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1數據通信

數據通信是整個測控軟件系統的核心部分,負責程序與下位機的通信。上位機能否與下位機或數據采集設備正常通信,直接關系到數據的實時采集。如果不能采集到實時數據,將無法進行有效的計算、顯示、存儲等后續工作。本測控系統使用標準串行接口總線RS-232和通用接口總線GPIB與外部儀器通信及控制外部儀器[3-4]。

1.1串口通信

串口(RS-232)是PC機的標準配置。它用于數據的串行傳輸。其開發和應用簡單,在通信距離較近、數據傳輸率要求不高的情況下,可以直接采用。串口通信子模塊采用Sequence(順序)結構編寫,首先,利用SerialPortInit節點初始化串口,設置串口參數;其次,應用SerialPortWrite節點向數據采集設備發送標準機器語言(SCPI)指令。為了確保數據采集設備能將數據全部送回計算機中,在指令發送完成后加一個延時;最后,程序用SerialPortRead節點將數據采集設備返回的數據送到計算機上顯示[5]。

1.2GPIB通信

HewlettPackard開發的連接和控制可編程儀器連線的通用接口總線(GPIB)標準,提供了管理通信時的許多必要規范和協議,GPIB可以采用握手方式將由別的計算機或儀器采集的數據引入計算機。GPIB具有高達1MB/s的數據傳輸速率,在各個領域得到了廣泛應用。GPIB通信子模塊同樣采用Se-quence(順序)結構編寫。首先,運用GPIBWrite節點向儀器發送SCPI指令,同時規定了操作溢出時間;其次,運用GPIBRead節點將數據從儀器中返回到計算機中。

2采集數據的處理

2.1數據存儲

數據存儲主要采用數據庫方式,一些簡單的數據可以用電子表格的形式來實現,能夠方便記錄實驗數據并提供后續的查詢或調用。電子表格形式通過換行符結束每行,TAB分隔每列,普通文本編輯器如Word、TXT等均可打開,也可使用微軟Excel打開,通用性較強。存儲數據模塊采用open/create/replacefile節點創建一個電子表格(*.xls)文件,然后將二維數組數據通過writetospreadsheetfile節點寫到創建好的電子表格文件中。

2.2數據顯示

從數據通信模塊中采集的數據被處理和顯示給用戶,顯示方式有曲線式和儀表式兩種。反映出數據的波動和實時趨勢可用曲線圖,儀表也更為生動形象。不同查看方式之間的切換通過使用Tab控件來實現[6]。Tab控件又稱頁式控件,可以將功能函數有機地歸類,組合到一起。它的實質是通過一個CASE結構來實現選擇的。在實際開發過程中,無需采用將數據傳入該結構的方法,也不用將相應的控件加到這個結構中,否則,在某一時刻下,用戶只能控制幾個控件中的某一個。

為了避免數據丟失,使程序結構更為清晰,在每個條件框圖中,加入當前不顯示控件的本地變量來取得數據上的同步。這樣的做法,一定程度上會增大內存的開銷和冗余,不利于程序效率的提高,但是,由于要用到本地變量的采樣點不多,且當前計算機系統的一般配置已較高,完全可以滿足系統的運行要求。

2.3數據分析計算

數據分析計算模塊是測控系統的重要組成部分,它能對所采集的數據進行分析、計算。本測控系統的主要采樣點有室內干球溫度、室內濕球溫度、室外干球溫度、室外濕球溫度、出風口干球溫度、靜壓和靜壓差等。本模塊利用這些數據,根據焓差法空調能力計算公式,進行冷量、風量及熱泵制熱量的計算,并根據這些計算值來斷定被測空調性能的優良。為了使程序的結構簡單化,計算模塊采用公式節點(FormulaNode)編寫。公式節點是一種結構,允許用戶使用類似于多數文本編程語言的句法,編寫一個或多個代數公式,比用復雜的框圖模型簡單[7-8]。程序運用采集模塊中采集到的出風干球溫度、出風濕球溫度、靜壓、靜壓差、大氣壓等基本參數,通過調用焓值計算子程序計算出焓值、風量、絕對濕度等中間值。這些中間值作為公式節點的輸入變量,出現在公式節點的左邊框上;公式節點的主體部分便是相關的計算公式;右邊框上出現的是經過計算的輸出結果,也就是空調器的制冷量。

2.4數據打印

打印模塊已成為當前測控軟件必不可少的一部分。打印模塊以所見即所得的方式打印曲線。打印方式有兩種:曲線打印和表格打印。

3實驗臺的系統測試

本文中空調器焓差法實驗臺測控系統的下位機,采用美國吉時利(Keithley)公司的2700型高性能數據采集儀。該設備是六位半的數字多用表/數據采集系統,可以用來檢測直/交流電壓和電流熱電偶、熱敏電阻、頻率、周期、導通、2線/4線電阻和4線RTD等。該設備后面板的2個插槽可以插入7700系列的各種模塊。本次測試的兩個模塊分別是7700和7702。7700開關模塊具有20路雙刀輸入通道,可用于電壓、電阻、頻率、周期和溫度的測量,同時還提供2路電流通道。7702開關模塊具有40個通道,同時也有2路電流通道。模塊上閉合或掃描通道可由2700型測量,掃描方式的各個通道可以分別定義測量功能、量程及分辨率等參數。這兩個開關模塊均可以直接連接各種傳感器,進行相關測量。同時,其面板有兩個標準的通信接口:標準串行通信接口(RS-232)和通用接口總線(GPIB)。這就為軟件提供了一個真實的數據源,也就能對整個軟件性能進行一次全面的檢測。

3.1通信模塊測試

在儀器的前面板選擇一種通信方式,進行相關的參數設置。以串行通信為例,在2700的前面板上按SHIFT鍵,再按ENTER鍵,這樣就進入了串行通信方式界面,運用左右及上下方向鍵便能串行通信,即使RS-232處于“ON”狀態。接下來進行串口參數設置:1)設置波特率,運用上下及左右方向鍵選擇波特率,波特率為300、600、1200、2400、4800、9600、19.2K,儀器的默認值為4800。按ENTER鍵結束。2)流量控制,同樣運用方向鍵選擇一種流量控制的方式。測試時采用“XonXoff”方式,按ENTER鍵結束。3)結束符設置,結束符有“CR”(回車)、“LF”(換行)、“CRLF”(回車+換行)和“LFCR”(換行+回車)4種方式。測試時,用“LFCR”方式,按ENTER鍵結束參數設置。完成儀器串口參數設置后,在軟件中也要對串口進行初始化,波特率、流量控制等參數要與儀器的設置一致,同時軟件中的串口號要與實際在用的串口一致。串口的初始化主要由串行初始化節點完成,當軟件和硬件設置都完成后,點擊運行箭頭,程序開始數據采集。在界面上可以很好地顯示采集到的數據,并實時繪制曲線。GPIB通信也可以采用同樣的方法進行測試。

3.2數據分析模塊測試

在測試該模塊功能時,并不需要用真實的數據源,只要用軟件制作一個信號發生器來模仿即可?；蛘呤褂迷嫉氖炙戕k法:將輸入參數輸入控件,運行該子程序,將輸出的結果與手算的結果作比較。經過測試,程序能夠進行正確計算。

4結語

G語言LabVIEW能夠有效地在普通計算機上實現虛擬面板,并呈現普通儀器相同功能的虛擬開關、按鍵和旋鈕等。圖形界面友好,便于使用者操作儀器,以完成對測量信號的采集、顯示、存取、判斷和分析等操作。綜上所述,該通訊與測控系統具有以下功能:對實驗過程實現在線監測與多窗口界面顯示;能對試驗臺的各點溫度、濕度、壓力、流量進行瞬時自動檢測、計算與顯示,以及對各個采集點進行冷熱量、風量、能效比、能力率等結果計算,并能以文本、表格、儀表和曲線等多種方式進行顯示;能及時保存各項數據,并能對歷史數據進行查詢、打印;能通過串行口數據采集儀、PLC及其他智能儀表進行通信。

作者：劉皖蘇,張倩,姜飛   單位：宿州學院智能信息處理實驗室