【正文】 用戶登錄界面 。下面分別介紹各個部分。第五章 系統(tǒng)軟件的具體實現(xiàn)本設(shè)計的前面板由登錄系統(tǒng)、通道配置、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警記錄、系統(tǒng)信息6個頁面組成。 報警記錄程序這部分程序采用用戶事件來編寫的，當采樣值大于設(shè)定的數(shù)值時，就會觸發(fā)用戶事件，從而使下面循環(huán)里的事件發(fā)生，進行記錄數(shù)據(jù)，這部分是實時記錄的，沒有進行保存，每次重新啟動系統(tǒng)時，會清空保存的記錄。 歷史數(shù)據(jù)查詢程序歷史數(shù)據(jù)查詢，因為已經(jīng)把采集的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫里了，所以歷史數(shù)據(jù)的查詢只需要從數(shù)據(jù)庫里按照一定的條件檢索出來就行了，這樣就涉及到檢索條件的問題，而保存數(shù)據(jù)的表格的主鍵已設(shè)為保存時刻，每個數(shù)據(jù)的在時間上是唯一的。 系統(tǒng)具體應(yīng)用程序的實現(xiàn) 數(shù)據(jù)采集程序系統(tǒng)采用的是NI PCI6221采集卡，由于該卡支持DAQmx驅(qū)動程序，所以本設(shè)計是直接使用DAQmxData Acquisition開發(fā)的，在這部分中，主要是采集參數(shù)的設(shè)置，其中包括物理通道的選擇，采樣模式、采樣率、每通道采樣數(shù)、輸入方式的配置，采樣最大最小值的設(shè)置。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)來實現(xiàn)。通過采用多線程技術(shù)，實現(xiàn)了實時性要求高的數(shù)據(jù)采集與程序其它功能(如數(shù)據(jù)顯示、讀取、存儲等)在時間上的相互獨立，避免它們在時間上可能產(chǎn)生的沖突，提高了數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性[14]。但不同的是，采樣工作線程是在循環(huán)往復(fù)的工作著，直到退出程序；而數(shù)據(jù)存儲線程則是在一定的時刻被喚醒，比如在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿、或程序結(jié)束等時候，更多的時候，存儲模塊是處于掛起的狀態(tài)。多線程的優(yōu)點：1）更高的CPU利用率2）更高的系統(tǒng)可靠性3）提高在多處理器計算機上的執(zhí)行速度 多線程技術(shù)在本設(shè)計中的應(yīng)用為了實現(xiàn)采集、顯示、查詢、報警和系統(tǒng)其他操作的并行執(zhí)行，在程序中創(chuàng)建了兩個工作線程：一個是采樣工作線程，專門負責數(shù)據(jù)采集和存儲；一個是數(shù)據(jù)報警和系統(tǒng)其他功能線程，負責定時把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)存盤。LabVIEW把線程管理、線程間的通信等復(fù)雜操作封裝了起來，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多線程程序。在同一進程內(nèi)的不同線程都在自己的時間片內(nèi)執(zhí)行，避免了相互在時間上可能的沖突。 Windows的多線程機制Windows是一個多任務(wù)操作系統(tǒng)，每個運行的程序?qū)?yīng)著一個進程，而在一個進程內(nèi)又可以有幾個線程。實際上，信號采集、定時存儲和主控模塊放在不同的線程中，利用Windows操作系統(tǒng)的多線程機制，使得各個功能模塊能夠有條不紊的運行。 多線程技術(shù)為了實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集的功能，本設(shè)計的軟件部分必須實現(xiàn)信號的采集、數(shù)據(jù)的分析處理、定時存儲及實時顯示等功能。主要是利用PHP建立數(shù)據(jù)庫的連接，在本設(shè)計中主要實現(xiàn)了用戶登錄頁面，檢索條件輸入頁面，結(jié)果返回頁面。該遠程訪問系統(tǒng)是采用Apache+PHP+MySQL開發(fā)套件進行開發(fā)的。 PHP在服務(wù)器端運行方式 遠程數(shù)據(jù)訪問系統(tǒng)該部分設(shè)計是整個系統(tǒng)的附加設(shè)計部分，主要是為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程訪問，通過數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接為一體。用戶可以把程序代碼嵌入到HTML中。⑥ 完全免費2）PHP的工作方式① 嵌入HTML的方式傳統(tǒng)的程序設(shè)計語言所編制程序的源代碼都要經(jīng)編譯程序編譯后生成一個可執(zhí)行的文件。④ 強大的數(shù)據(jù)庫支持PHP直接為很多數(shù)據(jù)庫提供內(nèi)置的鏈接，包括Oracle、SyBase、PostgreSQL、MySQL、Informix、DBASE、SOLID、Access等，并完全支持ODBC接口，凡是支持ODBC接口的數(shù)據(jù)庫，PHP都可以為其提供有力的支持。② 運行速度快PHP采用HTML內(nèi)置標記技術(shù)，解釋程序本身可以作為Web服務(wù)器的一個模塊運行，有效地提高了運行時的解析速度。其中，最有代表性的特點在于它強大的數(shù)據(jù)庫支持功能，所有主流與非主流數(shù)據(jù)庫它幾乎都支持，這使得編寫基于數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)頁變得非常簡單。PHP大量采用C、Java和Perl語言的語法，并加入了一些PHP自己的特征。這個過程可分成一些子步驟，每一個子步驟的完成可理解為通過一個單獨的應(yīng)用服務(wù)器來處理，這些應(yīng)用服務(wù)器在最終得到用戶所需的結(jié)論之前，相互之間還會進行一定的數(shù)據(jù)交流和傳遞。評估一種Web開發(fā)技術(shù)優(yōu)劣的標準只有一個，那就是看這種技術(shù)能否在最恰當?shù)臅r間和最恰當?shù)牡攸c，以最恰當?shù)姆绞?，為最需要信息的人提供最恰當?shù)男畔⒎?wù)。使用這些技術(shù)生成動態(tài)頁面、操縱數(shù)據(jù)庫、建立Web站點。Web客戶端開發(fā)技術(shù)有VB、VC、PB等。Web ，而Web ，用戶既是網(wǎng)站內(nèi)容的消費者(瀏覽者)，也是網(wǎng)站內(nèi)容的制造者。自從Web的產(chǎn)生到現(xiàn)在，Web技術(shù)已從最初簡單的文檔的瀏覽發(fā)展到當今復(fù)雜電子商務(wù)的應(yīng)用，其間共經(jīng)歷了靜態(tài)文檔、動態(tài)交互頁面和實時可伸縮的事務(wù)處理三個階段。 Web技術(shù) Web技術(shù)概述Web技術(shù)的迅猛發(fā)展，使全人類都能共享Web上的各類資源，包括功能強大的計算資源、海量信息的數(shù)據(jù)庫資源、五花八門的多媒體信息資源、門類齊全的軟件工具資源等，這些使得任何人能在任何時間、任何地點和任何設(shè)備上獲得所需要的信息資源。8）經(jīng)權(quán)威商業(yè)內(nèi)存泄露軟件檢測無內(nèi)存泄露。6）為Win9X提供ODBC接口，可通過Access與之相聯(lián)，另有第三方開發(fā)商提供多樣的ODBC驅(qū)動程序。4）數(shù)據(jù)類型多樣，包括：有/無符號1,2,3,4,8字節(jié)INT、FLOAT、DOUBLE、CHAR、VARCHAR、TEXT、LOB、DATE、DATETIME、YEAR、SET、ENUM。2）提供C、C++、JAVA(JDBC)、Perl、Python、PHP and TCL的API接口。盡管MYSQL仍在開發(fā)中，但它已經(jīng)提供一個豐富和極其有用的功能集。MYSQL主要目標是快速、健壯和易用。SQL是一種標準化的語言，它使得存儲、更新和存取信息更容易。目前MySQL被廣泛地應(yīng)用在Internet上的中小型網(wǎng)站中。ADO對數(shù)據(jù)庫的操作步驟一般分為如下幾步：① 創(chuàng)建數(shù)據(jù)源名(DSN)；② 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫連接(Connection)；③ 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫對象；④ 操作數(shù)據(jù)庫；⑤ 關(guān)閉數(shù)據(jù)庫對象和連接。ADO又被稱為通用數(shù)據(jù)訪問(UDA)，其數(shù)據(jù)源包括數(shù)據(jù)庫，電子郵件，文件，文本，圖形等。⑥ 其他功能：DBMS與網(wǎng)絡(luò)中其他軟件系統(tǒng)的通信功能、DBMS之間或文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能；異構(gòu)數(shù)據(jù)庫之間的互訪和互操作功能等。④ 數(shù)據(jù)組織、存儲和管理功能：DBMS要分類組織、存儲和管理各種數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)字典、用戶數(shù)據(jù)、存取路徑等。DML有兩類：一類是宿主型語言，一類是自立型語言。它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，主要是實現(xiàn)對共享數(shù)據(jù)有效的組織、管理和存取，它的基本功能包括以下幾個方面：① 數(shù)據(jù)定義功能：對數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)進行描述，包括外模式、模式、內(nèi)模式的定義；數(shù)據(jù)庫完整性的定義；安全保密定義（如用戶口令、級別、存取權(quán)限）；存取路徑（如索引）的定義等。例如實體－聯(lián)系模型（EntityRelational Model，簡稱ER模型）。邏輯層是數(shù)據(jù)抽象的中間層，描述數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)整體的邏輯結(jié)構(gòu)。一種數(shù)據(jù)模型要很好地滿足這三個方面的要求在目前尚很困難，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中針對不同的使用對象和應(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。2）數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)特征的抽象，描述的是數(shù)據(jù)的共性。數(shù)據(jù)庫不僅要反映數(shù)據(jù)本身的內(nèi)容，而且要反映數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。 數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述數(shù)據(jù)庫技術(shù)涉及到以下幾個最重要的概念：1）數(shù)據(jù)庫(DataBase)是長期儲存于計算機內(nèi)、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。 數(shù)據(jù)庫技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要研究如何存儲、使用和管理數(shù)據(jù)，是計算機數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展的新階段，也是計算機技術(shù)中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的技術(shù)之一。 ，增加了一個中間判斷層模塊F，以一個開關(guān)量Flag決定模塊A要調(diào)用的模塊，這樣對A的修改，僅局限于Flag的設(shè)置，大大較少了工作量。7）模塊結(jié)構(gòu)增加中間判斷層次，提高可擴充性，模塊A調(diào)用B，以后擴充時還要讓A調(diào)用C()。由于副作用的減少，可以降低錯誤的發(fā)生率。保持模塊接口的簡明，一方面須減少模塊間傳遞的信息量，更重要的是使所傳遞的必要信息具有明確的邏輯含義。一般來講，底層模塊的扇入較高，頂層模塊的扇出較高。只要某模塊中含有依賴于某種判定操作，則該模塊就處于該判定的作用范圍之內(nèi)。② 模塊的合并；③ 模塊的復(fù)制。在求精過程的每一步，抽象概念(語句或數(shù)據(jù))都被精細化。1）自頂向下逐步求精的設(shè)計方法軟件設(shè)計往往在開始時不了解問題的全部細節(jié)，只能對問題做出全局性的決策，即設(shè)計表征解決問題一般策略的抽象算法。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。塊內(nèi)聯(lián)系是指模塊內(nèi)部各部分(語句與語句段)之間的聯(lián)系。模塊獨立性有兩個定性的標準度量：即塊內(nèi)聯(lián)系(內(nèi)聚)與塊間聯(lián)系(耦合)。在模塊化問題求解時，在最高抽象級可以采用面向問題的環(huán)境語言的抽象術(shù)語進行描述；而在較低抽象級，則可采用過程性術(shù)語。 模塊化結(jié)構(gòu)信息抽象與信息隱含是模塊的基本特征。 程序設(shè)計的模塊化原則模塊化結(jié)構(gòu)是所有設(shè)計良好的軟件系統(tǒng)的基本特點，任何一個大的程序系統(tǒng)，總是由若干功能相對獨立的模塊組成。由于選用專用的開發(fā)軟件，必須具有一定的儀器以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備配合使用。設(shè)計一個虛擬儀器系統(tǒng)，在硬件平臺確定之后，就可以通過設(shè)計不同的軟件，實現(xiàn)不同的儀器功能。在采集過程中將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫里，實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的遠程訪問?；谝陨显?，本設(shè)計選擇了NI PCI6221數(shù)據(jù)采集卡。 NI PCI6221數(shù)據(jù)采集卡NI PCI6221是NI公司的M系列多功能數(shù)據(jù)采集卡，采用的是一個A/D轉(zhuǎn)換器，雖然是多路采集，實際上是分時工作的，所有在多路同時工作時采樣率會成倍降低。目前，通常將采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器集成在同一塊芯片上。4）A/D轉(zhuǎn)換器。3）采樣保持器。將切換進入采集卡的信號放大至需要的量程內(nèi)。將各路信號輪流切換至放大器的輸入端，實現(xiàn)多參數(shù)多路信號的分時采集。電壓取值范圍從0到10V，增益為50，則理想分辯電壓是：5）I/O通道數(shù)該參數(shù)表明了數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號路數(shù)。一般最好能夠使進入采集卡的電壓范圍剛好與其符合，以便利用其可靠的分辨率范圍。如果增加到十二位，代碼數(shù)從8增加到212=4096，這樣就可以獲得就能獲得十分精確的模擬信號數(shù)字化表示。例如，三位的A/D轉(zhuǎn)換把模擬電壓范圍分成23=8段，每段用二進制代碼在000到111之間表示。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行的是各個數(shù)據(jù)通道公用一套放大器和A/D轉(zhuǎn)換器。2）采樣方法采集卡通常都有好幾個數(shù)據(jù)通道，如果所有的數(shù)據(jù)通道都輪流使用同一個放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，要比每個通道單獨使用各自的經(jīng)濟的多，但這僅適用于對時間不是很重要的場合。 數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標1）采樣頻率采樣頻率的高低，決定了在一定時間內(nèi)獲取原始信號信息的多少，為了能夠較好的再現(xiàn)原始信號，不產(chǎn)生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。 數(shù)據(jù)采集卡的選擇數(shù)據(jù)采集板卡的性能與眾多因素相關(guān)，要根據(jù)具體情況來具體分析。直接將高阻抗的信號源接到插入式板卡上會導(dǎo)致出錯。值得注意的一點是信號源的阻抗大小。相反，RSE系統(tǒng)卻允許兩種干擾的存在，在所有輸入信號都滿足以下指標時，可以采用RSE測量方式：輸入信號是高電平(一般要超過1V)；連線比較短(一般小于5米)并且環(huán)境干擾很小或屏蔽良好；所有輸入信號都與信號源共地。如果輸入信號是交流，就需要兩個偏置電阻，以達到放大器的直流偏置通路的要求。然而如果信號源的阻抗相對較高，從免除干擾的角度而言，這種連接方式會導(dǎo)致系統(tǒng)不平衡。對低阻抗信號源來說，10kΩ到100kΩ的電阻比較合適。這樣就為放大器輸入到放大器的地提供了一個直流通路。如果采用差分或NRSE測量系統(tǒng)，放大器輸入偏置電流會導(dǎo)致浮動信號電壓偏離數(shù)據(jù)采集卡的有效范圍。 RSE測量系統(tǒng)測量浮動信號2）測量浮動信號測量浮動信號可以采用DEF、RSE、NRSE方式測量浮動信號。一種避免接地回路形成的辦法就是在測量信號前使用隔離方法，測量隔離之后的信號。在本例中，測量電壓Vm是測量信號電壓Vs和電位差DVg之和，其中DVg是信號地和測量地之間的電位差，這個電位差來自于接地回路電阻，可能會造成數(shù)據(jù)錯誤。1）測量接地信號測量接地信號最好采用差分或NRSE測量系統(tǒng)。從上表可以看出，浮動信號和差分連接方式的系統(tǒng)較好。其中AISENSE是測量的公共參考端，AIGND是系統(tǒng)的地。圖 八通道差分測量系統(tǒng)2）參考地單端測量系統(tǒng)(RSE)一個RSE測量系統(tǒng)，也叫做接地測量系統(tǒng)，被測信號的一端接模擬輸入通道，另一端連接系統(tǒng)地AIGND。共模電壓的范圍關(guān)系到一個數(shù)據(jù)采集卡的性能，可以用不同的方式來消除共模電壓的影響。一個理想的差分測量系統(tǒng)僅能測出(+)和()輸入端口之間的電位差，完全不會測量到共模電壓。用一個放大器通過模擬多路轉(zhuǎn)換器進行通道間的轉(zhuǎn)換。 測量系統(tǒng)分類1）差分測量系統(tǒng)(DEF)差分測量系統(tǒng)中，信號輸入端與一個模擬入通道相連接。2）浮動信號一個不與任何地(如大地或建筑物的地)連接的電壓信號稱為浮動信號，浮動信號的每個端口都與系統(tǒng)地獨立。因為信號用的是系統(tǒng)地，所以與數(shù)據(jù)采集卡是共地的。測量系統(tǒng)可以分為差分(Differential)、參考地單端(RSE)、無參考地單端(NRSE)三種類型。圖 模擬頻域信號現(xiàn)實中的信號并不是互相排斥的，一個信號可能運載有不只一種信息，可以用幾種方式來定義信號并測量它，用不同類型的系統(tǒng)來測量同一個信號，從信號中取出需要的各種信息。為了實現(xiàn)這樣的數(shù)字信號處理，可以使用應(yīng)用軟件或特殊的DSP硬件來迅速而有效地分析信號。圖 模擬時域信號模擬頻域信號(Frequency Domain)與時域信號類似，但從頻域信號中提取的信息是信號的頻域內(nèi)容，而不是波形的形狀，也不是隨時間變化的特性。為了測量一個時域信號，必須有一個精確的時間序列，間隔也要合適，以保證信號的有用部分被采集到。