通信和测控虚拟试验仪器设计研究范文

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1数据通信

数据通信是整个测控软件系统的核心部分,负责程序与下位机的通信。上位机能否与下位机或数据采集设备正常通信,直接关系到数据的实时采集。如果不能采集到实时数据,将无法进行有效的计算、显示、存储等后续工作。本测控系统使用标准串行接口总线RS-232和通用接口总线GPIB与外部仪器通信及控制外部仪器[3-4]。

1.1串口通信

串口(RS-232)是PC机的标准配置。它用于数据的串行传输。其开发和应用简单,在通信距离较近、数据传输率要求不高的情况下,可以直接采用。串口通信子模块采用Sequence(顺序)结构编写,首先,利用SerialPortInit节点初始化串口,设置串口参数;其次,应用SerialPortWrite节点向数据采集设备发送标准机器语言(SCPI)指令。为了确保数据采集设备能将数据全部送回计算机中,在指令发送完成后加一个延时;最后,程序用SerialPortRead节点将数据采集设备返回的数据送到计算机上显示[5]。

1.2GPIB通信

HewlettPackard开发的连接和控制可编程仪器连线的通用接口总线(GPIB)标准,提供了管理通信时的许多必要规范和协议,GPIB可以采用握手方式将由别的计算机或仪器采集的数据引入计算机。GPIB具有高达1MB/s的数据传输速率,在各个领域得到了广泛应用。GPIB通信子模块同样采用Se-quence(顺序)结构编写。首先,运用GPIBWrite节点向仪器发送SCPI指令,同时规定了操作溢出时间;其次,运用GPIBRead节点将数据从仪器中返回到计算机中。

2采集数据的处理

2.1数据存储

数据存储主要采用数据库方式,一些简单的数据可以用电子表格的形式来实现,能够方便记录实验数据并提供后续的查询或调用。电子表格形式通过换行符结束每行,TAB分隔每列,普通文本编辑器如Word、TXT等均可打开,也可使用微软Excel打开,通用性较强。存储数据模块采用open/create/replacefile节点创建一个电子表格(*.xls)文件,然后将二维数组数据通过writetospreadsheetfile节点写到创建好的电子表格文件中。

2.2数据显示

从数据通信模块中采集的数据被处理和显示给用户,显示方式有曲线式和仪表式两种。反映出数据的波动和实时趋势可用曲线图,仪表也更为生动形象。不同查看方式之间的切换通过使用Tab控件来实现[6]。Tab控件又称页式控件,可以将功能函数有机地归类,组合到一起。它的实质是通过一个CASE结构来实现选择的。在实际开发过程中,无需采用将数据传入该结构的方法,也不用将相应的控件加到这个结构中,否则,在某一时刻下,用户只能控制几个控件中的某一个。

为了避免数据丢失,使程序结构更为清晰,在每个条件框图中,加入当前不显示控件的本地变量来取得数据上的同步。这样的做法,一定程度上会增大内存的开销和冗余,不利于程序效率的提高,但是,由于要用到本地变量的采样点不多,且当前计算机系统的一般配置已较高,完全可以满足系统的运行要求。

2.3数据分析计算

数据分析计算模块是测控系统的重要组成部分,它能对所采集的数据进行分析、计算。本测控系统的主要采样点有室内干球温度、室内湿球温度、室外干球温度、室外湿球温度、出风口干球温度、静压和静压差等。本模块利用这些数据,根据焓差法空调能力计算公式,进行冷量、风量及热泵制热量的计算,并根据这些计算值来断定被测空调性能的优良。为了使程序的结构简单化,计算模块采用公式节点(FormulaNode)编写。公式节点是一种结构,允许用户使用类似于多数文本编程语言的句法,编写一个或多个代数公式,比用复杂的框图模型简单[7-8]。程序运用采集模块中采集到的出风干球温度、出风湿球温度、静压、静压差、大气压等基本参数,通过调用焓值计算子程序计算出焓值、风量、绝对湿度等中间值。这些中间值作为公式节点的输入变量,出现在公式节点的左边框上;公式节点的主体部分便是相关的计算公式;右边框上出现的是经过计算的输出结果,也就是空调器的制冷量。

2.4数据打印

打印模块已成为当前测控软件必不可少的一部分。打印模块以所见即所得的方式打印曲线。打印方式有两种:曲线打印和表格打印。

3实验台的系统测试

本文中空调器焓差法实验台测控系统的下位机,采用美国吉时利(Keithley)公司的2700型高性能数据采集仪。该设备是六位半的数字多用表/数据采集系统,可以用来检测直/交流电压和电流热电偶、热敏电阻、频率、周期、导通、2线/4线电阻和4线RTD等。该设备后面板的2个插槽可以插入7700系列的各种模块。本次测试的两个模块分别是7700和7702。7700开关模块具有20路双刀输入通道,可用于电压、电阻、频率、周期和温度的测量,同时还提供2路电流通道。7702开关模块具有40个通道,同时也有2路电流通道。模块上闭合或扫描通道可由2700型测量,扫描方式的各个通道可以分别定义测量功能、量程及分辨率等参数。这两个开关模块均可以直接连接各种传感器,进行相关测量。同时,其面板有两个标准的通信接口:标准串行通信接口(RS-232)和通用接口总线(GPIB)。这就为软件提供了一个真实的数据源,也就能对整个软件性能进行一次全面的检测。

3.1通信模块测试

在仪器的前面板选择一种通信方式,进行相关的参数设置。以串行通信为例,在2700的前面板上按SHIFT键,再按ENTER键,这样就进入了串行通信方式界面,运用左右及上下方向键便能串行通信,即使RS-232处于“ON”状态。接下来进行串口参数设置:1)设置波特率,运用上下及左右方向键选择波特率,波特率为300、600、1200、2400、4800、9600、19.2K,仪器的默认值为4800。按ENTER键结束。2)流量控制,同样运用方向键选择一种流量控制的方式。测试时采用“XonXoff”方式,按ENTER键结束。3)结束符设置,结束符有“CR”(回车)、“LF”(换行)、“CRLF”(回车+换行)和“LFCR”(换行+回车)4种方式。测试时,用“LFCR”方式,按ENTER键结束参数设置。完成仪器串口参数设置后,在软件中也要对串口进行初始化,波特率、流量控制等参数要与仪器的设置一致,同时软件中的串口号要与实际在用的串口一致。串口的初始化主要由串行初始化节点完成,当软件和硬件设置都完成后,点击运行箭头,程序开始数据采集。在界面上可以很好地显示采集到的数据,并实时绘制曲线。GPIB通信也可以采用同样的方法进行测试。

3.2数据分析模块测试

在测试该模块功能时,并不需要用真实的数据源,只要用软件制作一个信号发生器来模仿即可。或者使用原始的手算办法:将输入参数输入控件,运行该子程序,将输出的结果与手算的结果作比较。经过测试,程序能够进行正确计算。

4结语

G语言LabVIEW能够有效地在普通计算机上实现虚拟面板,并呈现普通仪器相同功能的虚拟开关、按键和旋钮等。图形界面友好,便于使用者操作仪器,以完成对测量信号的采集、显示、存取、判断和分析等操作。综上所述,该通讯与测控系统具有以下功能:对实验过程实现在线监测与多窗口界面显示;能对试验台的各点温度、湿度、压力、流量进行瞬时自动检测、计算与显示,以及对各个采集点进行冷热量、风量、能效比、能力率等结果计算,并能以文本、表格、仪表和曲线等多种方式进行显示;能及时保存各项数据,并能对历史数据进行查询、打印;能通过串行口数据采集仪、PLC及其他智能仪表进行通信。

作者：刘皖苏,张倩,姜飞   单位：宿州学院智能信息处理实验室