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1、 畢業(yè)設(shè)計開題報告 學 生 姓 名： 學 號： 學 院、系： 信息與通信工程學院電子工程系 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 設(shè) 計 題 目： 基于LabVIEW的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 指導教師: 2010 年 03 月 20 日 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)論文課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 1. 本課題的研究背景及意義 近年來，以計算機為中心、以網(wǎng)絡(luò)為核心的網(wǎng)絡(luò)化測控技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)得到越來越多的應(yīng)用，尤其是在航空航天

2、等國防科技領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)化的測控系統(tǒng)大體上由兩部分組成：測控終端與傳輸介質(zhì)，隨著個人計算機的高速發(fā)展，測控終端的位置越來越多的被個人計算機所占據(jù)。其中，軟件系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心，設(shè)置是整個測控系統(tǒng)的靈魂，應(yīng)用于測控領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)成為監(jiān)控軟件。傳輸介質(zhì)組成的通信網(wǎng)絡(luò)主要完成數(shù)據(jù)的通信與采集，這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個測控系統(tǒng)的主體，是完成測控任務(wù)的主力。因此，這種“監(jiān)控軟件-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”構(gòu)架的測控系統(tǒng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并形成了一套完整的理論，而本次所設(shè)計的多通道數(shù)據(jù)采集就是一次在測控領(lǐng)域成功的嘗試。[1] 2. 本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 早期的測控系統(tǒng)采用大型儀表集中對各個重要設(shè)備的

3、狀態(tài)進行監(jiān)控，通過操作盤進行集中式操作；而計算機系統(tǒng)是以計算機為主體，加上檢測裝置、執(zhí)行機構(gòu)與被控對象共同構(gòu)成的整體。系統(tǒng)中的計算機實現(xiàn)生產(chǎn)過程的檢測、監(jiān)督和控制功能。由于通信協(xié)議的不開放，因此這種測控系統(tǒng)是一個自封閉系統(tǒng)，一般只能完成單一的測控功能，一般通過接口，如RS-232或GPIB接口可與本地計算機或其他儀器設(shè)備進行簡單互聯(lián)。[10] 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，在我國國防、通信、航空、氣象、環(huán)境監(jiān)測、制造等領(lǐng)域，要求測控和處理的信息量越來越大、速度越來越快。同時測控對象的空間位置日益分散，測控任務(wù)日益復雜，測控系統(tǒng)日益龐大，因此提出了測控現(xiàn)場化、遠程化、網(wǎng)絡(luò)化的要求。傳統(tǒng)的單機儀器已

4、遠遠不能適應(yīng)大數(shù)量、高質(zhì)量的信息采集要求，產(chǎn)生由計算機控制的測控系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)單元通過各種總線互聯(lián)，進行信息的傳輸。[2] 網(wǎng)絡(luò)化的測控技術(shù)興起于國外，是在計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)高速發(fā)展，以及對大容量分布的測控的大量需求背景下發(fā)展起來，主要分為以下幾個階段： 第一階段： 起始于20世紀70年代通用儀器總線的出現(xiàn)，GPIB實現(xiàn)了計算機與測控系統(tǒng)的首次結(jié)合，使得測量儀器從獨立的手工操作單臺儀器開始總線計算機控制的多臺儀器的測控系統(tǒng)。此階段是網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)的雛形與起始階段。 第二階段： 起始于20世紀80年代VXU標準化儀器總線的出現(xiàn)，VXI系統(tǒng)可以將大型計算

5、機昂貴的外設(shè)、VXI設(shè)備、通信線路等硬件資源以及大型數(shù)據(jù)庫等軟件資源納入網(wǎng)絡(luò)，使得這些寶貴資源得以共享。此階段是網(wǎng)絡(luò)化的測控系統(tǒng)的初步發(fā)展階段。[12] 第三階段： 隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)帶動了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展，使是的可以在一個工廠范圍內(nèi)通過總線將成千上萬智能傳感器/變送器等智能化的儀表組成一個網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)，此階段是網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)的快速發(fā)展階段。 第四階段： 在對現(xiàn)代要求極高的領(lǐng)域，轉(zhuǎn)通的測控系統(tǒng)已經(jīng)逐漸無法滿足用戶的要求，許多部門或大型企業(yè)迫切要求構(gòu)建基于Internet或大型局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)，即通常所說的分布式測控網(wǎng)絡(luò)，此階段是

6、網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)發(fā)展的成熟階段。[3] 3. 本課題相關(guān)理論 3.1 程序模塊化設(shè)計概述 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能在很大的程度上取決于其他應(yīng)用軟件的研究與開發(fā)，搜一再明確了系統(tǒng)設(shè)計目標之后，應(yīng)該采用好的程序開發(fā)方法，如結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法、模塊化思想、多線程以及軟件系統(tǒng)的評價標準等等。[11] 3.1.1 程序設(shè)計的模塊化原則 模塊化結(jié)構(gòu)是所有設(shè)計良好軟件系統(tǒng)的基本特點，任何一個大的程序系統(tǒng)，總是有若干功能相對獨立的模塊組成。好的軟件結(jié)構(gòu)應(yīng)體現(xiàn)自頂向下的控制方式，模塊之間的控制表現(xiàn)為統(tǒng)帥和從屬的關(guān)系。 信息抽象與信息隱含式模塊的基本特征。模塊實際上反映了數(shù)據(jù)與過程的抽象。在模塊化問題求解時，在最

7、高抽象級可以采用面向問題的環(huán)境語言的抽象術(shù)語進行描述；而在較低抽象級，則可采用過程性術(shù)語。模塊化的概念加上逐步求精的辦法，就把面向問題的術(shù)語和面向現(xiàn)實的術(shù)語兩者結(jié)合起來。 模塊獨立性有兩個定性的標準度量：即內(nèi)聚和耦合。塊間聯(lián)系是指模塊之間的聯(lián)系，塊間聯(lián)系越小，模塊獨立性越高。塊內(nèi)聯(lián)系是指模塊內(nèi)部各部分之間的聯(lián)系，一個模塊的塊內(nèi)聯(lián)系大，模塊獨立性提高。好的模塊結(jié)構(gòu)，塊間聯(lián)系應(yīng)盡可能小，塊內(nèi)聯(lián)系應(yīng)盡可能大。 3.1.2 軟件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計原則 為使研制出的軟件具有良好的可靠性、易維護性、易擴充性及易裝卸性，軟件設(shè)計應(yīng)遵循規(guī)范化的模塊化設(shè)計原則。 1、自頂向下逐步求精的設(shè)計方法；2、根據(jù)邏

8、輯功能劃分物理模塊；3、模塊的作用范圍應(yīng)處在模塊的控制范圍之內(nèi)；4、依據(jù)邏輯功能確定模塊之間的調(diào)用關(guān)系；5、模塊接口應(yīng)保持簡明；6、模塊保持單入口性質(zhì)；7、模塊結(jié)構(gòu)增加中間判斷層次，提高可擴充性。 3.1.3 軟件系統(tǒng)模塊化在本設(shè)計中的應(yīng)用 系統(tǒng)程序的主要功能為模塊劃分的標準，其他包括系統(tǒng)管理，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)保存，歷史數(shù)據(jù)的查詢等功能。[4] 3.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù) 數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要研究如何存儲、使用和管理數(shù)據(jù)，是計算機數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展的新階段，也是計算機技術(shù)發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。當前，數(shù)據(jù)庫技術(shù)已成為現(xiàn)代計算機信息系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的核心技術(shù)，從某種意義來講，數(shù)據(jù)庫的建設(shè)規(guī)模、數(shù)

9、據(jù)庫信息量的大小和使用頻度已成為衡量一個國家信息化程度的重要標志。 4.2.1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述+ 數(shù)據(jù)庫技術(shù)涉及到以下幾個最重要的概念： 1、數(shù)據(jù)庫是長期存儲于計算機內(nèi)、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性，并可謂一定范圍內(nèi)的各種用戶共享。數(shù)據(jù)庫不僅要反映數(shù)據(jù)本身的內(nèi)容，而且要反應(yīng)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型這個工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。 2、數(shù)據(jù)模型是根據(jù)特征的抽象，描述的是數(shù)據(jù)的共性。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三個方面的要求：一是能比較真實的模擬現(xiàn)實世界；二是容易為人們所理解；三是便

10、于在計算機上實現(xiàn)。一種數(shù)據(jù)模型要很好地滿足這三個方面的要求在目前很困難，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中針對不同的使用對象和應(yīng)用目的，采用逐步抽象的方法，在不同層次采用不同的數(shù)據(jù)模型，一般分為三層，即物理層、邏輯層和概念層。 3、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是操縱和管理數(shù)據(jù)庫的軟件系統(tǒng)，它由一般計算機程序構(gòu)成，管理并控制數(shù)據(jù)資源的使用。他是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，主要是實現(xiàn)共享數(shù)據(jù)有效的組織、管理和存取。[5] 4.2.2 ADO與數(shù)據(jù)庫的交互技術(shù) ADO是獨立于開發(fā)工具和開發(fā)語言的數(shù)據(jù)訪問接口，它提供了程序開發(fā)人員、應(yīng)用程序?qū)崟r存取各種數(shù)據(jù)庫的能力，可以輕松的完成反對各種數(shù)據(jù)庫的查詢，存取等操作。ADO又被稱為通用數(shù)據(jù)

11、訪問，其數(shù)據(jù)源包括數(shù)據(jù)庫，電子郵件，文件，文本，圖形等。使用ADO不僅可以讀取Access和SQL Server數(shù)據(jù)庫，也可以讀取其他與ODBC兼容的數(shù)據(jù)庫。 4.2.3 MySQL數(shù)據(jù)庫 MySQL是一個小型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，開發(fā)者為瑞典MySQL AB公司。目前MySQL被廣泛的應(yīng)用在Internet上的中小型網(wǎng)絡(luò)中。由于其體積小、速度快、總體擁有成本低，尤其是開放源碼這一特點，許多中小型網(wǎng)站為了降低網(wǎng)站總體擁有成本而選擇了MySQL作為網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫。 4.3 Web技術(shù) 4.3.1 Web技術(shù)概述 Web技術(shù)的迅猛發(fā)展，使全人類都能共享Web上的各類資源，包括功能

12、強大的計算機資源、海量信息的數(shù)據(jù)庫資源、五花八門的多媒體信息資源、門類齊全的軟件工具資源等，這些使得任何人能在任何時間、任何地點和任何設(shè)備上獲得所需要的信息資源。 從本質(zhì)上講Web技術(shù)是各種技術(shù)的集成和綜合應(yīng)用，它以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)，使用HTML描述網(wǎng)絡(luò)的資源，通過文本、超媒體技術(shù)實現(xiàn)超級鏈接，無論文本、圖形，還是動畫、聲音都能通過文檔中的鏈接到服務(wù)器上的其它文檔或者其他站點，使客戶以用交互方式快速地搜索需要的資料，通過表單供用戶填寫并通過服務(wù)應(yīng)用程序提交給數(shù)據(jù)庫等。 4.3.2 PHP技術(shù) PHP是一種用于創(chuàng)建動態(tài)Web頁面的服務(wù)器腳本語言。PHP大量采用C、Java

13、和Perl語言的語法，并加入了一些PHP自己的特征。PHP支持HTTP的身份認證，支持Cookic，支持GIF圖像創(chuàng)建等。其中，最有代表性的特點在于它強大的數(shù)據(jù)庫支持功能，所有主流與非主流數(shù)據(jù)庫它幾乎都支持，這使得編寫基于數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)頁變得非常簡單。 4.3.3 遠程數(shù)據(jù)訪問系統(tǒng) 該部分設(shè)計是整個系統(tǒng)的附加設(shè)計部分，主要是為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程訪問，通過數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接為一體。采集數(shù)據(jù)的遠程訪問體現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)化延伸。該遠程訪問系統(tǒng)采用Apache+PHP+MySQL開發(fā)套件進行開發(fā)。當然，這部分需要配置服務(wù)器，網(wǎng)上很多資料可以參考。[6] 4.4 多線程技術(shù) 為了實

14、現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集的功能，本設(shè)計的軟件部分必須實現(xiàn)信號的采集、數(shù)據(jù)的分析處理、定時存儲及實時顯示的功能。在用戶看來，這些任務(wù)是同時進行著的。實際上，信號采集、定時存儲和主控模塊放在不同的線程中，利用Windows操作系統(tǒng)的多線程機制，使得各個功能的模塊能夠有條不紊的運行。 4.4.1 Windows的多線程機制 Windows是一個多任務(wù)操作系統(tǒng)，每個運行的程序?qū)?yīng)著一個進程，而在一個進程內(nèi)又可以有幾個線程。Windows系統(tǒng)把CPU的運行分成許多小的時間片，按各個進程和進程內(nèi)線程的優(yōu)先級進行分配，從而使多個程序能“同時”運行。在統(tǒng)一進程內(nèi)的不同線程都在自己的時間片內(nèi)執(zhí)行，避免了相互在

15、時間上可能的沖突。 4.4.2 LabVIEW與多線程 應(yīng)用多線程技術(shù)，可以使得多個獨立的任務(wù)并發(fā)執(zhí)行，從而極大地提高程序的效率。LabVIEW把線程管理、線程間的通信等復雜操作封裝了起來，因此用戶可以不用學習復雜的多線程編程就可以編寫多線程程序。在LabVIEW中，圖形化編程為開發(fā)多線程代碼帶來了很大的好處，因為在數(shù)據(jù)流的編程環(huán)境中，用戶可以很容易的“看到”并行代碼。例如兩個獨立的循環(huán)或子VI就代表兩段可以并發(fā)執(zhí)行的代碼。 4.4.3 多線程技術(shù)在本設(shè)計中的應(yīng)用 為了實現(xiàn)、顯示、查詢、報警和系統(tǒng)其它操作的并行執(zhí)行，在程序創(chuàng)建了兩個工作線程：一個是采樣工作線程，專門負責數(shù)據(jù)

16、采集和存儲；一個是數(shù)據(jù)報警和系統(tǒng)其它功能線程，負責定時把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)存盤。在用戶啟動系統(tǒng)工作是，這兩個工作線程被創(chuàng)建。但不同的是，采樣工作線程是在循環(huán)往復地工作著，直到退出程序；而數(shù)據(jù)存儲線程則是在一定的時刻被喚醒，比如在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿、或者程序結(jié)束等時候，更多的時候，存儲模塊是處于掛起的狀態(tài)。因為信號的采集工作和數(shù)據(jù)存儲工作是長時間甚至長年累月運行著，這也是工業(yè)生產(chǎn)的實際情況所決定的。 通過采用多線程技術(shù)，實現(xiàn)了實時性要求高的數(shù)據(jù)采集與程序其它功能在時間上的相互獨立，避免他們在實踐上可能產(chǎn)生的沖突，提高了數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性。 循環(huán)之間的數(shù)據(jù)傳遞及線程間的數(shù)據(jù)傳遞，可以由局部變量

17、、全局變量、共享變量和隊列等方式實現(xiàn)。循環(huán)之間的同步即線程之間的同步，這可以由同步技術(shù)來實現(xiàn)。如果需要為兩個循環(huán)設(shè)置不同的優(yōu)先級，可以通過定時循環(huán)來實現(xiàn)。[7] 參考文獻： [1] 陳國順，宋新民，馬峻等.網(wǎng)絡(luò)化測控技術(shù)[M],電子工業(yè)出版社，2006.9. [2] 龐君，計算機輔助測試的發(fā)展趨勢——虛擬儀器[J]，攀枝花學院學報，2003.6:83-83. [3] 汪敏生等.LabVIEW基礎(chǔ)教程[M].電子工業(yè)出版社，2002.1-20. [4] Robert H.Bishop 著，喬瑞萍，林欣等譯.LabVIE

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20、課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1. 本課題要研究或解決的問題 當今社會正處于一個高速發(fā)展的狀態(tài)中，要在有限的時空內(nèi)實現(xiàn)大量的信息交換，隨之而來的是信息密度急劇增大，因而在研究和生產(chǎn)過程中要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對信息的處理速度越來越高，功能越來越強。先進的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅希望設(shè)備能夠單獨進行數(shù)據(jù)采集，還希望他們之間能夠互相通信，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，甚至是測試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)信息共享，一邊對眾多的被測信號進行對比、綜合和自動分析、從而得出準確的判斷。然而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集儀器在此方面受到很大的限制，不能夠滿足當今社會的需要，而本設(shè)計的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就完全可以滿足社會的需求，從而解

21、決信息交換時所產(chǎn)生的麻煩。[8] 2. 本課題擬采用的研究手段 1）、多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 本設(shè)計以3個通道進行設(shè)計，從傳感器來的模擬輸入信號，經(jīng)過信號調(diào)理后，輸入到NI PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡，然后經(jīng)過PCI總線送入PC機，由軟件進行數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)的平均濾波，采樣波形的實時顯示，并以一定的時間間隔插入數(shù)據(jù)庫進行歷史數(shù)據(jù)保存，邊采集邊保存，然后通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的檢索。 2）、遠程數(shù)據(jù)的檢索設(shè)計 關(guān)于遠程數(shù)據(jù)檢索部分，因為數(shù)據(jù)已保存到數(shù)據(jù)庫里，通過網(wǎng)絡(luò)很容易進行訪問。本設(shè)計采用Apache+PHP+MySQL服務(wù)器套件來實現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)的遠程訪問。[9]

22、 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 指導教師意見： 本開題報告格式規(guī)范，在檢索大量文獻資料的基礎(chǔ)上，分析了目前虛擬儀器的發(fā)展現(xiàn)狀，對課題的發(fā)展背景和現(xiàn)狀有一定的了解；同時了解了LabVIEW圖形化編程的特點和應(yīng)用，為下一步設(shè)計階段打下了基礎(chǔ)；在此基礎(chǔ)上，提出了LabVIEW多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方案，設(shè)計合理，具有很強的可實施性。 同意進入設(shè)計階段。 指導教師： 張紅艷 2010 年 3 月 30 日 所在系審查意見： 教學主任： 年 月 日