網(wǎng)絡體系 2559.2.1 工業(yè)以太網(wǎng) 2559.2.2 現(xiàn)場總線PROFIBUS 2569.2.3 AS-i接口和EIB 2599.2.4 用西門子PLC構成DP網(wǎng)絡系統(tǒng) 2599.3 S7系列PLC與其他計算機的通信 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 計算機與PLC串行通信的軟件實現(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 通信程序設計實例 2729.5 Prodave通信軟件在點對點通信中的應用 2779.5.1 Prodave簡介 2779.5.2 PC機與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 28110.1 通用串行總線(USB)技術概述 28110.1.1 USB的含義 28110.1.2 USB的優(yōu)勢 28210.1.3 USB的用途 28310.2 USB系統(tǒng)體系結構 28410.2.1 總線布局技術 28410.2.2 USB設備 28710.2.3 USB主機 29010.2.4 數(shù)據(jù)流類型 29010.3 USB軟件通信技術 29110.3.1 USB設備的標準描述符 29110.3.2 基于Visual Basic的USB設備顯示程序設計 296第11章 微機測控系統(tǒng)軟件設計實例 30311.1 自動化物流倉儲管理監(jiān)控系統(tǒng) 30311.1.1 問題描述 30311.1.2 系統(tǒng)構成 30511.1.3 上位機和下位機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)控計算機與PLC通信協(xié)議應用實例 31411.2.1 問題描述 31411.2.2 系統(tǒng)構成 31511.2.3 工作原理 31611.2.4 上位機發(fā)送給主PLC的作業(yè)命令 31811.2.5 上位機從主PLC中讀取的狀態(tài)信息 32011.3 機車設備狀態(tài)檢測與故障診斷系統(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)的串行通信協(xié)議 32611.3.4 串行通信程序設計 334參考文獻 364

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 概論1.1　測控系統(tǒng)概述人類在認識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，這個任務我們稱之為“測量”；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程結果，這個任務我們稱之為“控制”?！皽y量”和“控制”是人類認識世界和改造世界的兩項重要任務，而測控系統(tǒng)則是人類實現(xiàn)這兩項任務的工具和手段。按照儀器或系統(tǒng)承擔的任務不同，測控儀器或系統(tǒng)可分為三大類：單純以測試或檢測為目的的“測試（檢測）系統(tǒng)”、單純以控制為目的的“控制系統(tǒng)”和測量控制一體的“測控系統(tǒng)”。發(fā)明元素周期表的科學家門捷列夫曾說過：“有測量才有科學?！笨茖W的發(fā)展和突破往往是以檢測儀器和技術方法上的突破為先導的。例如，人類在光學顯微鏡出現(xiàn)以前，只能用肉眼來分辨物質，而19世紀出現(xiàn)了光學顯微鏡，這就使人們能夠借助顯微鏡來觀察細胞，從而大大推動了生物科學的發(fā)展。到20世紀30年代出現(xiàn)了電子顯微鏡，又使人們的觀察能力進入微觀世界，從而推動了生物科學、電子科學和材料科學的發(fā)展。在諾貝爾物理和化學獎中大約有1/4屬于測試方法和儀器創(chuàng)新。這些事實都說明了測試儀器和系統(tǒng)在科學研究中的重要作用。測控系統(tǒng)本質上就是計算機控制系統(tǒng)。為了對被控對象實施控制，對其參數(shù)和狀態(tài)進行檢測是必不可少的。計算機控制是以自動控制理論和計算機技術為基礎的?？刂茖ο髲男〉酱螅瑥暮唵蔚綇碗s，都可以由計算機參與控制。計算機可以控制單個電機或閥門，也可以控制一臺設備和一個工藝過程，還可以控制和管理一條生產(chǎn)線、一個車間、整個工廠以至整個企業(yè)集團。

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