【正文】 接設(shè)計(jì)：這部分的設(shè)計(jì)突出體現(xiàn)了虛擬儀器模塊化程序設(shè)計(jì)的思想。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾方面：① 把一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，程序設(shè)計(jì)思路清晰，給設(shè)計(jì)者調(diào)試程序帶來(lái)了諸多的方便。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)虛擬儀器設(shè)計(jì)的靈活性提供了前提。工業(yè)計(jì)算機(jī)采取了抗干擾措施，有利于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的可靠運(yùn)行。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。假設(shè)現(xiàn)在對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)x(t)每隔△t時(shí)間采樣一次。所有x(0)，x(△t)，x(2△t)都是采樣值。這個(gè)數(shù)列中僅僅用下標(biāo)變量編制索引，而不含有任何關(guān)于采樣率(或△t)的信息。如果信號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號(hào)將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號(hào)被采集(A/D)之前，經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，將信號(hào)中高于奈奎斯特頻率的信號(hào)成分濾去。需要注意的兩個(gè)問(wèn)題是：是否使用緩沖？是否使用外觸發(fā)啟動(dòng)、停止或同步一個(gè)操作？1）緩沖(Buffers)這里的緩沖指的是PC內(nèi)存的一個(gè)區(qū)域(不是數(shù)據(jù)采集卡上的FIFO緩沖)，它用來(lái)臨時(shí)存放數(shù)據(jù)。如果你的卡有DMA性能，模擬輸入操作就有一個(gè)通向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的高速硬件通道，這就意味著所采集的數(shù)據(jù)可以直接送到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存。③ 采樣周期必須準(zhǔn)確、均勻地通過(guò)數(shù)據(jù)樣本。觸發(fā)器通常是一個(gè)數(shù)字或模擬信號(hào)，其狀態(tài)可確定動(dòng)作的發(fā)生。當(dāng)某一模擬入通道發(fā)生一個(gè)指定的電壓電平時(shí)，讓卡輸出一個(gè)數(shù)字脈沖，這是內(nèi)部觸發(fā)。下列情況使用硬件觸發(fā)：① 采集事件定時(shí)需要非常準(zhǔn)確。因?yàn)楸粶y(cè)試對(duì)象的信號(hào)來(lái)源已經(jīng)是變換好了的電信號(hào)，所以傳感器部分在設(shè)計(jì)中沒(méi)有得到具體體現(xiàn)，但是這部分是設(shè)計(jì)過(guò)程中必需要考慮的。信號(hào)調(diào)理模塊應(yīng)盡可能靠近信號(hào)源或傳感器，使得信號(hào)在受到傳輸信號(hào)的環(huán)境噪聲影響之前已被放大，使信噪比得到改善。3）濾波 濾波的目的是從所測(cè)量的信號(hào)中除去不需要的成分。4）激勵(lì) 信號(hào)調(diào)理也能夠?yàn)槟承﹤鞲衅魈峁┧璧募?lì)信號(hào)，比如應(yīng)變傳感器、熱敏電阻等就需要外界電源或電流激勵(lì)信號(hào)。6）數(shù)字信號(hào)調(diào)理 即使傳感器直接輸出數(shù)字信號(hào)，有時(shí)也有必要進(jìn)行調(diào)理，其作用是將傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行必要的整形或電平調(diào)整。一般情況下，信號(hào)所運(yùn)載信息是很廣泛的，比如：狀態(tài)(State)、速率(Rate)、電平(Level)、形狀(Shape)、頻率成分(Frequency Content)。1）數(shù)字信號(hào)(Digital)第一類數(shù)字信號(hào)是開(kāi)關(guān)信號(hào)(OnOff)。這種信號(hào)包括一系列的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，信息就包含在狀態(tài)轉(zhuǎn)化發(fā)生的數(shù)目、轉(zhuǎn)換速率、一個(gè)轉(zhuǎn)換間隔或多個(gè)轉(zhuǎn)換間隔的時(shí)間里。采集系統(tǒng)在采集模擬直流信號(hào)時(shí)，需要有足夠的精度以正確測(cè)量信號(hào)電平。現(xiàn)實(shí)中存在許多不同的時(shí)域信號(hào)，比如心臟跳動(dòng)信號(hào)、視頻信號(hào)等，測(cè)量它們通常是因?yàn)閷?duì)波形的某些方面的特性感興趣。模擬頻域信號(hào)也很多，比如聲音信號(hào)、地球物理信號(hào)、傳輸信號(hào)等。1）接地信號(hào)接地信號(hào)，就是將信號(hào)的一端與系統(tǒng)地連接起來(lái)，如大地或建筑物的地。一些常見(jiàn)的浮動(dòng)信號(hào)的例子有電池、熱電偶、變壓器和隔離放大器。標(biāo)有AIGND(模擬輸入地)的管腳就是測(cè)量系統(tǒng)的地。如果系統(tǒng)共模電壓超過(guò)允許范圍，需要限制信號(hào)地與數(shù)據(jù)采集卡的地之間的浮地電壓，以避免測(cè)量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。圖 十六通道NRSE測(cè)量系統(tǒng)： 測(cè)量系統(tǒng)連接方式接地信號(hào)浮動(dòng)信號(hào)DEF☆☆RSE☆☆NRSE☆☆其中，推薦使用帶☆號(hào)的方式。如果采用RSE測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，將會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)較大的誤差。如果信號(hào)電壓很高并且信號(hào)源和數(shù)據(jù)采集卡之間的連接阻抗很小，就可以采用RSE系統(tǒng)，因?yàn)榇藭r(shí)接地回路電壓相對(duì)于信號(hào)電壓來(lái)說(shuō)很小，信號(hào)源電壓的測(cè)量值受到接地回路的影響可以忽略。為了穩(wěn)住信號(hào)電壓，需要在每個(gè)測(cè)量端與測(cè)量地之間連接偏置電阻。如果輸入信號(hào)是直流，就只需要用一個(gè)電阻將()端與測(cè)量系統(tǒng)的地連接起來(lái)。 測(cè)量浮動(dòng)信號(hào)總的來(lái)說(shuō)，不論測(cè)量接地還是浮動(dòng)信號(hào)，差分測(cè)量系統(tǒng)是很好的選擇，因?yàn)樗坏苊饬私拥鼗芈犯蓴_，還避免了環(huán)境干擾。電池、RTD、應(yīng)變片、熱電偶等信號(hào)源的阻抗很小，可以將這些信號(hào)源直接連接到數(shù)據(jù)采集卡上或信號(hào)調(diào)理硬件上。所以在選擇數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)，首先必須對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的性能指標(biāo)有所了解。如果采樣系統(tǒng)對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格，則必須同時(shí)采集，這就需要每個(gè)通道都有自己的放大和A/D轉(zhuǎn)換器。因而，數(shù)字信號(hào)不能真實(shí)地反映原始信號(hào)，因?yàn)橐徊糠中畔⒈宦┑袅?。例如，一個(gè)12位多功能DAQ卡，其可選的范圍從0到10V，或－5到＋5V，其可選增益有1，2，5，10，20，50或100。2）放大器。把采集到的信號(hào)瞬間值，保持在A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程中不變化。以上四個(gè)部分是數(shù)據(jù)采集卡的重要組成部分，與其他的電路如定時(shí)/計(jì)數(shù)器、總線接口等電路儀器組成DAQ。整個(gè)系統(tǒng)從被測(cè)對(duì)象開(kāi)始，通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的信號(hào)出來(lái)，比如SCCRTD01熱電阻調(diào)理模塊、SCCTD02熱電偶調(diào)理模塊、SCCSG04全橋應(yīng)變片調(diào)理模塊，將信號(hào)送至數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，然后用軟件進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的軟件系統(tǒng)時(shí)，需要考慮眾多因素，如硬件需求、計(jì)算機(jī)硬件、操作系統(tǒng)；軟件是否建立在開(kāi)放的結(jié)構(gòu)上，是否需要編程經(jīng)驗(yàn)？利用此軟件程序是否能在不同的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上移植?將來(lái)能否方便的擴(kuò)展虛擬儀器的功能。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[13]。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?qū)崿F(xiàn)的術(shù)語(yǔ)兩者結(jié)合起來(lái)。一個(gè)模塊的塊內(nèi)聯(lián)系大，模塊獨(dú)立性會(huì)提高。對(duì)抽象算法做進(jìn)一步求精，進(jìn)入下一層抽象。3）模塊的作用范圍應(yīng)處在模塊的控制范圍之內(nèi)模塊的作用范圍是指模塊內(nèi)判定影響的范圍。5）模塊接口應(yīng)保持簡(jiǎn)明降低模塊接口的復(fù)雜性，是模塊設(shè)計(jì)中必須考慮的問(wèn)題。模塊的出口可以有多個(gè)，但均應(yīng)具有明確的邏輯含義。圖 模塊結(jié)構(gòu)增加判斷層次系統(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)的查詢等功能。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲(chǔ)存，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，并可為一定范圍內(nèi)的各種用戶共享。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)地模擬現(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)。概念層是抽象級(jí)別的最高層，其目的是按用戶的觀點(diǎn)來(lái)對(duì)世界建模。② 數(shù)據(jù)操縱功能：DBMS還提供數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言，用戶可以使用DML操縱數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本操作，如檢索、插入、刪除和修改等。⑤ 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)功能：它包括數(shù)據(jù)庫(kù)初始數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)換功能，數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)、恢復(fù)功能，數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織功能和性能監(jiān)視、分析功能等。使用ADO不僅可以讀取Access和SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以讀取其他與ODBC兼容的數(shù)據(jù)庫(kù)。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)。MYSQL建立的基礎(chǔ)是業(yè)已用在高要求的生產(chǎn)環(huán)境多年的一套實(shí)用例程。3）多平臺(tái)，包括：Solaris、SunOS、BSDI、SGI、IRIX、AIX、DEC、UNIX、Linux FreeBSD、SCO OpenServer、NetBSD、OpenBSD、HPUX、Win9x and NT.(各臺(tái)支持的功能不盡相同)。7）可處理大型數(shù)據(jù)(超過(guò)5千萬(wàn)個(gè)記錄)，表大小限于OS的文件大?。篖inux為2G，Solaris ，Solaris 。從本質(zhì)上講Web技術(shù)是各種技術(shù)的集成與綜合應(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)超文本（Hypertext）、超媒體（Hypermedia）技術(shù)實(shí)現(xiàn)超級(jí)鏈接，無(wú)論文本、圖形，還是動(dòng)畫、聲音都能通過(guò)文擋中的鏈接連接到服務(wù)器上的其它文檔或其它站點(diǎn)，使客戶以用交互方式快速地搜索所需要的資料，通過(guò)表單供用戶填寫并通過(guò)服務(wù)器應(yīng)用程序提交給數(shù)據(jù)庫(kù)等。主要包括：博客 (BLOG)、RSS、百科全書(Wiki)、網(wǎng)摘、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)(SNS)、P2P、即時(shí)信息(IM)、智能搜索引擎等。近年來(lái)在Web服務(wù)端更多Web開(kāi)發(fā)環(huán)境支持MVC（ModelViewContorller）設(shè)計(jì)模型，為開(kāi)發(fā)者提供了全套的開(kāi)發(fā)框架。 Web應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 PHP技術(shù)PHP(Hypertext Preprocessor)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。1）PHP的特性① 易學(xué)易用PHP的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)借用了C、Perl的優(yōu)秀部分，有以上語(yǔ)言編程經(jīng)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)人員可快速地掌握PHP并將其投入實(shí)際使用。⑤ 先進(jìn)的擴(kuò)展功能PHP不但內(nèi)置了對(duì)文件上傳、密碼認(rèn)證、Cookies操作、郵件收發(fā)、動(dòng)態(tài)GIF生成等功能的支持，還提供了對(duì)GZIP文件、PDF、XML的直接支持。② PHP運(yùn)行在服務(wù)器端PHP腳本在Web服務(wù)器端的運(yùn)行方式是：當(dāng)Web服務(wù)器接收到一個(gè)Web頁(yè)面請(qǐng)求時(shí)，若請(qǐng)求的是HTML文件，則Web服務(wù)器直接把文件提供給瀏覽器解釋執(zhí)行；若請(qǐng)求的是以PHP為擴(kuò)展名的文件，然后再根據(jù)程序運(yùn)行時(shí)各種不同的條件將PHP程序轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的HTML代碼，再把HTML代碼提供給客戶端的Web瀏覽器。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。在用戶看來(lái)，這些任務(wù)是同時(shí)進(jìn)行著的。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，用戶可以很容易地“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。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。在用戶啟動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，這兩個(gè)工作線程被創(chuàng)建。 LabVIEW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。本設(shè)計(jì)把用戶命令輸入、信號(hào)動(dòng)態(tài)顯示和歷史數(shù)據(jù)的查詢、分析處理放在主線程中實(shí)現(xiàn)，而把信號(hào)采集和定時(shí)存儲(chǔ)功能分別放到兩個(gè)工作線程中。具體實(shí)現(xiàn)代碼見(jiàn)附錄。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)化的延伸。而PHP腳本是經(jīng)PHP解釋器生成的顯式的HTML標(biāo)識(shí)，不必編譯成可執(zhí)行文件。經(jīng)測(cè)試表明，在Web站點(diǎn)訪問(wèn)量非常大時(shí)，PHP的解析速度相當(dāng)于傳統(tǒng)CGI程序的4倍?、?跨多個(gè)平臺(tái)目前PHP可在Windows、UNIX、Linux的Web服務(wù)器上正常運(yùn)行，支持IIS、Apache等通用Web服務(wù)器。PHP支持HTTP的身份認(rèn)證，支持Cookie，支持GIF圖像創(chuàng)建等。基于Web技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)，用戶直接面對(duì)的是客戶端瀏覽器，用戶在使用系統(tǒng)時(shí)，請(qǐng)求之后的事務(wù)邏輯處理和數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算由服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)共同完成，對(duì)用戶而言是完全透明的，運(yùn)算后得到的結(jié)果再通過(guò)瀏覽器的方式返回給用戶。服務(wù)器端開(kāi)發(fā)技術(shù)有ASP、JSP/Servlet、JDBC、JavaBean、PHP等。從靜態(tài)技術(shù)到動(dòng)態(tài)技術(shù)，從開(kāi)發(fā)平臺(tái)到應(yīng)用模型，從傳統(tǒng)Web到語(yǔ)義化Web，Web經(jīng)歷了一次又一次的技術(shù)浪潮，也面臨更為嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。9）多種語(yǔ)言支持。5）非常靈活和安全的權(quán)限系統(tǒng)，密碼加密。MYSQL的主要特點(diǎn)如下：1）完全多線程，適于多CPU使用。例如，你能用SQL語(yǔ)言為一個(gè)網(wǎng)站檢索產(chǎn)品信息及存儲(chǔ)顧客信息，同時(shí)MYSQL也足夠快和靈活以允許你存儲(chǔ)記錄文件和圖像。 MySQL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MySQL AB公司。 ADO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)存取各類數(shù)據(jù)庫(kù)的能力，可以輕松地完成對(duì)各類數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢，存取等操作。③ 數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行管理：數(shù)據(jù)庫(kù)在建立、運(yùn)用和維護(hù)時(shí)由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制，以保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對(duì)數(shù)據(jù)的并發(fā)使用及發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù)，從而保證數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS，DataBase Management System）是操縱和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件系統(tǒng)，它由一組計(jì)算機(jī)程序構(gòu)成，管理并控制數(shù)據(jù)資源的使用。物理層是數(shù)據(jù)抽象的最低層，用來(lái)描述數(shù)據(jù)物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方法。在數(shù)據(jù)庫(kù)中用數(shù)據(jù)模型（DataModel）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。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)，數(shù)據(jù)庫(kù)已成為計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)的組成核心，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。這樣在擴(kuò)展時(shí)，除增加C外，尚須修改A，這種修改可能是困難的。6）模塊應(yīng)保持單入口性質(zhì)單入口模塊，易于理解。4）依據(jù)邏輯功能確定模塊之間的調(diào)用關(guān)系模塊之間的調(diào)用與被調(diào)用，決定于模塊各自的邏輯功能，因而對(duì)模塊的扇入扇出并無(wú)加以限制的必要。2）根據(jù)邏輯功能劃分物理模塊① 模塊的分解：消除重復(fù)的功能部分，使得模塊的塊內(nèi)聯(lián)系較高，塊間聯(lián)系較低。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[13]。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。模塊(Module)實(shí)際上反映了數(shù)據(jù)(Data)與過(guò)程(Process)的抽象。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于其應(yīng)用軟件的研究與開(kāi)發(fā)，所以在明確了系統(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。 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵。該板卡的主要性能如下：◆ 16路模擬信號(hào)輸入通道，采樣率為250kS/s，輸入范圍為10V～+10V；◆ 2路模擬量輸出通道，分辨率為16位；◆ 24路數(shù)字I/O，數(shù)字觸發(fā)；◆ 2個(gè)32位定時(shí)計(jì)數(shù)器；◆ NIDAQmx測(cè)試軟件和硬件配置支持；◆ N