3．2 PC機(jī)與PLC通信設(shè)計(jì)
3．2．1 模塊概述
　　通信模塊的正?？煽窟\(yùn)行是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)安全工作的基礎(chǔ)。如果不定義數(shù)據(jù)包不加處理地直接收發(fā)信息，則有可能因?yàn)槭瞻l(fā)雙方收發(fā)時(shí)間的不協(xié)調(diào)而導(dǎo)致連續(xù)的誤判。這在主從式低速通信的情況下可以通過(guò)問(wèn)答形式避免，但在雙向通信的情況下，隨著數(shù)據(jù)量的增加錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)也大大增加,可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的機(jī)械動(dòng)作，因此需要一定的機(jī)制避免這種情況的發(fā)生。最理想的方法是利用TCP/IP協(xié)議,但PLC中RS232通信模塊沒(méi)有此協(xié)議，因此自行編制了一個(gè)底層通信協(xié)議以保證通信的可靠和效率。圖5為基本通信過(guò)程。

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3．2．2? 通信協(xié)議
　　對(duì)于雙方的上層應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)幀定義如下：每一幀開(kāi)頭包括2字節(jié)表示幀類(lèi)型及幀意義，第三字節(jié)開(kāi)始為數(shù)據(jù)及參數(shù)，長(zhǎng)度可變，如無(wú)參數(shù)和數(shù)據(jù)則填空。重要的數(shù)據(jù)在發(fā)送后需要得到確認(rèn)。應(yīng)用程序?qū)⑿枰l(fā)送的幀寫(xiě)到寫(xiě)緩沖隊(duì)列中，等待打包程序處理后發(fā)送。接收到的包經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的解包程序后送到讀緩沖隊(duì)列中給程序使用。
　　打包處理過(guò)程如圖6所示，程序接收到應(yīng)用程序要發(fā)送的數(shù)據(jù)幀后，將幀中的數(shù)據(jù)位進(jìn)行裁減及拼接處理，將原數(shù)據(jù)位中每7位數(shù)據(jù)分成一組，最高位補(bǔ)0，作為數(shù)據(jù)包中的1字節(jié)數(shù)據(jù)，犧牲1位的效率表示原數(shù)據(jù)。這樣做是因?yàn)榘慕Y(jié)尾有一字節(jié)“FE”作為包結(jié)束標(biāo)志，避免數(shù)據(jù)位中出現(xiàn)與結(jié)束位相同的字節(jié)。幀頭的幀類(lèi)型幀意義2 字節(jié)數(shù)據(jù)同樣也不能出現(xiàn)和結(jié)束位一樣的字節(jié)“FE”。完成后再對(duì)前面所有位進(jìn)行累加然后模128，結(jié)果作為1字節(jié)校驗(yàn)位。在包的最后是一字節(jié)“FE”表示包結(jié)束。使用“FE”而不是“FF”可以避免此重要的結(jié)束字8位為全“1”，增強(qiáng)抗干擾性。解包程序?yàn)槠淠孢^(guò)程。由于上述處理都是數(shù)據(jù)移位的過(guò)程，所以占用資源很少，執(zhí)行效率非常高，PLC端也能承受這種開(kāi)銷(xiāo)。

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　　LabVIEW中打包子程序" title="子程序">子程序主要部分如圖7所示。中間case結(jié)構(gòu)為打包算法的實(shí)現(xiàn):取出幀中數(shù)據(jù)位拼接到一個(gè)Unsigned Integer64單元中，接著按位取出，每7位一組作為1字節(jié)，得到包數(shù)據(jù)位，再進(jìn)行累加和校驗(yàn)，與幀頭2位及結(jié)束位組合便得到數(shù)據(jù)包。

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3．2．3 通信監(jiān)視線程
　　通信監(jiān)視線程的接口主要是3個(gè)FIFO隊(duì)列，即Wbuf、combuf、databuf，隊(duì)列元素為供上層程序使用的幀，以LabVIEW中簇(Bundle)的形式存在。Wbuf表示待發(fā)送數(shù)據(jù)，combuf表示收到的命令幀，databuf表示收到的數(shù)據(jù)幀。程序不斷地掃描Wbuf隊(duì)列、RS232硬件接收緩沖區(qū)。當(dāng)Wbuf中有元素時(shí)，依次取出所有元素，并對(duì)每個(gè)元素即待發(fā)的幀調(diào)用打包程序進(jìn)行數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位及結(jié)束位的處理，再把處理結(jié)果拼接成數(shù)組轉(zhuǎn)換成字符串后送給串口寫(xiě)模塊發(fā)送。當(dāng)RS232硬件接收緩沖區(qū)中掃描到數(shù)據(jù)時(shí)，線程將數(shù)據(jù)讀到一個(gè)數(shù)組中并掃描。當(dāng)出現(xiàn)結(jié)束字時(shí)就把結(jié)束字以前的所有數(shù)據(jù)當(dāng)成一個(gè)包拿出來(lái)，進(jìn)行驗(yàn)證判定解包，將不正確結(jié)果丟棄，正確結(jié)果放入combuf、databuf隊(duì)列中，并及時(shí)反映在前面板。當(dāng)數(shù)組中沒(méi)有結(jié)束字時(shí)則不做處理，等待下一次數(shù)據(jù)。如果數(shù)組超過(guò)一定長(zhǎng)度還沒(méi)收到結(jié)束字則視同錯(cuò)誤包丟棄處理。通信狀態(tài)燈顯示通信工作狀態(tài)。
3．3 界面響應(yīng)線程
　　界面響應(yīng)線程主要負(fù)責(zé)對(duì)用戶界面操作的響應(yīng)，根據(jù)規(guī)則向PLC發(fā)送信息并應(yīng)答PLC請(qǐng)求，顯示工作情況等。此線程主要由兩個(gè)循環(huán)組成，第一個(gè)循環(huán)專門(mén)掃描用戶操作進(jìn)行響應(yīng)，采用事件結(jié)構(gòu)（event case)編程，響應(yīng)事件程序都放在event case結(jié)構(gòu)中。case中實(shí)現(xiàn)控件響應(yīng)、系統(tǒng)設(shè)置、測(cè)量數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析畫(huà)圖顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。每一個(gè)需要響應(yīng)的事件或?qū)崿F(xiàn)的功能形成一個(gè)case，以“插件”的形式存在，便于修改。子case調(diào)用子程序，收發(fā)相應(yīng)數(shù)據(jù)，并在前面板以字符串或動(dòng)畫(huà)的形式產(chǎn)生回應(yīng)。用戶在前面板進(jìn)行操作后產(chǎn)生一個(gè)事件，程序便會(huì)調(diào)用相應(yīng)事件處理程序進(jìn)行處理。另一個(gè)循環(huán)監(jiān)視收到的命令數(shù)據(jù)，進(jìn)行應(yīng)答或形成LabVIEW中用于同步交換數(shù)據(jù)的通知（Notifier）發(fā)給需要的子程序。這個(gè)循環(huán)同時(shí)負(fù)責(zé)處理緊急事件如緊急停止等。
3．4 不規(guī)則界面設(shè)計(jì)
　　LabVIEW標(biāo)準(zhǔn)生成矩形窗口，沒(méi)有很好的方法實(shí)現(xiàn)不規(guī)則窗口，給界面設(shè)計(jì)帶來(lái)一些限制，因此需要借助外部程序。微軟標(biāo)配的user32.dll中函數(shù)SetLayeredWindowAttributes能使窗體中指定顏色部分變成透明。將VI前面板背景色作為參數(shù)傳給此函數(shù), 同時(shí)設(shè)置好VI的Window Appearance屬性，便能隱藏背景，顯示定制界面。圖8完成此外部函數(shù)的調(diào)用，圖9為不規(guī)則的登錄窗口顯示效果。

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3．5 數(shù)據(jù)處理
3．5．1 數(shù)據(jù)分析及存儲(chǔ)
　　通過(guò)插入C語(yǔ)言、Matlab語(yǔ)言節(jié)點(diǎn)編制程序及調(diào)用LabVIEW數(shù)據(jù)分析模塊完成分析、模擬仿真功能。每種功能同樣以“插件”形式作為子功能存在于event case結(jié)構(gòu)中,系統(tǒng)完成一次檢測(cè)或分析后對(duì)ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，過(guò)程大致與登錄系統(tǒng)相同,不再贅述。
3．5．2 作圖及動(dòng)畫(huà)演示
　　普通要求的數(shù)據(jù)顯示調(diào)用LabVIEW提供的Plot Multi-XY模塊即可完成。此模塊接收一組數(shù)據(jù)包,每個(gè)包中含有一組坐標(biāo)數(shù)據(jù),對(duì)應(yīng)一條將被繪制的曲線。特殊要求可通過(guò)自行編制畫(huà)圖程序完成。動(dòng)畫(huà)演示部分通過(guò)自行編制畫(huà)圖程序在前面板的Picture容器中繪圖完成。被繪制的圖形是受控的可以運(yùn)動(dòng)變化的圖形。繪圖子程序根據(jù)主程序傳遞的參數(shù)計(jì)算并繪制應(yīng)顯示的圖形，參數(shù)不斷地改變從而形成顯示圖形的不斷改變，從而形成動(dòng)畫(huà)。

　　繪圖過(guò)程如下:如圖10所示，程序初始化時(shí),繪圖程序從BMP文件中讀取需要繪制的子圖像及背景。背景是靜止圖形,程序運(yùn)行中一般不更新,子圖像是需要運(yùn)動(dòng)變化的圖像。讀取到的子圖像是一個(gè)個(gè)矩形圖像,和其他圖像拼接時(shí)會(huì)有互相掩蓋現(xiàn)象。將讀到的圖像進(jìn)行掩碼處理使不需要的地方成為透明色，這時(shí)子圖像可以進(jìn)行拼接。當(dāng)需要繪圖時(shí),主程序首先通過(guò)參數(shù)的形式告訴繪圖程序需要繪制的圖形情況,繪圖程序根據(jù)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算,將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成繪圖需要的具體參數(shù)，如運(yùn)動(dòng)點(diǎn)位置、子圖形大小等。在得到繪制圖形需要的所有參數(shù)后，程序?qū)D形按要求以不同角度貼到指定位置,同時(shí)調(diào)用函數(shù)直接繪制矩形圓形等圖形填充其他位置。由于LabVIEW中圖形以左上角為原點(diǎn),x從左到右y從上到下增大,不方便位置運(yùn)算,因此需要給繪圖子程序傳入Picture容器高度進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。圖11為一次繪圖過(guò)程，通過(guò)多次類(lèi)似過(guò)程，得到最終的圖形顯示在前面板上。

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4 程序編譯執(zhí)行效果
　　程序脫離開(kāi)發(fā)環(huán)境后運(yùn)行效果理想，集成實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)測(cè)量功能，界面精美友好，在普通PC上運(yùn)行流暢。圖12為程序整體編譯后的主程序界面。
　　本測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)1臺(tái)普通PC機(jī)與PLC通信，利用PC機(jī)的靈活性，以較低的成本集成實(shí)現(xiàn)了多種測(cè)量子功能，充分發(fā)揮了虛擬儀器的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)子功能以插件的形式存在，從而使得擴(kuò)展空間非常廣大。本文介紹了應(yīng)用于測(cè)控系統(tǒng)的大型LabVIEW程序的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法，使用了多線程、動(dòng)畫(huà)等技術(shù)，完成了傳統(tǒng)儀器所沒(méi)有的功能，使一臺(tái)PC機(jī)變成了多功能測(cè)控中心。由此可見(jiàn)虛擬儀器具有十分強(qiáng)大的功能，必將得到更為廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)
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