基于labview的智能断路器远程监控系统设计与实现

基于labview的智能断路器远程监控系统设计与实现内容摘要：

修饰，图 即为一个温度计前面板图。 图 温度计前面板2．框图程序每个框图程序前面板都有与之对应的框图程序。 框图程序用图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的代码。 框图程序由节点和数据连线组成。 节点是VI 程序中的执行元素，类似于编程语言程序中的语句、函数、或者子程序。 这些节点都用数据连线连接，以定义框图内的数据流动方向 [35]。 虚拟温度计的框图程序见图。 图 温度计框图程序3．图标/连接端口图标 /连接端口可以把 VI 变成一个对象 (即 VI 子程序 )，然后像子程序一样在其他 VI 中调用。 图标表示在其他子程序中被调用的子程序，而连线端口表示图标的输入 /输出端口，像子程序的参数端口对应着 VI 程序前面板控件和指示器的数7基于 LabVIEW 的智能断路器远程监控系统设计与实现值。 LabVIEW 的功能强大在于它的层次化结构，用户可以把创建的 VI 程序当作子程序调用，来创建更复杂的程序，而这种调用阶数是无限制的。 设备驱动程序的开发技术一个 LabVIEW 的设备驱动程序是一个控制可编程设备的 VI 集合，其中每个例行程序处理一个指定的操作，例如读数据、写数据或者配置设备。 一个写的好的驱动程序可以轻松访问一个设备，因为驱动程序封装了复杂的低端硬件设置和通信端口。 LabVIEW 如此受欢迎的一个原因是它结合了设备驱动程序的方式。 与其他类似的应用程序不同， LabVIEW 驱动程序是用 LabVIEW 语言编写的—用通常的面板和图标完成，而不是通过只有制造商才能修改的预编译黑箱完成 [39]。 这意味着从现有的驱动程序着手并可将其进行改造以符合自己的需要。 另一个重要的财富是 National Instruments 公司的设备库。 这个设备库包括了上百个设备，这些设备使用了各种硬件标准，例如 GPIB、 RS232/42 VXI 以及 CAMAC。 每个驱动程序都完全受 National Instruments 公司支持。 从库中获取驱动程序有以下途径：所有 LabVIEW 分配的 CDROM 包括了完整的设备库。 通过因特网 FTP 服务器 ()或者 National Instruments 公司的网络站点()。 与本地的 National Instruments 公司代表取得联系，每个代表处都有本地驱动程序库的备份。 虚拟设备软件体系结构 (Virtual Instrument Software Architecture， VISA)是由National Instruments 公司开发的驱动程序软件体系结构，用于处理各种形式的设备 I/O。 这种体系结构已经被 VXI 即插即用联盟采纳作为 VXI 的标准，并成为LabVIEW 的一个组成部分。 其原理很简单：一个基于开启、读 /写，以及关闭 (非常类似于文件操作 )概念的面向所有设备的一致界面。 当开启一个设备后，一个VISA 会话框标示符 (类似于一个文件参考符 )创建出来用于唯一标示这个设备。 数据通过基于信息的设备的字符串格式或者用于寄存器层访问的字或字节进行交换。 用户可以在一些 VXI 设备中访问到这些字或字节。 诸如触发和服务请求这样的事件是处理错误的标准部分。 学会如何使用这些 VISA 功能，从长期运行的角度看将给用户处理一个低层驱动程序库 [10]。 在编写一个驱动程序的时候， LabVIEW 仍然给用户提供了选择机会。 用户可以直接使用 VISA 库，也可以使用传统的 GPIB 和 VXI 库。 保留较旧的库有几个优点：首先，用户是在使旧驱动程序适应一个新的设备，保留旧风格的编码要比将编码转化为 VISA 要容易。 其次，用户如果正在编写自己用到的一个快速的非正式的驱动程序，用户可以不过多的考虑与将来的 LabVIEW 版本的兼容性或者其他的长期目标中存在的可移植性等问题 [10]。 再次，用户使用已经学习了好几年的旧8硕士学位论文有功能可能更顺手。 最后，在条件允许的情况下，建议用户进行整个向 VISA 的转化，因为 VISA 是 LabVIEW 的发展方向，性能和可移植性也会提高。 对 LabVIEW 驱动程序进行模块化的一个较好的办法是按照功能对各种命令进行分组。 像 SCPI 模式，用户可以有一个用来触发函数的 VI，有一个输入通道选择的 VI，一个用于时基设置的 VI 等。 另一种模式是现代示波器的前面板，它具有十几个旋扭和开关，但是这些旋纽和开关按照物理布局和面板上的布局图进行逻辑上的分组。 这些直观控制分组使得设备的操作更容易学习，并增强了操作者的效率。 串口通信模块1．串行设备流行的串行通信界面标准包括 RS232C、RS422A，以及 RS485A。 这些标准是由 Electronics Industries Association(EIA)定义的，并且包括了配置电缆、连接器管脚引出线、信号电平，以及定时的各种规格。 串行通信在于简单和低成本，最常见的 RS232 已经流行了很长的时间，因而可以提供大量很便宜的硬件，并内置于几乎所有的计算机。 其缺陷是通信速度较慢。 RS232C 是最常用的标准，几乎所有的系统和串行设备都支持这种标准。 RS232C 使用常见的 25 插头 D 型连接器连接设备，或者使用 IBM PC 上的 9 插头版本。 该标准定义的所有插头的函数，虽然用户常用的有几种：传输数据、接收数据，以及接地。 其他的插头用于信息交换，信息交换时使用诸如 Clear to Send 和Ready to Send 这样的函数。 如果用户的设备需要使用这些函数，这些函数都可以受到 LabVIEW VIA 串行端口函数的支持。 RS232 的主要限制是：由于它是单端的电子设备，因而在抗噪音方面的能力较差。 该标准的最大传输距离可以达到 100米，最大数据速率正常情况下为 19200bit/s，但有些系统可以支持更高的速度 [12]。 2．增加串行端口如果用户需要在计算机上使用更多的串行端口，可以考虑使用一个多端口插入式主板。 对于任何一个带有 PCI 插槽的 Macintosh 机来说，存在着若干信号源的选择。 Keyspan 的 Smart 系列 6 的特点：拥有 6 个 RS232/422 端口以及卸载主 CPU的机载智能。 使用者反映此系列产品在 LabVIEW 中运行良好。 如果用户不需要在主板上增加额外的性能， Keyspan 提供了一个较便宜的 4 端口主板 SXPRO4。 另一个 PCI 主板是来自 MegaWolf 公司的 Fenris(在主板上最多具有 64 个端口 )。 用户还可以使用串行端口适配器。 Keyspan 生产的一款两端口的模型，在 LabVIEW 用户中非常流行。 当用户给 Macintosh 增加串行端口时 (通过 PCI 主板或 USB 适配器 )，NationalInstruments 的 VIA 驱动程序向 Macintosh 的操作系统请求新的串行端口，并且分配任意的一个命名为 ASRL的 VIA 资源，其中的 号代表一个端口。 但用户不会9基于 LabVIEW 的智能断路器远程监控系统设计与实现自动知道 ASRL3 是用户 Keyspan 适配器的每一个端口 [17]。 在 CDROM 上有一个便捷的寻找 VIA 串行的 VI，它会显示给用户每个 VIA 资源名称是如何与系统名称相匹配的。 在 LabVIEW 出台以前，我们必须使用旧式的串行端口访问方式。 3．串行界面的常见故障当设置 RS232 类型的串行通信系统时经常会遇到有些问题，下面列举了一些经常遇到的问题及其解决方案。 (1)交叉的传输和接收线。 虽然标准上明确的定义了各个设备，但是制造商看起来对待这些定义有些任意。 如果第一次试图将设备连接起来的时候，整个系统就死机了。 解决这个问题的方法是使用一个无效调制解调器电缆来交换这些重要的线。 用户可以使用一个电压表计算出哪个插头是传输哪个插头是接收 [18]。 传输线会传送一个稳定的电压，通常 RS232 的电压是 3V，而 RS422 是 +。 接收线的电压通常在零伏附近。 (2)不能正确的连接硬件的信号交换线。 例如，一些设备直到清除发送指令 (CTS)线断言才能传输。 这时，需要研究设备的参考手册。 (3)错误的速度、奇偶性或者停止位设置。 显而易见，所有的部分必须就这些底层协议达成一致。 串性端口初始 VI(串行设备 I/O 功能选项板 ) 为绝大多数的串行界面设置了这些参数。 (4)在碰到疑问时， Radio Shack 的串行线活动指示器是一个非常有用的工具，他可以确定串行线的连接和活动。 如果用户处理大量的串行电缆的调整，Black Box的完整 RS232 中断箱或等同设备可以对串行电缆进行迅速的故障检修。 (5)多个应用程序或设备试图访问串行端口。 如果串行端口初始 VI 或 VIA 配置串行端口函数返回一个错误，可以肯定在计算机上没有运行使用相同串行端口的 程 序。 例 如 ， Macintosh 上 的 AppleTalk 占 用 了 打 印 机 端 口 ， 用 户 必 须 禁 用AppleTalk 才能使用这个端口。 同样，有些终端仿真程序和传真软件或者在引导时占用了调制解调器端口，或者在当用户想退出应用程序时不释放端口。 在 Windows环境下，许多设备共享一个中断请求 (IRQ)线 [21]。 通常，原来标号的串行端口 (通信口 1 和通信口 2)共享 IRQ3，新标号的端口共享 IRQ4。 Gary 有一个分配给通信口 3 的指向设备的接头顶，每次他移动鼠标时，他使用通信口 1 的 LabVIEW 应用程序就会运行混乱。 解决这个问题的方法是重新设置指向设备 (通过一个低层设置应用程序或控制面板 )，以使用一个不同的通信端口。 如果用户正在运行一个即插即用的系统，那么工作起来就容易些了，因为通过设备的注册表，全世界都可以看到 IRQs。 此系统还试图跟踪冲突并将冲突显示在系统的资源表中，设备管理器在控制面板中显示。 10硕士学位论文 CAN 总线技术CAN 总线又被称为控制器局域网（Controller Area Network），最早是由德国Bosch 公司于 1986 年提出的一种串行数据通信总线 [3]。 此后很多芯片制造商开始陆续提供 CAN 硬件支持芯片，如荷兰飞利浦公司、美国 Intel 公司、德国西门子公司、美国摩托罗拉公司、美国 Atmal 公司、日本三菱公司等等。 CAN 技术规范在 1991 年 9 月制定并发布，1993 年 11 月国际标准化组织 ISO 正是颁布了控制器局域网 CAN 的国际标准（ISO 11898），为 CAN 的标准化、规范化推广铺平了道路 [3]。 CAN 总线具有通信效率高、可靠性高、连接方便和性能价格比高等诸多特点，这推动了应用开发的迅速发展。 早在 1994 年，4 家 CAN 芯片的供货商（英特尔、摩托罗拉、飞利浦、西门子）就提供了超过四百万的 CAN 芯片。 CAN 芯片有各种封装形式，其温度等级高、抗干扰性好的优点，非常适合用于工业自动化系统。 今天，在欧洲几乎每一辆新客车均装配有 CAN 局域网 [5]。 同样，CAN 也用于其他类型的交通工具，从火车到轮船或者用于工业控制。 CAN 已经成为全球范围内最重要的总线之一 ，甚至领导着串行总线。 据了解，仅 1999 年，有近 6 千万个 CAN控制器被投入使用，2000 年市场销售超过 1 亿个 CAN 器件 [28]。 这些也是 DeviceNet获得广泛应用的一个重要原因。 由于 CAN 只规定了 ISO 的计算机网络开放式互连系统的 OSI 参考模型的部分物理层（第 1 层）和部分数据链路层（第 2 层），而没有规定应用层（第 7 层） [9]。 于是一些公司在 CAN 的基础上构件自己的应用层，制定出新的总线规范，如：DeviceNet、SDS(Smart Distributed System )、CANOpen等。 CAN通信介质可以此采用双绞线、同轴电缆或光纤。 通常在CAN控制器中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，CAN收发器完成信号电平的转换和驱动CAN总线 [9]。 CAN总线的最高通信速率可达1Mbps。 其主要特点有：(1) 多主依据优先权进行总线访问；(2) 非破坏性的基于优先权的总线仲裁；(3) 借助接收过虑的多地址帧传送；(4) 通过报文标示符即可实现点对点、一点对多点及全局广播多种传输方式；(5) 通信距离最远可达10km(速率5kbps以下)，最高通信速率达1Mbps；(6) 在发送时丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可以自动重发；(7) 暂时出错和永久性故障的判别以及故障节点的自动离线；(8) 遵循ISO/OSI模型,为了提高数据的传输速率只采用了其中的物理层、数据链路层,应用层可根据用户的需要灵活地进行数据管理。 接收过虑的多地址传送方式在DeviceNet中得到了充分的应用，特别在预定义主/从连接组中。 11基于 LabVIEW 的智能断路器远程监控系统设计与实现 CAN 介质访问控制方式和总线通信模式目前，控制系统有三种基本的通信模式:客户/服务器型、主/从型、生产者/消费者型 [6]。 客户 /服务器型是一对一、点对点通信 ,当总线任何一台设备欲与另一台设备通信时 ,必须在得到。