基于LabVIEW的數控機床網絡測控系統(tǒng)——總體設計 (二)

　　后面板程序設計中調用。DLL函數庫中三個關鍵函數的流程，詳見下圖3.9所示。

　?、買nitDeviceAD功能：調用AD采集的初始化函數，并給數組開辟內存空間，對采集通道，采集方式，采集頻率的設置均在這函數下完成。它負責初始化設備對象中的AD部件，為設備操作就緒有關工作，如預置AD采集通道，采樣頻率等，然后啟動AD設備開始AD采集，隨后，用戶便可以連續(xù)調用ReadDeviceAD讀取USB設備上的AD數據以實現連續(xù)采集。

　?、赗eadDeviceAD功能：調用AD采集函數，設置好采集通號碼，(可以多通道采集，也可單通道采集)和采樣頻率后，由ReadDviceAD函數來批量讀取采集卡上的數據，批量讀取的數據由DELAYTIME子VI來處理，這里是采集的兩路脈沖信號，一路是進入設備前的，一路是出設備的，從而由脈沖的延時來計算系統(tǒng)的響應時間。讀取設備AD部件上的批量數據。它不負責初始化AD部件，待讀完整過指定長度的數據才返回。它必須在InitDeviceAD之后，ReleaseDeviceAD之前調用。

　　③ReleaseDeviceAD

　　功能：釋放由InitDeviceAD占用的系統(tǒng)軟硬件資源，如系統(tǒng)內存等。整個AD采集過程完成，所調用的InitDeviceAD和ReleaseDeviceAD要成對出現。只有這樣，當再次調用InitDeviceAD函數時，那些軟硬件資源才可被再次使用。這樣就完成了整個采集過程。具體后面板框圖程序如圖3.10所示。

　　系統(tǒng)中可以把這些函數寫在一個DLL里面，都由動態(tài)庫底層來完成這些操作，LabVIEW上層只需調用DLL中的一個外部函數即可。

　　本系統(tǒng)中通過使用該方法調用DLL，提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率，同時又體現了LabVIEW強大的數據采集和C語言編程功能。彌補了其不能驅動國產數據采集卡的不足。本章解決了普通國產采集卡與LabVIEW接口驅動的問題，完成了高速采集的任務，得到了預期的效果。

　　3.4測控系統(tǒng)總線技術分析

　　在開發(fā)一個數控機床測控系統(tǒng)時，選擇正確的總線與選擇一個具有合適采樣速率的設備一樣重要。硬件總線可以影響測量的性能、系統(tǒng)搭建時間和便攜性等。一起自身通常支持一種或多種總線選擇，以通過這些總線控制該儀器;PC通常也提供多種用于儀器控制的總線選擇。如果PC機本身不支持儀器可用的總線，我們可以增加一個插卡或一個外部轉換器來實現總線之間的轉換。概括可用于儀器控制的總線大致分為兩大類。

　　3.4.1 USB&RS232獨立總線

　　獨立總線用于架式和堆式儀器的通信。獨立總線包括T專用總線(如GPIB)和PC標準總線(如串行總線RS-232、以太網、USB、無線和IEEE1394)。一些獨立總線可用作其他獨立總線的中介。

　　虛擬儀器系統(tǒng)采用的總線包括傳統(tǒng)的RS-232串行總線、USB通用串行總線和IEEE 1394總線。RS-232總線是PC機早期采用的串行總線，技術成熟，應用廣泛，至今仍然適用于要求較低的虛擬儀器或測試系統(tǒng)。近年來，USB總線得到廣泛的支持，微軟的全系列操作系統(tǒng)均支持USB.但是，USB總線也只限于用在較簡單的測試系統(tǒng)中。用虛擬儀器組建自動測試系統(tǒng)，更有前途的是采用IEEE1394串行總線，這是因為這一種高速串行總線，能夠以100、200或400Mb/s的速率傳送數據，顯然會成為虛擬儀器發(fā)展最有前途的總線。目前國際上虛擬儀器所用IEEE 1394總線的傳輸速度已經達到100Mb/s.利用PC機的各種串口通訊，可把硬件集成在一個采集盒里或一個探頭上，軟件裝在PC機上，通?？梢酝瓿筛鞣N虛擬儀器的功能。它們的最大好處是可以與筆記本計算機相連，方便野外作業(yè)。又可與臺式PC機或工控機相連，實現臺式和便攜式兩用，非常方便。特別是USB口和1394口具有傳輸速度快、可以熱插拔、聯機使用方便的特點，很有發(fā)展前途，將成為未來虛擬儀器有巨大發(fā)展前景和廣泛市場的主流平臺。通過各種不同的接口總線，可以組建不同規(guī)模的自動測試系統(tǒng)。它可以借助不同的接口總線的溝通，將虛擬儀器、帶接口總線的各種電子儀器或各種插件單元，調配并組建成為中小型甚至大型的自動調試系統(tǒng)。

　　3.4.2 GPIB→VXI→PXI模塊化儀器總線

　　高精度集成系統(tǒng)將接口總線合并到儀器中。模塊化總線包括PCI、PCI Express、VXI和PXI、PCMCIA(主要用在筆記本與儀器連接建立便攜式系統(tǒng))。這些總線也可用作為不包括該總線的PC增加一個獨立總線的中介，如PCI-GPIB控制卡。除了利用通用計算機或工控機開發(fā)虛擬儀器外，專用的儀器總線系統(tǒng)也在不斷發(fā)展，成為構建高精度、集成化儀器系統(tǒng)的專用平臺。

　　GPIB總線(即IEEE 488總線)是一種數字式并行總線，主要用于連接測試儀器和計算機。該總線最多可以連接15個設備(包括作為主控器的主機)。如果采用高速hs488交互握手協議，傳輸速率可高到8mbps.作為早期虛擬儀器發(fā)展的產物，目前已經逐步退出市場。

　　VXI總線是一種高速計算機總線——VME總線在儀器領域的擴展。VXI總線具有標準開放、結構緊湊、數據吞吐能力強，最高可達40Mbps，定時和同步精確、模塊可重復利用、眾多儀器廠家支持的特點，因此得到了廣泛的應用。經過10多年的發(fā)展，VXI系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合。然而，組建VXI總線要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高，其推廣應用受到一定限制，主要應用集中在航空、航天等國防軍工領域。目前這種類型也有逐漸退出市場的趨勢。

　　PXI總線是以CompactPCI為基礎的，由具有開放性的PCI總線擴展而來(NI公司于1997年提出)。PXI總線符合工業(yè)標準，在機械、電氣和軟件特性方面充分發(fā)揮了PCI總線的全部優(yōu)點。PXI構造類似于VXI結構，但它的設備成本更低、運行速度更快，體積更緊湊。目前基于PCI總線的軟硬件均可應用于PXI系統(tǒng)中，從而使PXI系統(tǒng)具有良好的兼容性。PXI還有高度的可擴展性，它有8個擴展槽，而臺式PCI系統(tǒng)只有3~4個擴展槽。PXI系統(tǒng)通過使用PCI-PCI橋接器，可擴展到256個擴展槽。PXI總線的傳輸速率已經達到132mbps(最高為500mbps)，是目前已經發(fā)布的最高傳輸速率。

　　本文從多現場環(huán)境、實現方式靈活性及節(jié)約成本等多個角度考慮，本文設計中總線選擇USB總線和RS232總線。

　　而虛擬儀器網絡化可以基于現場總線、工業(yè)以太網或Internet網絡。

　　為了共享測試系統(tǒng)資源，越來越多的用戶正在轉向網絡。工業(yè)現場總線是一個網絡通訊標準，它使得不同廠家的產品通過通訊總線使用共同的協議進行通訊?，F在，各種現場總線在不同行業(yè)均有一定應用;工業(yè)以太網也有望進入工業(yè)現場，應用前景廣闊;Internet已經深入各行各業(yè)、千家萬戶。嵌入式智能儀器設備聯網的需求將越來越廣泛。

　　為此，NI等公司已開發(fā)了通過Web瀏覽器觀測嵌入式儀器設備的產品，使人們可以通過Internet操作儀器設備。根據虛擬儀器的特性，人們能夠方便地將虛擬儀器組成計算機網絡。利用網絡技術將分散在不同地理位置不同功能的測試設備聯系在一起，使昂貴的硬件設備、軟件在網絡上得以共享，減少了設備重復投資[23]?，F在，有關MCN(Measurement and Control Network)方面的標準已經取得了一定進展。由此可見，MCN網絡化虛擬儀器將具有廣泛的應用前景。