開(kāi)題報(bào)告-基于labview的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

中北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告學(xué)生姓名學(xué)號(hào)學(xué)院、系信息與通信工程學(xué)院電子工程系專(zhuān)業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器設(shè)計(jì)題目基于LABVIEW的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)指導(dǎo)教師2010年03月20日畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告1結(jié)合畢業(yè)論文課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě)2000字左右的文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述1本課題的研究背景及意義近年來(lái)，以計(jì)算機(jī)為中心、以網(wǎng)絡(luò)為核心的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，尤其是在航空航天等國(guó)防科技領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)化的測(cè)控系統(tǒng)大體上由兩部分組成測(cè)控終端與傳輸介質(zhì)，隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，測(cè)控終端的位置越來(lái)越多的被個(gè)人計(jì)算機(jī)所占據(jù)。其中，軟件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心，設(shè)置是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的靈魂，應(yīng)用于測(cè)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(gè)測(cè)控系統(tǒng)的主體，是完成測(cè)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(cè)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(jì)的多通道數(shù)據(jù)采集就是一次在測(cè)控領(lǐng)域成功的嘗試。12本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀早期的測(cè)控系統(tǒng)采用大型儀表集中對(duì)各個(gè)重要設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)操作盤(pán)進(jìn)行集中式操作；而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為主體，加上檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被控對(duì)象共同構(gòu)成的整體。系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)、監(jiān)督和控制功能。由于通信協(xié)議的不開(kāi)放，因此這種測(cè)控系統(tǒng)是一個(gè)自封閉系統(tǒng)，一般只能完成單一的測(cè)控功能，一般通過(guò)接口，如RS232或GPIB接口可與本地計(jì)算機(jī)或其他儀器設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單互聯(lián)。10隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在我國(guó)國(guó)防、通信、航空、氣象、環(huán)境監(jiān)測(cè)、制造等領(lǐng)域，要求測(cè)控和處理的信息量越來(lái)越大、速度越來(lái)越快。同時(shí)測(cè)控對(duì)象的空間位置日益分散，測(cè)控任務(wù)日益復(fù)雜，測(cè)控系統(tǒng)日益龐大，因此提出了測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)化、遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化的要求。傳統(tǒng)的單機(jī)儀器已遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)算機(jī)控制的測(cè)控系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)單元通過(guò)各種總線互聯(lián)，進(jìn)行信息的傳輸。2網(wǎng)絡(luò)化的測(cè)控技術(shù)興起于國(guó)外，是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)高速發(fā)展，以及對(duì)大容量分布的測(cè)控的大量需求背景下發(fā)展起來(lái)，主要分為以下幾個(gè)階段第一階段起始于20世紀(jì)70年代通用儀器總線的出現(xiàn)，GPIB實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與測(cè)控系統(tǒng)的首次結(jié)合，使得測(cè)量?jī)x器從獨(dú)立的手工操作單臺(tái)儀器開(kāi)始總線計(jì)算機(jī)控制的多臺(tái)儀器的測(cè)控系統(tǒng)。此階段是網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的雛形與起始階段。第二階段起始于20世紀(jì)80年代VXU標(biāo)準(zhǔn)化儀器總線的出現(xiàn)，VXI系統(tǒng)可以將大型計(jì)算機(jī)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(kù)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(cè)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(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)帶動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展，使是的可以在一個(gè)工廠范圍內(nèi)通過(guò)總線將成千上萬(wàn)智能傳感器/變送器等智能化的儀表組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)，此階段是網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的快速發(fā)展階段。第四階段在對(duì)現(xiàn)代要求極高的領(lǐng)域，轉(zhuǎn)通的測(cè)控系統(tǒng)已經(jīng)逐漸無(wú)法滿足用戶的要求，許多部門(mén)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(cè)控系統(tǒng)，即通常所說(shuō)的分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，此階段是網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)發(fā)展的成熟階段。33本課題相關(guān)理論31程序模塊化設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)，搜一再明確了系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)之后，應(yīng)該采用好的程序開(kāi)發(fā)方法，如結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法、模塊化思想、多線程以及軟件系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等等。11311程序設(shè)計(jì)的模塊化原則模塊化結(jié)構(gòu)是所有設(shè)計(jì)良好軟件系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，任何一個(gè)大的程序系統(tǒng)，總是有若干功能相對(duì)獨(dú)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(shí)際上反映了數(shù)據(jù)與過(guò)程的抽象。在模塊化問(wèn)題求解時(shí)，在最高抽象級(jí)可以采用面向問(wèn)題的環(huán)境語(yǔ)言的抽象術(shù)語(yǔ)進(jìn)行描述；而在較低抽象級(jí)，則可采用過(guò)程性術(shù)語(yǔ)。模塊化的概念加上逐步求精的辦法，就把面向問(wèn)題的術(shù)語(yǔ)和面向現(xiàn)實(shí)的術(shù)語(yǔ)兩者結(jié)合起來(lái)。模塊獨(dú)立性有兩個(gè)定性的標(biāo)準(zhǔn)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(dú)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(gè)模塊的塊內(nèi)聯(lián)系大，模塊獨(dú)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。312軟件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)原則為使研制出的軟件具有良好的可靠性、易維護(hù)性、易擴(kuò)充性及易裝卸性，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)遵循規(guī)范化的模塊化設(shè)計(jì)原則。1、自頂向下逐步求精的設(shè)計(jì)方法；2、根據(jù)邏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(jiǎn)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(kuò)充性。313軟件系統(tǒng)模塊化在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用系統(tǒng)程序的主要功能為模塊劃分的標(biāo)準(zhǔn)，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(xún)等功能。432數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)主要研究如何存儲(chǔ)、使用和管理數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展的新階段，也是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。當(dāng)前，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)已成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的核心技術(shù)，從某種意義來(lái)講，數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)規(guī)模、數(shù)據(jù)庫(kù)信息量的大小和使用頻度已成為衡量一個(gè)國(guó)家信息化程度的重要標(biāo)志。421數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)概述數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)涉及到以下幾個(gè)最重要的概念1、數(shù)據(jù)庫(kù)是長(zhǎng)期存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲(chǔ)，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性，并可謂一定范圍內(nèi)的各種用戶共享。數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)中用數(shù)據(jù)模型這個(gè)工具來(lái)抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)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(gè)方面的要求一是能比較真實(shí)的模擬現(xiàn)實(shí)世界；二是容易為人們所理解；三是便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。一種數(shù)據(jù)模型要很好地滿足這三個(gè)方面的要求在目前很困難，在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中針對(duì)不同的使用對(duì)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(kù)的軟件系統(tǒng)，它由一般計(jì)算機(jī)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(kù)系統(tǒng)的核心，主要是實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)有效的組織、管理和存取。5422ADO與數(shù)據(jù)庫(kù)的交互技術(shù)ADO是獨(dú)立于開(kāi)發(fā)工具和開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，它提供了程序開(kāi)發(fā)人員、應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)存取各種數(shù)據(jù)庫(kù)的能力，可以輕松的完成反對(duì)各種數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)，存取等操作。ADO又被稱(chēng)為通用數(shù)據(jù)訪問(wèn)，其數(shù)據(jù)源包括數(shù)據(jù)庫(kù)，電子郵件，文件，文本，圖形等。使用ADO不僅可以讀取ACCESS和SQLSERVER數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以讀取其他與ODBC兼容的數(shù)據(jù)庫(kù)。423MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)MYSQL是一個(gè)小型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)者為瑞典MYSQLAB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(kāi)放源碼這一特點(diǎn)，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(kù)。43WEB技術(shù)431WEB技術(shù)概述WEB技術(shù)的迅猛發(fā)展，使全人類(lèi)都能共享WEB上的各類(lèi)資源，包括功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)資源、海量信息的數(shù)據(jù)庫(kù)資源、五花八門(mén)的多媒體信息資源、門(mén)類(lèi)齊全的軟件工具資源等，這些使得任何人能在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)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(guò)文本、超媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)超級(jí)鏈接，無(wú)論文本、圖形，還是動(dòng)畫(huà)、聲音都能通過(guò)文檔中的鏈接到服務(wù)器上的其它文檔或者其他站點(diǎn)，使客戶以用交互方式快速地搜索需要的資料，通過(guò)表單供用戶填寫(xiě)并通過(guò)服務(wù)應(yīng)用程序提交給數(shù)據(jù)庫(kù)等。432PHP技術(shù)PHP是一種用于創(chuàng)建動(dòng)態(tài)WEB頁(yè)面的服務(wù)器腳本語(yǔ)言。PHP大量采用C、JAVA和PERL語(yǔ)言的語(yǔ)法，并加入了一些PHP自己的特征。PHP支持HTTP的身份認(rèn)證，支持COOKIC，支持GIF圖像創(chuàng)建等。其中，最有代表性的特點(diǎn)在于它強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)支持功能，所有主流與非主流數(shù)據(jù)庫(kù)它幾乎都支持，這使得編寫(xiě)基于數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)頁(yè)變得非常簡(jiǎn)單。433遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)系統(tǒng)該部分設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的附加設(shè)計(jì)部分，主要是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接為一體。采集數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)體現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)化延伸。該遠(yuǎn)程訪問(wèn)系統(tǒng)采用APACHEPHPMYSQL開(kāi)發(fā)套件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。當(dāng)然，這部分需要配置服務(wù)器，網(wǎng)上很多資料可以參考。644多線程技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集的功能，本設(shè)計(jì)的軟件部分必須實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)的分析處理、定時(shí)存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)顯示的功能。在用戶看來(lái)，這些任務(wù)是同時(shí)進(jìn)行著的。實(shí)際上，信號(hào)采集、定時(shí)存儲(chǔ)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(jī)制，使得各個(gè)功能的模塊能夠有條不紊的運(yùn)行。441WINDOWS的多線程機(jī)制WINDOWS是一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)，每個(gè)運(yùn)行的程序?qū)?yīng)著一個(gè)進(jìn)程，而在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)又可以有幾個(gè)線程。WINDOWS系統(tǒng)把CPU的運(yùn)行分成許多小的時(shí)間片，按各個(gè)進(jìn)程和進(jìn)程內(nèi)線程的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分配，從而使多個(gè)程序能“同時(shí)”運(yùn)行。在統(tǒng)一進(jìn)程內(nèi)的不同線程都在自己的時(shí)間片內(nèi)執(zhí)行，避免了相互在時(shí)間上可能的沖突。442LABVIEW與多線程應(yīng)用多線程技術(shù)，可以使得多個(gè)獨(dú)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(fù)雜操作封裝了起來(lái)，因此用戶可以不用學(xué)習(xí)復(fù)雜的多線程編程就可以編寫(xiě)多線程程序。在LABVIEW中，圖形化編程為開(kāi)發(fā)多線程代碼帶來(lái)了很大的好處，因?yàn)樵跀?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(gè)獨(dú)立的循環(huán)或子VI就代表兩段可以并發(fā)執(zhí)行的代碼。443多線程技術(shù)在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為了實(shí)現(xiàn)、顯示、查詢(xún)、報(bào)警和系統(tǒng)其它操作的并行執(zhí)行，在程序創(chuàng)建了兩個(gè)工作線程一個(gè)是采樣工作線程，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)；一個(gè)是數(shù)據(jù)報(bào)警和系統(tǒng)其它功能線程，負(fù)責(zé)定時(shí)把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)存盤(pán)。在用戶啟動(dòng)系統(tǒng)工作是，這兩個(gè)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(fù)地工作著，直到退出程序；而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)線程則是在一定的時(shí)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(shí)候，更多的時(shí)候，存儲(chǔ)模塊是處于掛起的狀態(tài)。因?yàn)樾盘?hào)的采集工作和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作是長(zhǎng)時(shí)間甚至長(zhǎng)年累月運(yùn)行著，這也是工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況所決定的。通過(guò)采用多線程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性要求高的數(shù)據(jù)采集與程序其它功能在時(shí)間上的相互獨(dú)立，避免他們?cè)趯?shí)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、全局變量、共享變量和隊(duì)列等方式實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)。如果需要為兩個(gè)循環(huán)設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，可以通過(guò)定時(shí)循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。7參考文獻(xiàn)1陳國(guó)順，宋新民，馬峻等網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控技術(shù)M,電子工業(yè)出版社，200692龐君，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試的發(fā)展趨勢(shì)虛擬儀器J，攀枝花學(xué)院學(xué)報(bào)，2003683833汪敏生等LABVIEW基礎(chǔ)教程M電子工業(yè)出版社，20021204ROBERTHBISHOP著，喬瑞萍，林欣等譯LABVIEW6I實(shí)用教程M,電子工業(yè)出版社，200175楊樂(lè)平，李海濤等LABVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用M,電子工業(yè)出版社，20017146連海州，趙英俊，基于LABVIEW技術(shù)的虛擬儀器系統(tǒng)J,儀器與測(cè)控，2001821237余成波，胡新宇，傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)M,北京高等教育出版社，20058658曹靈芝主編?，F(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)與虛擬儀器M,北京北京航空航天大學(xué)出版社，200418209雷振山LABVIEW7EXPRESS實(shí)用技術(shù)教程M,北京中國(guó)鐵道出版社，200425426510（美）利夫菲克（BW）著軟件開(kāi)發(fā)者必讀，潘正伯等譯M,北京科學(xué)出版社199011康偉，鄭正奇。WINDOWS下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)J，計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2001,18（3），10510612秦樹(shù)人等，虛擬儀器M，北京中國(guó)計(jì)量出版社，2004313劉君華主編基于LABVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)M,電子工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