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1、开放式形位误差在线检测上位机SPC软件设计摘 要随着我国工业的不断发展，检测技术在装备制造业的地位也日益重要。而作为生产操作指导的有力工具，研制适用于生产线工位需求的小型化、操作简便、检测模式灵活的在线仪器具有十分重要的意义。此次设计的主要意义是检测工业现场加工零件的精度以降低次品率，提高工厂生产效率。通过在上位机设计不同的组态表达式及对应的组态按键，按下不同按键用串口通信指导下位机测量不同的组态，如：圆度、线性度、平行度、最大值最小值。在工件表面的不同位置设置几个电感传感器，先检测标准件的数据，再检测所需工件的数据，将两个数据做差得到的数据值通过信号调理电路传送到ADUC812的AD模块，进
2、行AD转换。同时对单片机进行编程，实现12864液晶显示，矩阵键盘按键控制菜单显示，以及与上位机部分进行串口通讯。通过串口将数据传送到上位机软件，并在上位机对数据进行实时图形显示和SPC（过程统计控制）参数统计，根据所得参数值对工业生产过程进行在线检测和实时控制。实现对生产操作的指导和产品质量的控制。关键词开放式在线检测；传感器组态模式；SPC统计过程控制；数据采集；串口通信；ADUC812Software Design for the Host Computer SPC Function of Open Form Mode-Line Testing Error of Shape and Po
3、sitionAbstractWith the continuous development of our industry, the position of the detection technology in the equipment manufacturing industry is also increasingly important. As a powerful tool for production operation guidance, applied to the development of line station needs miniaturization, simp
4、le operation, detection mode flexible equipment on-line has very important significance. The design of the main significance is the detection of industrial precision machining parts to reduce failure rate, improve the production efficiency. The software design of different configuration of expressio
5、n and the corresponding configuration button, press different keys using serial communication machine measuring different configuration guide, for example: circular degree, linear degree, parallel degree, minimum and maximum values. In the surface of the workpiece in different position set several i
6、nductance sensor, detection of standard parts of the data, and then required to detect the workpiece data, The two data is obtained by subtracting the value of the data through the signal conditioning circuit is transferred to AD module of ADUC812. At the same time program on the single chip, light
7、the 12864 LCD, control matrix keyboard keys and communicate with the host computer through the serial port. Through the serial port to transmit data to the host computer software, the host computer for data real time graphical display and statistics SPC data, according to the parameter values for in
8、dustrial production process for on-line detection and real-time control. Achieve the production operation guidance and product quality control.KeywordsOpen form mode-line testing，sensor configuration，SPC，data acquisition，serial communication，ADUC812不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- III -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1
9、引言11.2 选题背景与意义21.3 研究现状21.3.1 SPC的起源与发展21.3.2 SPC发展的特点3第2章 系统方案设计52.1 系统方案的基本要求52.1.1 基本要求52.2 设计原理与设计思路52.2.1 系统的基本原理52.2.2 设计思路62.3 本章小结7第3章 上位机软件设计83.1 上位机部分的简介83.2 通信协议的设计83.3 组态模式算法的实现103.4 编程软件的选择113.5 关于LABVIEW编程语言123.5.1 LABVIEW的概念133.5.2 LABVIEW 的特点133.6 LABVIEW的应用领域143.7 上位机部分的程序编写153.7.1
10、串口通信163.7.2 SPC参数统计193.7.3 对SPC进行上位机编程223.8 信号处理滤波器设计273.9 本章小结28结论30致谢31参考文献32附录A:下位机电路原理图33附录B:上位机软件运行图34附录C:外文文献原文35附录D:外文文献翻译42千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- V -第1章 绪论1.1 引言SPC(Statistical Process Control)统计过程控制，是企业提高质量管理水平的有效方法，是对制造流程进行测量、控制和品质改善的行业标
11、准方法论。它利用统计的方法来监控过程的状态，确定生产过程在管制的状态下，以降低产品品质的变异。它将在实时生产过程中获得的以产品或其他形式存在的质量参数绘制在事先确定好控制限的图表上，从而帮助企业对生产的过程进行实时的管控与分析。SPC软件则是一种科学的、以数据为依据的质量分析与改进工具。它利用数理统计原理，通过检测资料的收集和分析，可以达到“事前预防”的效果，从而有效控制生产过程、不断改进品质。SPC软件能为企业科学地区分生产过程中的正常波动与异常波动,及时地发现异常状况，以便采取措施消除异常，恢复过程的稳定，达到降低质量成本，提高产品质量的目的，它强调全过程的预防。首先，它会告诉使用者生产过
12、程的波动状况，使用者是否应该对生产过程进行调整其次，它能将此波动与事先设定的控制规则相比较，为品质改善提供准确的方向指引最后，它能评估使用者所采取的质量改进措施，以使质量得到持续的改善。作为全球范围内制造业所信赖和采用的质量改进工具，SPC能帮助使用者最终达到6 Sigma质量水平。品质稳定可以带来客户更大的满意度减少异常波动可以大大降低废品和停工损失，节省大量时间和金钱高品质可以大大提升企业的竞争优势。SPC软件主要是通过各种分析图来达到质量分析、质量控制和质量改进的目的。SPC软件的核心已由纯粹的SPC分析工具转变成为企业品质的管理工具，它包含计量型分析图和计数型分析图，用来直接控制生产过
13、程，进行质量诊断和质量改进，在生产过程中起到了预防为主的作用，正所谓：检验是一种浪费，只有预防才会创造价值。SPC软件应包括有直方图、排列图、散布图、分层法、分析及管理等功能，这些便构成了QC的七大手法。实施SPC分为两个阶段，一是分析阶段，二是监控阶段。在这两个阶段所使用的控制图分别被称为分析用控制图和控制用控制图。 分析阶段的主要目的在于：使过程处于统计稳态；使过程能力足够。 分析阶段首先要进行的工作是生产准备，即把生产过程所需的原料、劳动力、设备、测量系统等按照标准要求进行准备。生产准备完成后就可以进行，注意一定要确保生产是在影响生产的各要素无异常的情况下进行；然后就可以用生产过程收集的
14、数据计算控制界限，作成分析用控制图、直方图、或进行过程能力分析，检验生产过程是否处于统计稳态、以及过程能力是否足够。如果任何一个不能满足，则必须寻找原因，进行改进，并重新准备生产及分析。直到达到了分析阶段的两个目的，则分析阶段可以宣告结束，进入SPC监控阶段。 监控阶段的主要工作是使用控制用控制图进行监控。此时控制图的控制界限已经根据分析阶段的结果而确定，生产过程的数据及时绘制到控制上，并密切观察控制图，控制图中点的波动情况可以显示出过程受控或失控，如果发现失控，必须寻找原因并尽快消除其影响。监控可以充分体现出SPC预防控制的作用1。 在工厂的实际应用中，对于每个控制项目，都必须经过以上两个阶
15、段，并且在必要时会重复进行这样从分析到监控的过程。 1.2 选题背景与意义随着检测技术在装备制造业中的地位日益重要，一些精密测量仪器走出计量室进入生产现场，但就目前状况来看，我国只有少数大型企业有比较现代化的检测设备，绝大多数车间检测设备仍停留在上世纪70年代水平，而装置和设备的先进状况在一定程度上又明显的制约着我国经济的发展。所以，在现有的测量装置和设备上，配以使用微机，用适当的形位误差评定软件进行形位误差的测量和数据处理就显得十分必要。而且为了适应检测的灵活性和通用性，要求仪器能按加工工艺的要求和用户的需求作灵活的调整，并能对生产操作提供一定的指导。目前，尚缺乏这一新型的检测设备。本文根据
16、对生产检测过程中的需求分析，设计了一种具有SPC（统计过程控制）功能的传感器组态模式的在线检测仪器，组态功能满足了二次开发的多样化需求和灵活应用，SPC统计参数对生产操作指导进行辅助，并且能够在设置组态表达式后脱离PC机，方便在生产线上适时调整和实时监测管理产品，能够较好的辅助工业生产。1.3 研究现状1.3.1 SPC的起源与发展SPC的基本原理和方法是上世纪30年代由Shewhart博士为了有效地对生产过程中产品质量进行监测控制而提出的，至今已有70多年的历史。自创立以来，它就在工业和服务等行业得到了推广和使用。二战时期美国将其制定为战时质量管理标准，为保证军工产品的质量和及时交付起到了重
17、要作用。战后的日本从1950-1980年在工业界广泛推广和应用SPC，使日本跃居世界产品质量和生产率的领先地位，以至于美国著名的质量管理专家Berger教授也曾说：日本成功的基石之一就是SPC。从上世纪80年代起，SPC在许多工业发达国家复兴，世界很多大公司也纷纷在自己内部积极推广和应用SPC。虽然，SPC是从产品的质量监控开始的，但经过70多年实践和发展，尤其是与计算机技术的紧密结合，其原理和方法现已广泛应用于设计、销售、服务、管理等过程2。1.3.2 SPC发展的特点70年在全世界范围的实践，SPC理论已经发展得非常完善，其与计算机技术的结合日益紧密，其在企业内的应用范围、程度也已经非常广
18、泛、深入。概括来讲，SPC的发展呈现如下特点： (1)分析功能强大，辅助决策作用明显 在众多企业的实践基础上发展出繁多的统计方法和分析工具，应用这些方法和工具可根据不同目的、从不同角度对数据进行深入的研究与分析，在这一过程中SPC的辅助决策功能越来越得到强化； (2)体现全面质量管理思想 随着全面质量管理思想的普及，SPC在企业产品质量管理上的应用也逐渐从生产制造过程质量控制扩展到产品设计、辅助生产过程、售后服务及产品使用等各个环节的质量控制，强调全过程的预防与控制； (3) 与计算机网络技术紧密结合现代企业质量管理要求将企业内外更多的因素纳入考察监控范围、企业内部不同部门管理职能同时呈现出分
19、工越来越细与合作越来越紧密两个特点，这都要求可快速处理不同来源的数据并做到最大程度的资源共享。适应这种需要，SPC与计算机技术尤其是网络技术的结合越来越紧密。 (4)系统自动化程度不断加强传统的SPC系统中，原始数据是手工抄录，然后人工计算、打点描图，或者采用人工输入计算机，然后再利用计算机进行统计分析。随着生产率的提高，在高速度、大规模、重复性生产的制造型企业里，SPC系统已更多采取利用数据采集设备自动进行数据采集，实时传输到质量控制中心进行分析的方式。 (5)系统可扩展性和灵活性要求越来越高 企业外部和内部环境的发展变化速度呈现出加速度的趋势，成功运用的系统不仅要适合现时的需要，更要符合未
20、来发展的要求，在系统平台的多样性、软件技术的先进性、功能适应性和灵活性以及系统开放性等方面提出越来越高的要求。SPC强调全过程监控、全系统参与，并且强调用科学方法（主要是统计技术）来保证全过程的预防。SPC不仅适用于质量控制，更可应用于一切管理过程（如产品设计、市场分析等）。正是它的这种全员参与管理质量的思想，实施SPC可以帮助企业在质量控制上真正作到事前预防和控制，SPC可以：SPC是全球范围内制造业所信赖和采用的质量控制技术。半个多世纪以来，SPC的广泛应用推动了制造业的发展与繁荣。 新世纪是质量的世纪，质量塑造未来，质量也是竞争的关键。在一些行业，应用SPC已经成为企业生存的基本需求。
21、传统观念把检验作为质量保证的手段，只能事后判断，而应用SPC，能够把握先机，预防不合格品的出现，降低成本，提高企业的运行效率3。第2章 系统方案设计此次设计分为硬件设计和软件设计两个部分.。硬件主要是下位机部分，包括单片机、扩展的存储器、扩展的输入输出设备等部分；软件是各种工作程序的总称以及上位机部分软件设计。硬件和软件只有紧密配合、协调一致，才能提高系统的性能价格比。从一开始设计硬件时，就应考虑相应软件的设计方法，而软件设计是根据硬件原理和系统的功能要求进行的4。2.1 系统方案的基本要求2.1.1 基本要求1、 用12864液晶显示器显示不同菜单和提示语2、 上位机部分设置不同组态表达式及
22、与之对应的组态按键，通过这些组态按键来控制下位机部分进行不同的组态测量，例如：圆度，线性度，平行度，最大值最小值。3、 用矩阵键盘控制12864液晶显示的不同菜单的切换和数据采集、上传。4、 实现下位机与上位机的串口通信。2.2 设计原理与设计思路2.2.1 系统的基本原理本次设计是开放式形位误差在线检测上位机SPC软件设计。原理是通过按下不同的组态按键来对下位机的测量进行控制，按下圆度组态按键，下位机测量圆度值。测量的数据通过传感器上传经过信号调理电路，将传感器测得的-5v、+5v的电压转换成ADUC812能够识别的0v、+5v的电压信号5。信号调理电路如图2-1所示。图 2-1 信号调理电
23、路经过信号调理电路处理的模拟信号被送到单片机ADUC812中的片内AD转换模块，进行AD转换。同时对单片机进行编程，让其实现不同功能：12864液晶显示、矩阵键盘按键控制以及串口通信。将经过AD转换的数据通过按键控制其经过串口上传至上位机部分。上位机部分软件用LABVIEW编写，主要是进行对接收到的下位机上传的测量数据进行实时波形显示以及对参数进行SPC参数统计。SPC参数主要包括：CA、CP、CPK、CPU、CPL等。而这些参数是工业现场对工件加工精度进行评定的重要指标。根据这些参数能够直观、方便的对加工过程进行评定，指导工业生产，降低次品率，提高生产效率。2.2.2 设计思路根据设计的要求
24、和设计原理的需要，本次设计主要可分为三大部分：数据采集通道部分，下位机控制部分，上位机控制部分。数据采集部分主要是在工件表面几个不同的特定位置放置电感传感器，传感器的布置如图2-2。先用电感传感器测量理想工件的表面，再用其测量加工工件的表面，将两者的差值经过信号调理电路上传。图 2-2 传感器分布下位机控制部分主要就是单片机部分（ADUC812及其外围电路）。包括串口通信部分、12864液晶显示部分、键盘控制部分。通过电路板上芯片及各种外围电路的焊接、调试，对单片机各种用途的程序的编写，是这几个部分密切配合，紧密合作完成下位机按先前设置好的组态方程进行数据运算处理，并根据触摸按键的不同功能完成
25、菜单显示，将测量数据上传至上位机。下位机部分的实物图片如图2-3所示。图 2-3 下位机实物图片上位机控制部分主要就是通过软件编写一个上位机程序实现SPC参数统计功能，数据实时波形显示以及组态表达式和组态按键设置。其中SPC参数主要有CA，CP，CPK，CPU，CPL等。组态按键包括：圆度，平行度，线性度，最大值最小值。2.3 本章小结本章主要介绍此次设计的三大部分：数据采集、上位机控制、下位机控制。三个部分各司其职，紧密配合实现整个系统的运行。让我们了解了系统的大致结构和运行过程。第3章 上位机软件设计3.1 上位机部分的简介上位机是指人可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC，屏幕上显示各
26、种信号变化（液压，水位，温度等）。下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/单片机之类的。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据（一般为模拟量），转换成数字信号反馈给上位机。简言之如此，实际情况千差万别，但万变不离其宗：上下位机都需要编程，都有专门的开发系统。在概念上，控制者和提供服务者是上位机，被控制者和被服务者是下位机；也可以理解为主机和从机的关系但上位机和下位机是可以转换的。通常上位机和下位机通讯可以采用不同的通讯协议， 可以有RS232的串口通讯，或者采用RS485串行通讯，当用计算机和PLC通讯的时
27、候不但可以采用传统的D形式的串行通讯，还可以采用更适合工业控制的双线的PROFIBUS-DP通讯，采用封装好的程序开发工具就可以实现PLC和上位机的通讯。当然可以自己编写驱动类的接口协议控制上位机和下位机的通讯。通常工控机，工作站，触摸屏作为上位机，通信控制PLC，单片机等下位机，从而控制相关设备元件和驱动装置。3.2 通信协议的设计本文设计的系统有两种工作模式，当脱离PC机单独工作于生产线上时为主机模式，当和PC机相连时即为从机模式。主机模式下，只需根据可触摸键盘上按键的键值执行相对应的功能即可。如下图所示。图 3-1 通信协议模块从机模式下，其工作受上位机控制。通信模式如图所示，通信过程遵
28、循以下几条主要原则：A由于所有功能均经过编号，所以上位机界面按钮只显示相应功能，而通信时则只传输相应的功能号；B功能号组成：功能编号+发送标识。不同的功能编号对应不同的操作，来自上位机的请求发送标识为偶数，下位机的则为奇数，并按1、2、3、4代表不同阶段的通信进程，以准确地完成各个阶段的任务；C在采取数据时，上位机每接收一组数据后，默认返回功能号20给下位机，以保证采集过程的持续进行，直到上位机上的界面有其他操作时，才返回相应的功能号。3.3 组态模式算法的实现本文设计的仪器广泛的通用性和灵活性是由于能够根据生产的需要和用户的需求进行不同的组态。上位机以字符串的形式将组态表达式传给下位机特定地
29、址的ROM中存储，主要工作体现在下位机对表达式的解析上。解析方法分为三个算法模块：1.一般表达式的解析；2.特殊表达式的解析；3.综合表达式的解析。这里假设传感器4路通道采集的一次数据分别为a、b、c、d，组态表达式为“(a+b)c+max(a,2b,3c,d) ”,则其中“(a+b) c”、“2b”、“3c”为一般表达式“max(a,2b,3c,d)”为特殊表达式，整体为一个综合表达式。其中，一般表达式的解析采用的是计算器的计算算法（根据输入的一个表达式计算出结果），采用堆栈把中缀表达式转换为处理器可计算的后缀表达式，并把相应的变量a、b、c、d用对应通道的传感器测量数据替换即可，限于篇幅，
30、这里不再介绍计算器算法的实现过程。在输入组态方程时，特殊表达式均含有特定的标志符和特定的格式,如max（X,Y,Z, ）和min(X,Y,Z, )，在从ROM中读取表达式时，根据特定的标识符来识别，并以唯一的“，”作为参数识别标志。综合表达式的解析是通过调用一般表达式的解析函数和特殊表达式的解析来实现的，如图3-2所示。图 3-2组态表达式解析3.4 编程软件的选择上位机编程软件的选择对众多初学者来说，绝对是一个难以决策的事情。在作为一种编程工具的意义上，我们认为各个软件如：CB(C+ Builder) 和VC(Visual C+)没有什么本质的区别。就像Word2000 和WPS2000 在
31、本质都是字处理软件一样，对于语言就象我们都用中文在Word2000 和WPS2000 写文章表达我们思想。CB和VC都是用C+。其它软件都有相同或不同的语言。如VB用的是Basic语言，Delphi用的Pascal语言。如果人类长有翅膀，那么飞机大抵永远不会被发明。飞机的发明，是为了弥补人类自已不能飞翔的缺陷。不能说所有的技术都是这样，但C+对于C 的发展，完全是为弥补程序员脑力的不足。一个在校生在学会C 后，往往并没有机会用C 去实践一个大中型的项目，体会不到在一个庞大软件工程中，非面向对象语言的短处，所以在之后学习C+的过程中，也就很难真正体会到面向对象语言的长处。简短一点说：不知道C 的
32、短处，就不懂C+的长处。相反，倒是很快就发现C+的缺点：它的代码效率多数情况下都要比C 低不少。前面我们说过低级语言与高级语言的对比，C+语言也正是从语法结构和语言功能上来限定或实现一门编程语言更加接近人在现实生活中的思维习惯，从而达到减轻人的记忆和判断上的负担。这其中最佳的方法之一就是所谓的“封装”。VC 的封装类库称为MFC，它是一种很低阶的封装，它并没有按照人类的思维习惯来重新组织和解释Windows 对象（指Windows 编程中所需的数据，处理，机制，接口）， 而纯粹是API 一对一的翻版。这样的封装工作带来代码封装所固有的代码效率降低的副作用，却没有给使用者带来任何方便。如果你是编
33、程初学者，而你身边又有VC 高手，那么你一定要多多向他学习请教，因为一个真正的VC 编程高手，其同时一定也是一个深刻理解Windows 内核机制（消息循环，内存管理，多任务实现，资源使用等），熟悉Windows各种常用API 函数等等的高手。C+ Builder 对封装库称为VCL(带VC 字样，可别以为它是Visual C+,其实它是：Visual Component Library，即：可视控件库)。VC 的MFC 和CB 的VCL 都是基于（但不限于）对Windows API（应用程序接口函数）的封装，为什么要对API 进行封装？这就是回到了我们前面说过的，为什么有了C 又会有C+的问题
34、。因为操作系统是用C 和汇编写成的，它获得到操作系统必须的代码效率，但对应用程序开发者而言，它失去了易用性。所以微软和Borland 都使用高级语言对之进行封装工作。二者谁进行得更好呢？要想成为Windows 编程高手，最终一定要绕过各种封装，理解Windows 对象。但作为一个初学者，我们必须挑选一个好的封装。但是由于设计时间紧迫，我们尝试着采用一种新型的编程工具-LABVIEW。因为LABVIEW具有入门简单，易学易用的优点，再加上它G语言图形化编程的特点。与传统语言相比，LABVIEW的图形编程方式能够为程序设计者节省85%以上的程序开发时间，而运行速度基本不受影响，显示LABVIEW极
35、高的性能和工作效率。3.5 关于LABVIEW编程语言LABVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LABVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LABVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式6。程序框图如图3-3所示。图 3-3程序框图样例3.5.1 LABVIEW的概念LABVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句
36、和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而 LABVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。VI指虚拟仪器，是 LABVIEW 的程序模块。LABVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在 LabVIEW 中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。LABVIEW 的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。LABVIEW 的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等7。3.5.2 LABVIE
37、W 的特点尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。LABVIEW是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LABVIEW 集成了与满足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。 图
38、形化的程序语言，又称为 “G” 语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LABVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。3.6 LABVIEW的应用领域LABVIEW有很多优点，尤其是在某些特殊领域其特点尤其突出。测试测量：LABVIEW最初就是为测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在LABVIEW最广泛的应用领域。经过多年的发展，LABVIE
39、W在测试测量领域获得了广泛的承认。至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LABVIEW驱动程序，使用LABVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。同时，用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LABVIEW工具包。这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能，用户在这些工具包的基础上再开发程序就容易多了。有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序。 控制：控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测试领域起家的LABVIEW自然而然地首先拓展至控制领域。LABVIEW拥有专门用于控制领域的模块-LABVIEWDSC。除此之外，工业控制领域常用的
40、设备、数据线等通常也都带有相应的LABVIEW驱动程序。使用LABVIEW可以非常方便的编制各种控制程序。 仿真：LABVIEW包含了多种多样的数学运算函数，特别适合进行模拟、仿真、原型设计等工作。在设计机电设备之前，可以现在计算机上用LABVIEW搭建仿真原型，验证设计的合理性，找到潜在的问题。在高等教育领域，有时如果使用LABVIEW进行软件模拟，就可以达到同样的效果，使学生不致失去实践的机会。 儿童教育：由于图形外观漂亮且容易吸引儿童的注意力，同时图形比文本更容易被儿童接受和理解，所以LABVIEW非常受少年儿童的欢迎。对于没有任何计算机知识的儿童而言，可以把LABVIEW理解成是一种特
41、殊的“积木”：把不同的原件搭在一起，就可以实现自己所需的功能。著名的可编程玩具“乐高积木”使用的就是LABVIEW编程语言。儿童经过短暂的指导就可以利用乐高积木提供的积木搭建成各种车辆模型、机器人等，再使用LABVIEW编写控制其运动和行为的程序。除了应用于玩具，LABVIEW还有专门用于中小学生教学使用的版本。 快速开发：根据笔者参与的一些项目统计，完成一个功能类似的大型应用软件，熟练的LABVIEW程序员所需的开发时间，大概只是熟练的C程序员所需时间的1/5左右。所以，如果项目开发时间紧张，应该优先考虑使用LABVIEW，以缩短开发时间。 跨平台：如果同一个程序需要运行于多个硬件设备之上，
42、也可以优先考虑使用LABVIEW。LABVIEW具有良好的平台一致性。LABVIEW的代码不需任何修改就可以运行在常见的三大台式机操作系统上：Windows、Mac OS 及 Linux。除此之外，LABVIEW还支持各种实时操作系统和嵌入式设备，比如常见的PDA、FPGA以及运行VxWorks和PharLap系统的RT设备8。简单回顾一下LABVIEW最近的发展历史（也仅限于我能够收集到的版本），从这里也可以间接的体会到LABVIEW的发展速度有多快。从LABVIEW的软件版本来看（我能收集到的），应该有LABVIEW 5系列、LABVIEW 6系列、LABVIEW 7系列和LABVIEW
43、8系列。而我们此次设计使用的是NI公司2011年8月发布的LABVIEW2011。虚拟仪器是当前测控领域的热点技术，它代表了未来仪器技术的发展方向。LABVIEW是优秀的虚拟仪器软件开发平台，在LABVIEW环境下可高效地进行数据管理、科学计算等方面应用程序的开发，尤其是测控系统及虚拟仪器的开发。自美国NI公司于1986年推出LABVIEWl.0版后，经过版本的不断升级，现已推出LABVIEW2010版。LABVIEW2010版是真正意义上的简体中文版。 LABVIEW图形化的编程语言极大地提高了开发虚拟仪器的效率。据统计，相对于文本编程语言而言，使用LABVIEW开发虚拟仪器，开发效率可以提
44、高1015倍，丝毫不影响程序的执行速度，同时LABVIEW在信号处理等方面的强大功能是目前的组态软件不可比拟的9。3.7 上位机部分的程序编写我们对LABVIEW的特点和性能有了初步的了解后，就要开始使用LABVIEW对程序进行编写。这次程序编写使用的是LABVIEW最新版本，LABVIEW 2011。由于LABVIEW以前没有接触过，所以在编写程序前先找了相关的书籍对LABVIEW的编程环境、数据类型、数据操作、结构与属性、波形显示、数学分析以及串口通信方面做了有关的学习。此次上位机程序主要包括两大部分，串口通信和SPC参数统计。通过串口将下位机发送过来得数据接收，在上位机波形图上进行显示，
45、同时对这些数据进行SPC参数统计。3.7.1 串口通信3.7.1.1 串口简介计算机串行接口（简称串口），串行通信的通信方式是将一条信息的各位数据按顺序逐位传送。串行通信是一种古老但目前仍较为常见的通信方式，早期的仪器、单片机等均使用串口与计算机进行通信。当然，目前也有不少仪器或芯片仍然使用串口与计算机进行通信，如：PLC、Modem、GPS OEM电路板等。计算机串行接口采用RS232协议，RS232（RS是Recommend Standard的缩写）协议是历史较为悠久的一种通信协议，于1969年被国际组织认可。RS232协议定义了串口的电气特性（如电压值）、机械特性（如接头形状）及功能特性
46、（如脚位信号）等。协议允许一个发送设备连接到一个接收设备以传送数据，最大传输速率为11520b/s。计算机串行口采用Intel 8250异步串行通信组件构成，COM1、COM2、COM3、COM4的基地址分别为3F8、2F8、3E8、2E8（十六进制）。RS-232C标准是RS232协议中常用的标准，其接口有25条线，4条数据线，11条控制线，3条定时线，7条备用和未定义，常用的只有9根。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配： a，波特率：这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个
47、bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要4800波特率，那么时钟是4800Hz。这意味着串口通信在数据线上的采样率为4800Hz。通常电话线的波特率为14400，28800和36600。波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是GPIB设备的通信。 b，数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0127（7位）。扩展的ASCII码是0255（8位）。如果数据使用简单的文本（标准ASCI
48、I码），那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。 c，停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。d，奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位为1，这样就有3个逻辑高位。高位和低位不真正的检查数据，简单置位
