基于组态王研华板的数据采集
系统应用
各种计算机测控系统中，PC插卡式是最基本最廉价的构成形式。它充分利用了PC计算机的机箱、总线、电源及软件资源。本章以研华（中国）公司生产的PCI-1710HG多功能数据采集卡为例，详细介绍数据采集卡的软、硬件安装过程，并以此为基础，对基于板卡的模拟量输入/输出、开关量输入/输出程序的设计过程进行详细的描述。
5.1 基于板卡的计算机测控系统的组成
基于板卡的计算机测控系统的组成如图5-1所示，它可分为硬件和软件两大部分。
传感器被控对象执行机构传感器执行机构信号调理器驱动电路信号调理器驱动电路模拟量输入板卡模拟量输出板卡数字量输入板卡数字量输出板卡计算机主机人机设备通信接口应用程序 图5-1 基于板卡的测控系统组成框图
5.1.1 测控硬件子系统
1．传感器
传感器的作用是把非电物理量（如温度、压力、速度等）转换成电压或电流信号。例如，使用热电偶可以获得随着温度变化而变化的电压信号，转速传感器可以把转速转换为电脉冲信号。
2．信号调理器
信号调理器（电路）的作用是对传感器输出的电信号进行加工和处理，转换成便于输送、显示和记录的电信号（电压或电流）。常见的信号调理电路有电桥电路、调制/解调电路、滤波电路、放大电路、线性化电路、A/D转换电路及隔离电路等。
例如，传感器输出信号是微弱的，就需要放大电路将微弱信号加以放大，以满足过程通道的要求；为了与计算机接口方便，需要A/D转换电路将模拟信号变换成数字信号等。
如果信号调理电路输出的是规范化的标准信号（如4～20mA、1～5V等），这种信号调
组态软件数据采集与串口通信测控应用实战
理电路称为变送器。在工业控制领域，常常将传感器与变送器做成一体，统称为变送器。变送器输出的标准信号一般送往智能仪表或计算机系统。
3．输入输出板卡
应用IPC对工业现场进行控制，首先要采集各种被测量，计算机对这些被测量进行一系列处理后，将结果数据输出。计算机输出的数字量还必须转换成可对生产过程进行控制的量。因此，构成一个工业控制系统，除了IPC主机外，还需要配备各种用途的I/O接口产品，即I/O板卡。
常用的I/O板卡包括模拟量输入/输出（AI/AO）板卡、数字量（开关量）输入/输出（DI/DO）板卡、脉冲量输入/输出板卡及混合功能的接口板卡等。
各种板卡是不能直接由计算机主机控制的，必须由I/O接口来传送相应的信息和命令。I/O接口是主机与板卡和外围设备进行信息交换的纽带。目前绝大部分I/O接口都是采用可编程接口芯片，它们的工作方式可以通过编程设置。
常用的I/O接口有并行接口、串行接口等。 4．执行机构
它的作用是接受计算机发出的控制信号，并把它转换成执行机构的动作，使被控对象按预先规定的要求进行调整，保证其正常运行。生产过程按预先规定的要求正常运行，即控制生产过程。
常用的执行机构有各种电动、液动及气动开关，电液伺服阀，交直流电动机，步进电机，各种有触点和无触点开关，电磁阀等。在系统设计中需根据系统的要求来选择。
5．驱动电路
要想驱动执行机构，必须具有较大的输出功率，即向执行机构提供大电流、高电压驱动信号，以带动其动作。另一方面，由于各种执行机构的动作原理不尽相同，有的用电动，有的用气动或液动，如何使计算机输出的信号与之匹配，也是执行机构必须解决的重要问题。因此，为了实现与执行机构的功率配合，一般都要在计算机输出板卡与执行机构之间配置驱动电路。
6．计算机主机
它是整个计算机控制系统的核心。主机由CPU、存储器等构成。它通过由过程输入通道发送来的工业对象的生产工况参数，按照人们预先安排的程序自动地进行信息处理、分析和计算，并作出相应的控制决策或调节，以信息的形式通过输出通道，及时发出控制命令，实现良好的人机联系。目前采用的主机有PC机及工业PC机（IPC）等。
7．外围设备
主要是为了扩大计算机主机的功能而配置的。它用来显示、存储、打印、记录各种数据，包括输入设备、输出设备和存储设备。常用的外围设备有打印机、记录仪、图形显示器（CRT）、外部存储器（软盘、硬盘、光盘等）、记录仪、声光报警器等。 8．人机联系设备
操作台是人机对话的纽带。计算机向生产过程的操作人员显示系统运行状态和运行参数，发出报警信号；生产过程的操作人员通过操作台向计算机输入和修改控制参数，发出各种操作命令；程序员使用操作台检查程序；维修人员利用操作台判断故障等。
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第5章 基于板卡的测控系统及其典型应用实例
9．网络通信接口
对于复杂的生产过程，通过网络通信接口可构成网络集成式计算机控制系统。系统采用多台计算机分别执行不同的控制功能，既能同时控制分布在不同区域的多台设备，又能实现管理功能。
数据采集硬件的选择要根据具体的应用场合并考虑到自己现有的技术资源。
5.1.2 测控软件子系统
软件使PC和数据采集硬件形成了一个完整的数据采集、分析和显示系统。没有软件，数据采集硬件是毫无用处的——或者使用比较差的软件，数据采集硬件也几乎无法工作。
大部分数据采集应用实例都使用了驱动软件。软件层中的驱动软件可以直接对数据采集硬件的寄存器编程，管理数据采集硬件的操作并把它和处理器中断，将DMA和内存这样的计算机资源结合在一起。驱动软件隐藏了复杂的硬件底层编程细节，为用户提供了容易理解的接口。
随着数据采集硬件、计算机和软件复杂程度的增加，好的驱动软件就显得尤为重要。合适的驱动软件可以最佳地结合灵活性和高性能，同时还能极大地降低开发数据采集程序所需的时间。
为了开发出用于测量和控制的高质量数据采集系统，用户必须了解组成系统的各个部分。在所有数据采集系统的组成部分中，软件是最重要的。这是由于插入式数据采集设备没有显示功能，软件是您和系统的惟一接口。软件提供了系统的所有信息，您也需要通过它来控制系统。软件把传感器、信号调理、数据采集硬件和分析硬件集成为一个完整的多功能数据采集系统。
组态软件Kingview（即组态王）是目前国内具有自主知识产权、市场占有率相对较高的组态软件。组态王运行于Microsoft Windows 9x/NT/XP平台，主要特点：支持真正客户/服务器和Internet/Intranet浏览器技术，适应各种规模的网络系统，支持分布式网络开发；可直接插入第三方ActiveX控件；可以导入导出ODBC数据库；组态王既是OPC客户，又是OPC服务器；允许Visual Basic、Visual C++直接访问组态王等。
组态王的应用领域几乎囊括了大多数行业的工业控制，采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行可靠。
5.1.3 测控系统的特点
随着计算机和总线技术的发展，越来越多的科学家和工程师采用基于PC的数据采集系统来完成实验室研究和工业控制中的测试测、量任务。
基于PC的DAQ系统（简称PCs）的基本特点是，输入/输出装置为板卡的形式，并将板卡直接与个人计算机的系统总线相连，即直接插在计算机主机的扩展槽上。这些输入/输出板卡往往按照某种标准由第三方批量生产，开发者或用户可以直接在市场上购买，也可以由开发者自行制作。一块板卡的点数（指测控信号的数量）少的有几点，多的可达24点、32点甚至更多。
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