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1、植物人多通道唤醒系统评价软件设计说明书第1章系统软件设计的相关技术作为虚拟仪器来说它的核心是软件。设计一个系统，在确定了硬件平台之后，就可以通过变更软件设置来实现不同的仪器功能。然而在设计、实现虚拟仪器的软件系统时，须要考虑众多因素，如硬件需求、计算机硬件、操作系统。1.1 程序模块化设计概述数据采集系统的性能在很大的程度上取决于其他应用软件的探讨与开发，搜一再明确了系统设计目标之后，应当采纳好的程序开发方法，如结构化设计方法、模块化思想、多线程以及软件系统的评价标准等等。1.1.1 程序设计的模块化原则模块化结构是全部设计良好软件系统的基本特点，任何一个大的程序系统，总是有若干功能相对独立的
2、模块组成。好的软件结构应体现自顶向下的限制方式，模块之间的限制表现为统帅和从属的关系17。信息抽象与信息隐含式模块的基本特征。模块事实上反映了数据与过程的抽象。在模块化问题求解时，在最高抽象级可以采纳面对问题的环境语言的抽象术语进行描述；而在较低抽象级，则可采纳过程性术语。模块化的概念加上逐步求精的方法，就把面对问题的术语和面对现实的术语两者结合起来。模块独立性有两个定性的标准度量：即内聚和耦合，如图4.1所示。块间联系是指模块之间的联系，块间联系越小，模块独立性越高。块内联系是指模块内部各部分之间的联系，一个模块的块内联系大，模块独立性提高。好的模块结构，块间联系应尽可能小，块内联系应尽可能
3、大。图4.1模块化结构LL2软件系统的模块化设计原则为使研制出的软件具有良好的牢靠性、易维护性、易扩充性及易装卸性，软件设计应遵循规范化的模块化设计原则18。（1）自顶向下逐步求精的设计方法软件设计往往在起先时不了解问题的全部细微环节，只能对问题做出全局性的决策，即设计表征解决问题一般策略的抽象算法。对抽象算法做进一步求精，进入下一层抽象。再求精过程的每一步，抽象概念都会被精细化。（2）依据逻辑功能划分物理模块模块的分解：消退重复的功能部分，使得模块的块内联系较高，块间联系较低;模模块的合并；模块的复制。（3）模块的作用范围应处在模块的限制范围之内模块的作用范围是指模块内判定影响的范围。只要某
4、模块中含有依靠于某种判定操作，则该模块就处于判定的作用范围之内。（4）依据逻辑功能确定模块之间的调用关系模块之间的调用与被调用，确定于模块各自的逻辑功能，因而对模块的扇入扇出并无加以限制的必要。（5）模块接口应保持简明降低模块接口的困难性，是模块设计中必需考虑的问题。保持模块接口的简明，一方面必需削减模块间的信息传递量，更重要的是使所传递的必要信息具有明确的逻辑含义。（6）模块保持单入口性质单入口模块，易于理解，同时降低错误的发生率。模块的出口可以有多个，但是均有明确的逻辑含义。（7）模块结构增加中间推断层次，提高可扩充性LL3软件系统模块化在本设计中的应用系统程序的主要功能为模块划分的标准，
5、其他包括系统管理，数据实时采集，数据实时保存，历史数据查询等功能。1.2 数据库技术数据库技术是信息系统的一个核心技术。是一种计算机协助管理数据的方法，它探讨如何组织和存储数据，如何高效地获得和处理数据。是通过探讨数据库的结构、存储、设计、管理以及应用的基本理论和实现方法，并利用这些理论来实现对数据库中的数据进行处理、分析和理解的技术。即：数据库技术是探讨、管理和应用数据库的一门软件科学。1.2.1 数据库技术概述数据库设计及困难有重要。确定合理的表结构、表之间的合理联系、恰当的数据约束和其他的结构化组成，是一项具有挑战性的工作，因此我们要理解数据库技术所涉及到以下几个最重要的概念：(1)数据
6、库是长期存储于计算机内、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按肯定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可谓肯定范围内的各种用户共享。数据库不仅要反映数据本身的内容，而且要反应数据之间的联系O在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。(2)数据模型是依据特征的抽象，描述的是数据的共性。数据模型应满意三个方面的要求：一是能比较真实的模拟现实世界；二是简洁为人们所理解；三是便于在计算机上实现。一种数据模型要很好地满意这三个方面的要求在目前很困难，在数据库系统中针对不同的运用对象和应用目的，采纳逐步抽象的方法，在不同层次采纳不同
7、的数据模型，一般分为三层，即物理层、逻辑层和概念层。(3)数据管理系统是操纵和管理数据库的软件系统，它由一般计算机程序构成，管理并限制数据资源的运用。他是数据库系统的核心，主要是实现共享数据有效的组织、管理和存取，他的基本功能包括以下几个方面：数据定义功能：对数据库的结构进行描述，包括外模式、模式、内模式的定义；数据库完整性的定义；完全保密定义，存储路径定义等。数据操纵功能：DBMS还供应数据操纵语言，用户可以运用DML操纵数据，实现对数据的基本操作，如检索、插入、删除和修改等。DML有两类：一类是宿主型语言，一类是独立性语言。数据库的运行管理：数据库在建立、运用和维护时有数据管理系统统一管理
8、、统一限制，以保证数据的平安性、完整性、多用户对数据的并发运用及发生故障后的系统复原，从而保证数据库系统的正常运行。数据组织、存储和管理功能：DBMS要分类组织、存储和管理各种数据，包括数据字典、用户数据。存储路径等。数据库的建立和维护功能：它包括数据库初始数据的输入、转换功能，数据库的转储、复原功能，数据库的重组织、性能监视、分析功能等18。1.2.2 ADO与数据库的交互技术ADO是独立于开发工具和开发语言的数据访问接口，它供应了程序开发人员、应用程序实时存取各种数据库的实力，可以轻松的完成反对各种数据库的查询，存取等操作。ADO又被称为通用数据访问，其数据源包括数据库，电子邮件，文件，文
9、本，图形等。运用ADO不仅可以读取Access和SQLServer数据库，也可以读取其他与ODBC兼容的数据库。1.2.3 Access数据库Access是由微软发布的关联式数据库管理系统。它结合了MicrosoftJetDatabaseEngine和图形用户界面两项特点，是MicrosoftOffice的系统程式之一。Access是一个功能强大、便利敏捷的关系型数据库管理系统。它具有完整的数据库管理应用程序开发工具，可以开发适合特定的数据库管理系统的WindowS应用程序。1.2.4 它不仅可以用于处理其自身建立的数据库文件，还可以处理其他一些数据库管理系统建立的数据库文件，例如dBase.
10、Paradox等数据库管理系统的数据库文件，并支持开放式数据库互联性标准(ODBC)和结构化查询语言(SQL)19,20o1.2.5 1.abSQL数据库访问技术在采纳LabVIEW编写测试测量应用程序的时候，很多状况下都不行避开的须要对数据进行存储或者查询。但是当采纳大量数据的时候，我们就要利用数据库进行管理、存储和查询。而对于LabVIEW来讲，其本身不能够干脆访问数据库，因此我们利用LabSQL来解决这个问题21,22。1.abSQL是一个免费的、多数据库、跨平台的LabVIEW数据库访问技术，由PremkeDeVeloPnIent公司的ChrisRoth和Travis开发。1.abSQ
11、L几乎可以访问WindOWS操作系统中任何类型的数据库，比如MicrosoftAccessSQLSeverOracleFoxPro等。本设计就是采纳的Access数据库。1.abSQL利用MicrosoftADO和SQL语言来完成数据库访问，将困难的底层ADO及SQL操作封装成的一系列的LabSQLVis功能函数，便于软件模块化的设计。1.abSQL的优点是操作简洁，易于理解，不熟识SQL语言的用户也可以很简洁的在LabVIEW中实现数据库访问，而且LabSQL是一个完全面粉并且开源的数据库访问工具包23,24o1.3 多线程技术为了实现多通道数据采集的功能，本设计的软件部分必需实现信号的采集
12、、数据的分析处理、定时存储及实时显水的功能。在用户看来，这些任务是同时进行着的。事实上，信号采集、定时存储和主控模块放在不同的线程中，利用Windows操作系统的多线程机制，使得各个功能的模块能够有条不紊的运行。1.3.1Windows的多线程机制Windows是一个多任务操作的系统，每个运行的程序都对应着一个进程，而一个进程内又可以有很多个线程。Windows系统把CPU的运行分成很多小的时间片，然后按各个进程和进程内线程的优先级进行安排，从而使多个程序能同时运行。在统一进程内的不同线程都在自己的时间片内执行，避开了相互在时间上可能的冲突。1.3.2LabVIEW与多线程LabVIEW执行系
13、统类似于Java虚拟机，把线程管理、线程间的通信等困难的操作封装起来，因此用户可以不用学习多线程编程就可以编写多线程的程序。在LabVIEW中，图形化编程为开发者开发多线程带来了巨大的好处，因为在数据流的编程环境中，大家可以很简洁的看到多线程并行代码25。多线程的优点：（1）提高CPU的利用率（2）更高的系统牢靠性（3）提高再多处理器计算机上的执行速度L3.3多线程技术在本设计中的应用为了实现显示、存储等系统其它操作的并行执行，在程序创建了一个工作线程：数据采集和存储。在用户启动系统工作时，这两个工作线程被创建。但不同的是，数据采集的工作线程是在循环往复地工作着，直到退出程序；而数据存储的线程
14、则是在肯定的时刻被唤醒，而更多的时候，存储模块是始终处于挂起的状态。因为现实中信号的采集工作和数据存储工作是长时间运行着。通过采纳多线程技术，实现了实时性要求高的数据采集与程序其它功能在时间上的相互独立，避开他们在实践上可能产生的冲突,提高了数据采集的稳定性26o循环之间的数据传递及线程间的数据传递，可以由局部变量、全局变量、共享变量和队列等方式实现。循环之间的同步即线程之间的同步，这可以由同步技术来实现。假如须要为两个循环设置不同的优先级，可以通过定时循环来实现。第2章详细的多通道数据采集系统的实现本设计采纳了四通道数据采集，前面板分别由登录系统、参数设置系统、实时数据采集系统、历史数据查询
15、4部分组成。2.1 登录系统登录系统是程序员为了管理程序而设置，设置了用户名和密码，防止非设计或者工作人员的更改而导致程序不能胜利运行。图Ll为用户登录界面前面板，图L2为用户登录程序框图。图LI用户登录界面图1.2用户登录程序框图2.2参数设置系统2.2参数设置系统本设计拟设计基于NIPCI-6221数据采集卡进行数据采集，由于该卡支持DAQmx驱动程序，所以本设计是干脆运用DAQmX-DataAcquisition开发的，在这部分中，主要是采集参数的设置，其中包括物理通道的选择，采样模式、采样率、每通道采样数、输入方式的配置。由于条件所限，为了保证程序在没有数据采集卡的状况下顺当运行，本设
16、计也做了一个模拟信号输出程序。图L3为系统参数设置的前面板，图L4为模拟信号输出地的程序框图，图1.5为实际采集信号输出的程序框图。图1.3系统参数设置的前面板图L4模拟信号输出地的程序框图图1.5实际采集信号输出的程序框图2.3实时数据采集系统2.3实时数据采集系统实时数据采集系统由四个通道的采集数据实时显示和波形全景图两部分组成。从上面起先分别为通道1,2,3,4,分别显示4个通道的数据。左边为操作按钮。图L6为采集数据实时显示前面板，图L7为全景波形实时显示前面板，图L8为程序总框图。图L6采集数据实时显示前面板图1.7全景波形实时显示前面板图1.8程序总框图2.4历史数据查询2.4历史
17、数据查询本设计是实时监控、实时采集、实时存储的设计方案，对全部采集的数据运用LabSQL实时保存进ACCESS数据库。为了便利操作人员对历史数据进行查询，设计了历史数据查询程序。所查询的手段是对某一ID区间进行检索即可，依据数据库的类型不同，可以更改查询的手段。图L9为历史数据数据查询前面板，图1.10为历史数据查询的程序框图。图L9历史数据数据查询前面板图1.10历史数据查询的程序框图2.5VI程序爱护LabVIEW为了爱护VI程序，在VI的属性里面特意设置了设置了VI爱护，由编程人员设置，进行密码爱护，在没有密码的状况下不能对VI程序框图和前面板做出任何更改，只能在运行模式下工作。图LII为VI爱护前面板。O图5.11VI爱护前面板2.6评价界面
