可配置的智能仪表数据采集系统设计与实现

论文摘要

在测试控制系统中,数据采集作为一个主要的组成部分,为测试管理与控制实时提供数据,为实验人员进行产品性能分析提供重要依据。为了缩短数据采集系统开发周期,避免重复编码,数据采集系统的研究与设计有着重要意义。本文运用现代软件工程的思想,并结合现场数据采集的实际情况,综合考虑软件设计与系统硬件结构,在测试控制系统开发经验的基础上,设计并实现了可配置的智能仪表数据采集系统。在系统硬件构成方面,本文给出了数据采集系统的主要构成因素,包括工控机、智能仪表、通信接口以及传感器等,并对各组成部分给出了简要介绍,同时描述了冰箱测试系统中数据采集硬件的连接,进一步给出了一般性的数据采集硬件连接图。系统的整体设计决定着系统性能的优劣,对系统的详细设计与实现起决定作用。经过构造现场数据采集系统的探索,对系统整体设计方案进行了优化设计。早期的系统设计以实现功能为首要目标,测试管理与数据采集在一个应用程序中实现;为了避免数据采集的阻塞,我们采用多进程技术,将数据采集系统从原来的应用程序中独立出来,两个程序运行在一台工控机上;为了满足高效率数据采集的需求,我们进一步优化系统整体设计,将测试管理系统与数据采集系统独立开来,分别占用一台工控机,这样系统就有了充足的硬件资源可供利用,大大提高了系统运行的效率。此外还给出了系统开发环境、系统设计目标和系统功能分析。本文还对系统涉及的几个关键问题给出了说明,包括数据采集阻塞问题的研究、VISA在数据采集系统中的应用,还对数据存储缓冲区的问题及仪表故障的判断与处理进行了探讨。UML统一建模语言体现了现代软件工程的思想,因此在开发该系统时,我们利用了这一工具进行系统的建模,从用户需求的角度建立了用例模型,从开发人员的角度,给出了系统静态模型和动态模型,从这几个方面为系统详细设计奠定了基础。本文着重进行了系统的详细设计与实现,经过实践的摸索,我们总结出在数据采集系统中常用的智能仪表及通信接口,数据采集的通用流程,在此基础上,对该系统进行模块化设计,在初始化模块,我们对智能仪表及通信接口等的相关参数进行了设置,引入了INI文件,避免了对程序的经常改动。此外本文对主要通信接口RS232/485及GPIB的编程实现给出了说明,论述了数据库的设计与管理,对数据采集系统与测试管理系统间的接口给出了描述,最后还给出了数据采集系统的抗干扰措施。本文论述的数据采集系统,是在家电类产品测试的基础上提出的,因此具有一定的通用性,可以满足不同的家电产品如冰箱、空调、洗衣机等的测试需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 系统硬件构成综述
• 1.1 工控机类别及特点
• 1.2 智能仪表的特点及基本功能
• 1.3 常用通信接口简介
• 1.3.1 RS－232/422/485 串行总线接口
• 1.3.2 GPIB 总线接口
• 1.3.3 USB 总线接口
• 1.4 传感器分类及其功能
• 1.5 系统硬件连接
• 2 系统整体设计方案
• 2.1 系统整体设计方案
• 2.2 系统开发环境
• 2.2.1 工控机配置
• 2.2.2 操作系统选择
• 2.2.3 开发工具选择
• 2.2.4 数据库选择策略
• 2.3 系统设计目标
• 2.4 系统功能分析
• 3 系统关键问题研究
• 3.1 数据采集阻塞问题的研究
• 3.2 虚拟仪器软件结构（VISA）在数据采集系统中的应用
• 3.2.1 VISA 简介及结构模型
• 3.2.2 VISA 的内部结构
• 3.2.3 VISA 标准常用函数及VISA 程序基本流程
• 3.3 数据存储缓冲区的设置
• 3.4 数据采集仪表故障判断及处理
• 4 基于UML 的系统建模
• 4.1 UML 语言概述
• 4.2 用例建模
• 4.2.1 用例模型的主要元素分析
• 4.2.2 用例图的建立
• 4.3 静态模型的建立
• 4.4 动态模型的建立
• 4.4.1 动态模型概述
• 4.4.2 动态模型的构建
• 5 系统详细设计与实现
• 5.1 系统常用的仪表与接口及数据采集流程
• 5.1.1 常用的智能仪表与通信接口
• 5.1.2 通用数据采集流程
• 5.2 系统主要模块设计与实现
• 5.2.1 仪表选择模块
• 5.2.2 接口选择模块
• 5.2.3 仪表及接口参数设置模块
• 5.2.4 仪表设置模块
• 5.2.5 数据采集及处理模块
• 5.3 主要通信接口数据采集实现
• 5.3.1 RS232/485 串行接口通信
• 5.3.2 GPIB 总线接口通信
• 5.4 数据库设计与管理
• 5.5 INI 文件的应用
• 5.6 数据采集系统与管理软件接口设计
• 5.7 系统的抗干扰问题
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文
• 研究成果