【正文】 的社區(qū)遠程抄表系統(tǒng)，并對文章結構和研究內容做了介紹。 第三章：設計 LabVIEW 的處理模塊，包括 LabVIEW 主界面和日用電信息、月用電信息這三個部分。在這基礎上實現(xiàn)應用界面的設計，包括抄表、報警、查詢等功能。 第四章：串口通信的設計，即用戶端的數(shù)據(jù)傳輸，通過標準的輸入輸出應用程序編程接口 VISA 完成對本地數(shù)據(jù)的采集。 5 第 2 章 虛擬儀器技術 虛擬儀器（ Virtual Instruments）的起源可以追溯到 20 世紀 70 年代， PC 機出現(xiàn)以后，儀器的計算機化成為可能，于是誕生基于計算機的儀器，即虛擬儀器。 虛擬儀器的概念 所謂虛擬儀器，就是在通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義、 具有虛擬面板、測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的“虛擬”二字主要包含以下兩個方面的含義 ]4[ ：第一，虛擬儀器的面板是虛擬的。設計虛擬儀器前面板，就是在前面板設計窗口中擺放所需的圖標，然后對圖標的屬性進行設置。以 PC 計算機為核心組成的硬件平臺支持下，通過軟件編程來實現(xiàn)儀器的功能的。 虛擬儀器的優(yōu)勢 虛擬儀器是基于計算機的功能化硬件模塊和計算機軟件構成的電子測試儀器，而軟件是虛擬儀器的核心，如圖 21 所示，其中軟件的基礎部分是設備驅動軟件，而這些標準的儀器驅動軟件使得系統(tǒng)的開發(fā)與儀器的硬件變化無關。虛擬儀器中應用程序將可選硬件（如 GPIB， VXI， RS232， DAQ 板）和可重復用庫函數(shù)等軟件結合在一起，實現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時與觸發(fā)。由于 VI 的模塊化、開放性和靈活性，以及軟件是關鍵的特點，當用戶的測試要求變化時可以方便地由用戶自己來增減硬、軟件模塊，或重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測試要求。 6 圖 21 虛擬儀 器開發(fā)框圖 虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨立儀器無法比擬的優(yōu)勢 ]5[ （如表 21 所示）。在中低檔測試領域，虛擬儀器可取代一部分獨立儀器的工作，但完成復雜環(huán)境下的自動化測試是虛擬儀器的拿手好戲，是傳統(tǒng)的獨立儀器難以勝任的，甚至不可思議的工作。在國際上，虛擬儀器早已步入實用階段，我國虛擬儀器應用則剛剛起步，但是發(fā)展十分迅 速。 表 21 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較 虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器 開發(fā)維護費用低 技術更新周期短（ 0． 5～ 1 年） 軟件是關鍵 價格低 開放、靈活與計算機同步，可重復用和重配置 可用網(wǎng)絡聯(lián)絡周邊各儀器 自動化、智能化、多功能、遠距離傳輸 開發(fā)維護費用高 技術更新周期短（ 5～ 10 年） 硬件是關鍵 價格昂貴 固定 只可連有限的設備 功能單一，操作不便 近年來，隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，己經(jīng)形成了網(wǎng)絡虛擬儀器。在當前流行的 C/S/D 網(wǎng)絡模式下，利用嵌入式技術（包括數(shù)據(jù)庫嵌入和網(wǎng)絡模塊的嵌入）可以充分利用有效資源，提高測試效率。用戶可以采用各種編程軟件來開發(fā)自己所需要的應用軟件。這些軟件開發(fā)平臺提供了強大的儀器軟面板 設計工具和各種數(shù)據(jù)處理工具，再加上虛擬儀器硬件廠商提供的各種硬件的驅動程序模塊，簡化了虛擬儀器的設計工作。 圖 22 虛擬儀器軟件結構 虛擬儀器的發(fā)展趨勢 虛擬儀器是微電子、通信、計算機等現(xiàn)代科學技術高速發(fā)展的產(chǎn)物。有一種較普遍地說法將測量儀器的發(fā)展分為五個階段，從十九世紀初到二十世紀末，測量儀器經(jīng)歷了模擬儀器、電子儀器、數(shù)字儀器、智能儀器等階段，發(fā)展到現(xiàn)在的虛擬儀器。 圖 23 測量技術的發(fā)展 硬件驅動程序 數(shù)據(jù)處理 用戶界面 模擬儀器 電子儀器 數(shù)字儀器 智能儀器 虛擬儀器 19 世紀 五十年代 20 世紀 七十年代 九十年代 8 LabVIEW 軟件 LabVIEW 是一種圖形化的編程語言，使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。使用它進行原理研究、設計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率 ]7[ 。 前面板：前面板是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對象，具體表 現(xiàn)有開關、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對象。 流程圖：流程圖提供 VI 的圖形化源程序。流程圖中包括前面板上的控件連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結構和連線等。 圖標 /連接設計：這部分的設計突出體現(xiàn)了虛擬儀器模 塊化程序設計的思想。而在 LabVIEW 中提供的圖標 /連接工具正是為實現(xiàn)模塊化設計而準備的。 LabVIEW 的操作模板 在 LabVIEW 的用戶界面上，應特別注意它提供的操作模板，包括工具 (Tools)模板、控制 (eontrols)模板和函數(shù) (FuionS)模板。 1 工具模板 如圖 24 所示，該模板包含各種用于創(chuàng)建、修改 LabVIEW 中的對象，并可對 Vl 程序進行調試。 2 控制模板 該模板用來給前面板設置所需的控制量 (ControlS)和顯示量 (IndicatorS)，主要用來創(chuàng)建前面板中的對象，構建程序的界面。如圖 24 所示： 9 3 函數(shù)模板 函數(shù)模板是創(chuàng)建流程圖程序的工具，包含了編 寫程序的過程中會用到的函數(shù)和 vi程序，主要用于構建后面板的對象。如圖 25 所示： 圖 24 控制模板 圖 25 功能模板 LabVIEW 調試與運行 調試在一個工程中十分重要，在 LabVIEW 中調試是十分方便的。 1 找出語法錯誤 2 執(zhí)行程序高亮 3 斷點與單步執(zhí)行 4 數(shù)據(jù)探針 本章介紹了虛擬儀器技術，并對工具軟件 LabVIEW 的操作、調試與運行進行了簡潔的說明，為系統(tǒng)的開發(fā)與設計提供了理論基礎。 10 第 3 章 系統(tǒng)軟件設計 本設計由啟動程序以及主程序（包括首頁、主界面、日用電信息、月用電信息 4 個頁面）組成。下面分別介紹各個部 分。如同 LabVIW、 Word 和 Photoshop 等應用程序的啟動接面。 圖 31 啟動界面程序框圖 圖 32啟動界面前面板 11 本程序設計了用戶登錄系統(tǒng)。圖 33 為登錄系統(tǒng)的程序流圖： 圖 33登陸系統(tǒng)流程圖 Y N Y 結束 仿真信號模式 開始 輸入用戶名和密碼 實際抄表模式 超過三次 N 判斷是否正確 進行模式選擇 12 流程圖是 VI 的圖形化源程序。登陸系統(tǒng)的程序框圖如圖 34 所示： 圖 34登錄系統(tǒng)程序框圖 圖 35 為登錄頁面即首頁： 圖 35首頁用戶登錄界面 13 若用戶名密碼錯誤，系統(tǒng)彈出錯誤提示框，錯誤三次之后則執(zhí)行 LabVIEW 退出函數(shù)。如圖 3圖 37 所示： 圖 36密碼錯誤對話框 圖 37登陸成功對話框 若選擇仿真信號模式，則原程序開始運行，若選擇實際抄表模式，則彈出子程序前面版，如圖 38 所示： 圖 38實際抄表模式首頁 14 在用戶端，由于平時不會總去看電表數(shù)據(jù)，所以主界面設計原則是：功能健全，盡量小巧簡約，具體要顯示的內容和功能可以放到子選項卡。圖 39 為主界面流程圖： 圖 39 主界面流程圖 1 抄表功能 圖形顯示對于虛擬儀器面板設計是一個重要的內容。其中量表可以真實地模擬實際用表。量表以及數(shù)值都可以清晰地顯示當前值，界面右上角顯示了系統(tǒng)的當前時間。當抄表數(shù)值超出限度，即可初步判斷電表出現(xiàn)了問題，此事警報下的燈會亮，分別對應三個用戶。 Y N Y N 結束 抄表按鈕按下 開始 報警 顯示抄表數(shù)據(jù) 序 判斷超出范圍 15 該仿真信號由函數(shù)選版中的隨機數(shù)為基礎生成，通過結構、數(shù)值子選板以及移位寄存器，獲取與真實電能表信號相似的數(shù)據(jù)。各信號是單獨生成，互不影響。波形圖表能非常清晰的實時顯示采集波形。同樣由函數(shù)選版中的隨機數(shù)為基礎生成仿 真信號。 如圖 313 所示。 Y Y Y N N N Y 結束 甲按鈕按下 開始 顯示乙波形 乙按鈕按下 丙按鈕按下 顯示甲波形 顯示丙波形 17 圖 313日用電仿真信號程序框圖 圖 314日用電仿真信號前面板 18 與日用電信息相對應，詳細界面中通過月用電信息反應用戶每一個月的用電情況，通過表格動態(tài)地顯示一年 12 個月中用戶的用電量及總電量。其中還采用了條件 結構，如圖 315 所示。條件結構每次只能顯示一個子程序框圖，并且每次只執(zhí)行一個條件分支。在條件結構中，處理顯示控件有兩種完全不同的方式，這兩種方式雖然表明上看差別不大，在具體編程中都可能使用過，但是對于大型數(shù)據(jù)處理，比如大的數(shù)組，運行效率差別極大， 可能不經(jīng)意間造成程序運行緩慢，且不易查錯?？墒謩觿?chuàng)建一張數(shù)字表格，或 將模擬數(shù)據(jù)轉換為數(shù)字數(shù)據(jù) ，或 采 集數(shù)字信號 從而創(chuàng)建一張數(shù)字表格。由表格可以量化清晰地表達每月的用電量。數(shù)組是同類型元素的集合?？梢酝ㄟ^數(shù)組索引訪問其中 的每個元素。數(shù)組的元素可以是數(shù)據(jù)、字符串等。本程序實現(xiàn)了自動創(chuàng)建文件夾及 EXCEL 文件、并將數(shù)據(jù)寫入相應表格的功能，文件根據(jù)時間與用戶名來命名。圖 318 為實現(xiàn)此功能的程序框圖： 20 圖 318寫入表格程序框圖 與日用電信息相對應，詳細界面中通過月用電信息反應用戶每一個月的用電情況，通過表格動態(tài)地顯示一年 12 個月中用戶的用電量及電費。圖 319 為月用電信息前面板： 圖 319 為月用電信息前面板 21 系統(tǒng)軟件開發(fā)結束后，可以將軟件打包做成 EXE 可執(zhí)行文件的形式，這樣，用戶直接雙擊 EXE 文件運行軟件。 LabviEW 提供了軟件發(fā)布工具，在項目瀏覽器中的“程序生成規(guī)范”就是用來配置項目發(fā)布方法的。需要將編寫的 Vl、數(shù)據(jù)庫文件系統(tǒng)，特別是 LabVIEW 運行時引擎 (LabviEWRun一 TimeEngine)，打包為一個安裝程序 Installer 文件。運行生成的 EXE 安裝程序，按照安裝向導的提示將系統(tǒng)安裝到計算機。 圖 320運行 EXE文件界面 22 通過對實時控制系統(tǒng)解決方案的分析，構建了基于 LabVIEW 的社區(qū)抄表系統(tǒng)，本章詳細介紹了其設計過程以及實現(xiàn)的功能。 LabVIEW 靈活的界面設計和強大的數(shù)據(jù)處理功能為實時控制系統(tǒng)的人性化提供了便利，確保任務的可靠執(zhí)行。 23 第 4 章 串口通信 虛擬儀器按照其構成方式的不同通常分成 4 種，它們是： 基于 GPIB（ General Purpose Interface Bus）接口的虛擬儀器系統(tǒng)； 基于串口或其它工業(yè)標準總線的系統(tǒng)； 基于 VXI 總線儀器實現(xiàn)的虛擬儀器系統(tǒng)； 基于 PXI 總線的儀器系統(tǒng)。通過不同的總線或接口最終把數(shù)據(jù)傳送到計算機的數(shù)據(jù)總線上完成分析處理的工作。因此，電能表通過 RS485 接口向外傳輸時必須經(jīng)過 RS485/RS232 協(xié)議轉換后，才可以正確的被計算機識別與接收處 理。 在 LabVIEW 平臺處理串口通訊需要使用標準的輸入輸出應用程序編程接口 VISA (Virtual Istrument Software Architeeture)。 本設計中采用 VISA 配置 串口 (VISA Configure Serial Port． vi)設置串口信息，使硬件和計算機的通信協(xié)議一致。 以下為默認初始值： 數(shù)據(jù)傳輸波特率為 1200bit/s 偶校驗 8bit 數(shù)據(jù)比特 1bit 停止比特 其中，數(shù)據(jù)傳輸波特率設置為全局變量，作為修改波特率時用。在進行VISA 讀寫之前需要通過 VISAOpen 函數(shù)打開一個 VlSA Session。 用戶端向串口發(fā)送數(shù)據(jù)信息到電能表單片機系統(tǒng)時，數(shù)據(jù)格式也要遵循一定的協(xié)議。程序先設置好串口后，向串口發(fā)送讀取電能數(shù)據(jù)請求，延時 200ms 后接收串口數(shù)據(jù)，若電表異常響應，則丟棄此次數(shù)據(jù)，再次發(fā)送讀取數(shù)據(jù)請求，直到超過重試次數(shù)后發(fā)出報警信號，結束本次數(shù)據(jù)采集通信；若電表正常響應， LabVIEW 執(zhí)行數(shù)據(jù)處理程序，再發(fā)送下一條讀取或是寫入數(shù)據(jù)請求。由于串口在接收和發(fā)送的過程中，是以 ASCII 字符一個一個的發(fā)送的，