毕业论文基于LabVIEW的社区抄表系统设计40273.doc

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1、湘潭大学毕业设计说明书题 目：基于LabVIEW的社区抄表系统学 院： 信息工程学院 专 业： 学 号： 姓 名： 刘旭华 指导教师： 完成日期： 2012年5月 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1背景11.2国内外研究现状21.2.1抄表技术的研究现状21.2.2虚拟仪器的研究现状21.3现实意义31.4论文主要工作4第2章 虚拟仪器技术52.1虚拟仪器概述52.1.1虚拟仪器的概念52.1.2虚拟仪器的优势52.1.3虚拟仪器的软件结构72.1.4虚拟仪器的发展趋势72.2开发工具LabVIEW 软件82.2.1 LabVIEW中的基本概念82.2.2 LabVIEW的操

2、作模板82.2.3 LabVIEW调试与运行92.3本章小结9第3章 系统软件设计103.1启动界面103.2登录系统113.3主界面143.4日用电信息163.5月用电信息183.6生成安装程序213.7本章小结22第4章 串口通信234.1用户端设计234.2串口设置234.3串口数据通信244.4数据处理254.5串口程序264.6本章小结26第5章 总结与展望275.1论文研究工作总结275.2不足与展望27参考文献28致谢29基于LabVIEW的社区抄表系统摘要：自动抄表技术作为计量自动化的基础，已成为当前普遍关注的热点。虚拟仪器突破传统仪器将软件和硬件电路封装一体，通过应用程序将计

3、算机资源和仪器硬件功能相结合，形成用户可以根据个人需求自定义的控制系统。本文提出了一个基于LabVIEW的社区抄表系统解决方案，利用LabVIEW灵活的界面设计和强大的数据处理功能设计了一个可靠的智能化工作平台。通过串口通信实现与用户端计算机 LabVIEW 程序的数据通信，该系统能够直观地显示社区用户的用电状况，并可靠、详细地计算和存储用电信息，实现了对社区电表的自动抄录和管理。实践证明，该系统是一种高性能、高效率的实时控制实现系统。关键词:社区抄表；LabVIEW；串口通信Community meter reading system based on LabVIEW Abstract：As

4、 the basis of measurement automation, automatic meter reading technology has become the current focus of attention. A breakthrough of the virtual instrument is that traditional instrument software and hardware can be integrated to a circuit package, combining the computer resources and hardware func

5、tion and forming the measurement system according to personal demand. This paper presents a system solutions of community meter reading based on LabVIEW, Using LabVIEW flexible interface design and powerful data processing function to design a reliable intelligence work platform to achieve goal of a

6、utomatic transcriptions and management of the community meter reading. Through the serial communication, it can communicate with the LabVIEW program of computer as well as visually display the status of electricity. The system is reliable capable of detailed calculation and storage of electric infor

7、mation, providing a reliable intelligence work platform. Proved by practice, this is a highly performance, highly efficient real time control system.Keywords：Community meter reading; LabVIEW; Serial communication第1章 绪论1.1研究背景随着电力系统不断完善与发展，用户用电需求不断提高，对电能表的功能和性能也提出了越来越高的要求。电能表进入了从单一的计量功能到集计量、通讯、控制于一身的

8、发展阶段。提高供电质量，提高供电的可靠性，实施高效准确的抄表系统已是当务之急。然而过去我国普遍将电表安装在用户室内，尤其是北方地区防冻的需要更是这样，电度表现在部分改为一户一表安装在楼道内。这样每月电表入户抄表收费给用户和抄表人员带来很多麻烦，造成很多不必要纠纷。为了有效解决入户抄表收费存在的诸多弊端，提高效率，南方部分地区虽将电表装于户外，但这都是传统的单表计量，无法实现智能抄表和联网远程抄表。虚拟仪器（Virtual Instruments）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化

9、的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。虚拟仪器主要是以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。美国国家仪器公司(National Instruments，简称NI) 在1986年推出了实验室虚拟仪器集成环境LabVIEW，用计算机灵活强大的软件代替传统仪器的某些部件。随着计算机技术和Internet技术的发展，虚拟仪器正沿着高性能、多功能、集成化和网络化的方向发展。图1-1反映了常见的虚拟仪器方案。 信号调理数据采集卡 数据处理虚拟仪器面板 被测对象图1-1 常见虚拟仪器应用方案

10、1.2国内外研究现状1.2.1抄表技术的研究现状在国外，对自动抄表技术的研究起步较早、且比较深入，从标准的制定到抄表专用芯片的生产都已经比较成熟。在北美、加拿大等北美国家，自动抄表系统早已广泛应用于抄表管理系统之中。自动抄表已成为一个新的产业部门，国外已有不少著名厂商已生产出 AMR 系列产品，而且对 AMR 的研究也越来越深入。美国于 1986 年就建立了自动抄表技术协会(AMRA)，每一年半左右开一次国际性年会，每次年会前都有专题报告。近些年又成立了欧洲自动抄表技术协会(EUROAMRA)和英国自动抄表技术协会(UKAMRA)。在 1998 年度，美国共有791项AMR应用项目，其中约有5

11、50万台电表实现了自动抄表。此外，欧盟各国、拉美和日本都有自动抄表实验的报告自动抄表技术的应用在一些发达国家已基本形成了规模。总体来看，目前我国国内所采用的抄表方式大致可以分为三种。一是传统的人工抄表方式，抄表人需到用户处读取数据，返回总局后将数据重新输入电脑进行处理。二是预付费方式，抄表人无需到用户处，用户通过银行划拨收费或到仪表管理部门购买磁卡、IC卡等，按购买额提供用量，完成收费工作。三是远程抄表方式，监控中心通过远程通信系统（例如公用电话网、电力线载波、数据网等）自动获取远程仪表数据的方式。当前在我国国内大量使用的仍然是传统的人工抄表方式，部分地区己经开始了远程抄表的试点。1.2.2虚

12、拟仪器的研究现状近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台，以便使用者利用这些仪器公司提供的开发平台组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软件。最早和最具影响的开发软件，是 NI 公司的 LabVIEW 软件和 LabWindows/CVI开发软件。LabVIEW 采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件。Lab Windows/CVI是为熟悉 C语言的开发人员准备的、在 Windows 环境下的标准 ANSIC开发环境。2002市场调查数据显示，在美国的测试、测量市场，LabVIEW 就占 42.9的份额，可见，NI 公司在此领域占绝对优势。2005年统计显示，NI 的产品在

13、全球有很大的市场，其中不乏国际知名的大公司，像 Nokia、Siemens、Tektronix 等等。在世界财富 500 强中的制造业厂商，也有过半都是 NI 的客户。美国 HP 公司的 HP-VEE 和 HP-TIG 平台软件，美国 Tektronix 公司的 Ez-lest 和 Tek-TNS 软件，以及美国 HEM Data 公司Snap-Master 平台软件，也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台软件。这些厂家的产品在国际市场上都具有较强的竞争力，目前已开始进入中国市场，但价格昂贵，因此还没有广泛地被中国用户所接受。国内虚拟仪器起步于九十年代中期，至今已有多家科研院所、高校及公司从事虚

14、拟仪器技术的研究与产品的开发。目前，大部分厂家生产的虚拟仪器基本以计算机加数模转换及软件应用来实现传统仪器中的示波器、频谱分析仪、频率计、波形发生器、波形记录仪等，但也有些开发比较早的厂家将虚拟仪器批量应用于其它行业。目前国内有十几家企业在研制 PC 虚拟仪器，上百种系列实用产品已面市，并开始在航空、航天、通信、医疗、电力、石油勘探、铁路等行业普及应用。虚拟仪器的国内外发展呈现两条主线：一是 GPIBVXIPXI 总线方式(适合大型高精度集成系统)，二是 PC 插卡式LPT 并行口式串口 USB 方式IEEE 标准的1394口方式（适合于普及型的廉价系统，有广阔的应用发展前景）。PC插卡式虚拟

15、仪器利用PCI(Peripheral Component Interconnect)或ISA(Industrial Standard Architecture)计算机本身的总线，将数据采集卡(DataAcquisition，DAQ)直接插入计算机相应标准的总线扩展插槽内，利用计算机总线传递数据，完成测试任务。1.3研究意义我国对自动抄表技术的研究起步较晚，技术标准还不成熟，但国家对自动抄表技术的发展非常重视。建设部2000 年小康型城乡住宅科技产业工程城市示范小区规划设计准则(修改稿)中已明确提出：“推广应用户外计量(含水、电、暖、燃气表)技术”。就目前而言，各种抄表方式在国内都有不同的研究和

16、使用，但手动抄表方式仍为主要的抄表方式。随着人民生活水平的提高，对家庭自动化、楼宇自动化的要求越来越强，体现为在高层、豪华居住小区，传统的人工手动抄表方式已经很难满足社会发展的要求，人们对远程自动抄表系统的需求已越来越强烈。随着计算机和通讯技术的迅速发展，各种各样的自动化抄表系统不断涌现出来，它们不仅替代了烦琐的手工劳动，而且提供了更多的优质服务，实现智能抄表的呼声越来越高。利用LabVIEW编程无需具备太多编程经验，因为该软件使用的都是测试工程师们熟悉的术语和图标，如各种按钮、开关、波形图等，接口非常直观形象。并且LabVIEW以其价格低廉和开发周期短等优点比传统仪器更具有优势，用人的智力资

17、源代替许多物质资源，通过一组软件和硬件，形成了具有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所不具有的特殊功能的新型仪器，具有人机界面友好，功能强大，维护简便等优点。用该软件开发的社区抄表系统打破了传统抄表的模式，是虚拟仪器运用越来越广泛的典型例证，该系统能够可靠地实现对电表的自动抄录和管理，满足了操作人员以及社区用户的需求。1.4论文主要工作本人在对计算机综合数据采集和控制技术研究的基础上，基于LabVIEW的图形化编程语言，完成了一个单机版的社区抄表系统软件的设计和实现。论文一共分为五章：第一章：在分析国内外抄表技术发展状况和LabVIEW的发展趋势的基础上，利用剧增的网络资源，提出了基于图形化编程

18、语言LabVIEW的社区远程抄表系统，并对文章结构和研究内容做了介绍。第二章：详细地介绍了虚拟仪器技术，并对开发工具软件LabVIEW的操作、调试与运行进行简洁的说明。第三章：设计LabVIEW的处理模块，包括LabVIEW主界面和日用电信息、月用电信息这三个部分。功能界面模块主要功能是并进行存储和处理的功能。在这基础上实现应用界面的设计，包括抄表、报警、查询等功能。并根据得到的电能数据，得出出用户用电总量和用电时间的图形。第四章：串口通信的设计，即用户端的数据传输，通过标准的输入输出应用程序编程接口VISA完成对本地数据的采集。第五章：总结全文的主要研究内容，分析存在的问题和不足。第2章 虚

19、拟仪器技术2.1虚拟仪器概述虚拟仪器（Virtual Instruments）的起源可以追溯到 20 世纪 70 年代，PC 机出现以后，仪器的计算机化成为可能，于是诞生基于计算机的仪器，即虚拟仪器。仪器硬件以模块化为特点，能够全方位的系统集成，应用软件则以图形化的编程为长处，能够方便高效的创建自定义的用户界面，二者相结合实现传统仪器的测量功能。2.1.1虚拟仪器的概念所谓虚拟仪器，就是在通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标点击虚拟面板，就可操作这台计算机系统硬件平台，就如同使用一台专用测量仪器一样。虚拟仪器的“虚

20、拟”二字主要包含以下两个方面的含义：第一，虚拟仪器的面板是虚拟的。虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。设计虚拟仪器前面板，就是在前面板设计窗口中摆放所需的图标，然后对图标的属性进行设置。第二，虚拟仪器测量功能是通过对图形化软件流程图的编程来实现的。以PC计算机为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程来实现仪器的功能的。因为可以通过不同测试功能软件模块的组合来实现多种测试功能，所以，在硬件平台确定后，就有“软件就是仪器”的说法。2.1.2虚拟仪器的优势虚拟仪器是基于计算机的功能化硬件模块和计算机软件构成的电子测试仪器，而软件是虚拟仪器的核心，如图2-1

21、所示，其中软件的基础部分是设备驱动软件，而这些标准的仪器驱动软件使得系统的开发与仪器的硬件变化无关。这是虚拟仪器最大的优点之一，有了这一点，仪器的开发和换代时间将大大缩短。虚拟仪器中应用程序将可选硬件（如GPIB，VXI，RS-232，DAQ板）和可重复用库函数等软件结合在一起，实现了仪器模块间的通信、定时与触发。源代码库函数为用户构造自己的虚拟仪器（VI）系统提供了基本的软件模块。由于VI的模块化、开放性和灵活性，以及软件是关键的特点，当用户的测试要求变化时可以方便地由用户自己来增减硬、软件模块，或重新配置现有系统以满足新的测试要求。这样，当用户从一个项目转向另一个项目时，就能简单地构造出新

22、的VI系统而不丢失己有的硬件和软件资源。虚拟仪器开发者虚拟仪器软件面板虚拟仪器软件开发平台底层驱动程序硬件模块虚拟仪器开发者操作系统图2-1 虚拟仪器开发框图虚拟仪器具有传统独立仪器无法比拟的优势（如表2-1所示）。在高速度、高带宽和专业测试领域，独立仪器具有无可替代的优势。在中低档测试领域，虚拟仪器可取代一部分独立仪器的工作，但完成复杂环境下的自动化测试是虚拟仪器的拿手好戏，是传统的独立仪器难以胜任的，甚至不可思议的工作。正因为虚拟仪器具有以上相对于传统测量仪器的优势，在实际的工程中，虚拟仪器得到了越来越广泛的应用。在国际上，虚拟仪器早已步入实用阶段，我国虚拟仪器应用则刚刚起步，但是发展十分

23、迅速。相信在不久的将来，我国虚拟仪器的应用也会越来越广泛，并将逐渐取代传统仪器。表2-1 虚拟仪器与传统仪器比较虚拟仪器传统仪器开发维护费用低技术更新周期短（051年）软件是关键价格低开放、灵活与计算机同步，可重复用和重配置可用网络联络周边各仪器自动化、智能化、多功能、远距离传输开发维护费用高技术更新周期短（510年）硬件是关键价格昂贵固定只可连有限的设备功能单一，操作不便近年来，随着网络技术的发展，己经形成了网络虚拟仪器。这是一种新型的基于Web技术的虚拟仪器，使得虚拟仪器测试系统成为Internet/Intranet的一部分，实现现场监控和管理。在当前流行的C/S/D网络模式下，利用嵌入式

24、技术（包括数据库嵌入和网络模块的嵌入）可以充分利用有效资源，提高测试效率。2.1.3虚拟仪器的软件结构虚拟仪器技术的核心是软件，其软件基本结构如图2.2所示。用户可以采用各种编程软件来开发自己所需要的应用软件。以美国NI公司的软件产品LabVIEW和LabWindows/CVI为代表的虚拟仪器专用开发平台是当前流行的集成化开发工具。这些软件开发平台提供了强大的仪器软面板设计工具和各种数据处理工具，再加上虚拟仪器硬件厂商提供的各种硬件的驱动程序模块，简化了虚拟仪器的设计工作。随着软件技术的迅速发展，软件开发的模块化、复用化，和各种硬件仪器驱动软件的模块化、标准化，虚拟仪器软件开发将变得更加快速、

25、方便。硬件驱动程序数据处理用户界面图2-2 虚拟仪器软件结构2.1.4虚拟仪器的发展趋势虚拟仪器是微电子、通信、计算机等现代科学技术高速发展的产物。自从1785年库仑发明静电扭秤，1834年哈里斯提出静电电表结构以来，电测仪表和电子仪器随相关技术的进步、仪器仪表元器件质量的提高和测量理论方法的改进得到飞速发展。有一种较普遍地说法将测量仪器的发展分为五个阶段，从十九世纪初到二十世纪末，测量仪器经历了模拟仪器、电子仪器、数字仪器、智能仪器等阶段，发展到现在的虚拟仪器。如图2-3所示。模拟仪器电子仪器数字仪器智能仪器虚拟仪器19世纪五十年代20世纪七十年代九十年代图2-3 测量技术的发展2.2开发工

26、具LabVIEW 软件LabVIEW是一种图形化的编程语言，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流程图。它尽可能利用了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。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。2.2.1 LabVIEW中的基本概念所有的LabVIEW应用程序，即虚拟仪器(VI)，它包括前面板(Front Panel)、流程图(Block Diagram)以及图标/连结器(Icon/Connector)三部分。前面板：前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，这一界面上有用户输入和显示输出两类

27、对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制和显示对象。但并非画出两个控件后程序就可以运行，在前面板后还有一个与之对应的流程图。流程图：流程图提供VI的图形化源程序。在流程图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。流程图中包括前面板上的控件连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。如果将VI与传统仪器相比较，那么前面板上的控件对应的就是传统仪器上的按钮、显示屏等控件，而流程图上的连线端子相当于传统仪器箱内的硬件电路。图标/连接设计：这部分的设计突出体现了虚拟仪器模块化程序设计的思想。在设计大型自动检测系统时一步完成一个复杂系统的设计是相当有难

28、度的。而在LabVIEW中提供的图标/连接工具正是为实现模块化设计而准备的。设计者可把一个复杂自动检测系统分为多个子系统，每一个都可完成一定的功能。2.2.2 LabVIEW的操作模板在LabVIEW的用户界面上，应特别注意它提供的操作模板，包括工具(Tools)模板、控制(eontrols)模板和函数(FunetionS)模板。这些模板集中反映了该软件的功能与特征，对LabVIEW程序的创建、设计和调试具有重要的作用。1工具模板如图2-4所示，该模板包含各种用于创建、修改LabVIEW中的对象，并可对Vl程序进行调试。当从模板内选择了任一种工具后，鼠标箭头就会变成该工具相应的形状。2控制模板

29、 该模板用来给前面板设置所需的控制量(ControlS)和显示量(IndicatorS)，主要用来创建前面板中的对象，构建程序的界面。每个图标代表一类子模板。如图2-4所示：3函数模板函数模板是创建流程图程序的工具，包含了编写程序的过程中会用到的函数和vi程序，主要用于构建后面板的对象。该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板。如图2-5所示：图2-4 控制模板 图2-5 功能模板2.2.3 LabVIEW调试与运行调试在一个工程中十分重要，在LabVIEW中调试是十分方便的。LabVIEW的运行环境中，有一种特有的调试手段，它可以实时显示数据流，它可使用户更加清楚地观察程序运行的每一个细节，

30、为查找错误，修改和优化程序提供了有效的手段和依据。1 找出语法错误2 执行程序高亮3 断点与单步执行 4 数据探针2.3本章小结本章介绍了虚拟仪器技术，并对工具软件LabVIEW的操作、调试与运行进行了简洁的说明，为系统的开发与设计提供了理论基础。分析表明，在保证系统实时性的情况下，利用虚拟仪器技术，能够使建模过程和系统最终实现都在图形化开发环境下进行，简化代码设计，使设计人员专注于核心问题研究，从而提高开发效率。第3章 系统软件设计本设计由启动程序以及主程序（包括首页、主界面、日用电信息、月用电信息4个页面）组成。完整的体现了一个抄表的功能和实际应用。下面分别介绍各个部分。3.1启动界面建立

31、一个启动页面用来显示应用程序的名称、版本以及载人进度等，当系统完全启动后，它将会自动关闭。如同LabVIW、Word和Photoshop等应用程序的启动接面。如图3-1、图3-2所示，分别为设计应用程序的启动程序框图和启动界面。图3-1 启动界面程序框图图3-2启动界面前面板3.2登录系统本程序设计了用户登录系统。它的主要优点：一是有效保护私有数据，对整个系统的各种配置参数硬件设施等做出保护；二是保护程序本身设置软件使用权限，可以将非专业操作人员“拒于”系统之外，避免由于使用者误操作引起的系统崩溃。图3-3为登录系统的程序流图：开始输入用户名和密码N超过三次判断是否正确NYY进行模式选择实际抄

32、表模式仿真信号模式结束图3-3登陆系统流程图流程图是VI的图形化源程序。本程序实现了用户名密码登录及模式选择功能。登陆系统的程序框图如图3-4所示：图3-4登录系统程序框图图3-5为登录页面即首页：图3-5首页用户登录界面若用户名密码错误，系统弹出错误提示框，错误三次之后则执行LabVIEW退出函数。若正确，则弹出登陆成功对话框，进行模式选择仿真抄表与实际抄表。如图3-6、图3-7所示：图3-6密码错误对话框 图3-7登陆成功对话框若选择仿真信号模式，则原程序开始运行，若选择实际抄表模式，则弹出子程序前面版，如图3-8所示： 图3-8实际抄表模式首页 3.3主界面在用户端，由于平时不会总去看电

33、表数据，所以主界面设计原则是：功能健全，尽量小巧简约，具体要显示的内容和功能可以放到子选项卡。为了使实界面简洁明了，系统只设计了社区中的甲乙丙三个用户，若在实际抄表中，可以利用LabVIEW的下拉菜单选择，可将所有用户添加进去，同时使界面看起来简洁。图3-9为主界面流程图：开始抄表按钮按下NY判断超出范围NY报警显示抄表数据序结束图3-9主界面流程图1 抄表功能图形显示对于虚拟仪器面板设计是一个重要的内容。利用LabVIEW提供的丰富图形界面来进行前面板的设计，这就可以使虚拟仪器看起来更真实性。其中量表可以真实地模拟实际用表。点击抄表下的OK键即可抄表读取当前电量。量表以及数值都可以清晰地显示

34、当前值，界面右上角显示了系统的当前时间。2 报警功能在LabVIEW中，如想要有一个直观提示来指示一个值超过了特定界限，可使用警告灯。当抄表数值超出限度，即可初步判断电表出现了问题，此事警报下的灯会亮，分别对应三个用户。经过后续观察和实地检验以后，及时排除故障，确保社区正常抄表。该仿真信号由函数选版中的随机数为基础生成，通过结构、数值子选板以及移位寄存器，获取与真实电能表信号相似的数据。程序框图如图3-10所示，用户端主界面的前面板如图3-11所示：图3-10用户端主界面图3-11主界面仿真信号程序框图3.4日用电信息详细信息界面里，通过图表显示出用户用电量与时间的曲线，生动地说明了用电高峰及

35、低谷，点击右边的查看按钮，可以分别显示社区个用户的日用电情况。各信号是单独生成，互不影响。图表的纵坐标为用电量（16度），横坐标为时间刻度，每个正点对应一小格。波形图表能非常清晰的实时显示采集波形。图3-12为程序流图：开始乙按钮按下甲按钮按下丙按钮按下NNNYYYY显示乙波形显示甲波形显示丙波形结束图3-12日用电程序流图该程序框图由事件结构、顺序结构、for循环（其中放入定时器）构成。同样由函数选版中的随机数为基础生成仿真信号。采用平铺式顺序结构，该结构可以一次显示所有帧。如图3-13所示。由图3-14可知：6点至晚上23点的用电量不断递增，23点至第二天6点则是接近水平，是用电的低谷期。

36、图3-13日用电仿真信号程序框图图3-14日用电仿真信号前面板3.5月用电信息与日用电信息相对应，详细界面中通过月用电信息反应用户每一个月的用电情况，通过表格动态地显示一年12个月中用户的用电量及总电量。该仿真信号是由两个for循环嵌套，在一个月的基础上累加生成12个月的用电信息，如下图所示。其中还采用了条件结构，如图3-15所示。条件结构包含多个子程序框图，根据传递给该结构的输入值执行相应的子程序框图。条件结构每次只能显示一个子程序框图，并且每次只执行一个条件分支。条件结构框由条件选择器标签、选择器接线端和分支子程序框组成。在条件结构中，处理显示控件有两种完全不同的方式，这两种方式虽然表明上

37、看差别不大，在具体编程中都可能使用过，但是对于大型数据处理，比如大的数组，运行效率差别极大，可能不经意间造成程序运行缓慢，且不易查错。图3-15月用电仿真信号程序框图1表格显示功能数字表格包含可在数字波形图上绘制的数据。可手动创建一张数字表格，或将模拟数据转换为数字数据，或采集数字信号从而创建一张数字表格。本程序的表格为12行2列，同时显示首列和首行，内容包括一年内12个月的累计电总量和各个月的用电量。由表格可以量化清晰地表达每月的用电量。图3-16是创建表格的程序框图：图3-16创建表格的程序框图2计算总值与平均值该程序采用了创建数组（Build Array）函数：创用于根据标量值或者其他的

38、数组创建一个数组，然后利用数组求和功能计算出用电总量。数组是同类型元素的集合。一个数组可以是一维或者多维，如果必要，每维最多可有2的31次方1个元素。可以通过数组索引访问其中的每个元素。索引的范围是0到n-1，其中n是数组中元素的个数。数组的元素可以是数据、字符串等。图3-17为实现此功能的程序框图：图3-17计算功能程序框图3 数据存入电子表格EXCEL“写入电子表格文件”位于函数选板的“编程文件IO”，通过设定写入路径可根据操作人员的需要，在指定的磁盘内创建新文件夹与表格文件。本程序实现了自动创建文件夹及EXCEL文件、并将数据写入相应表格的功能，文件根据时间与用户名来命名。使得数据保存更

39、为安全，方便工作人员或用户查看历史数据。图3-18为实现此功能的程序框图：图3-18写入表格程序框图与日用电信息相对应，详细界面中通过月用电信息反应用户每一个月的用电情况，通过表格动态地显示一年12个月中用户的用电量及电费。该界面还具有存储功能和计费功能。图3-19为月用电信息前面板：图3-19为月用电信息前面板3.6生成安装程序系统软件开发结束后，可以将软件打包做成EXE可执行文件的形式，这样，用户直接双击EXE文件运行软件。通过提供的应用程序生成工具Application Builder，发布独立的安装包或可执行文件。LabviEW提供了软件发布工具，在项目浏览器中的“程序生成规范”就是用

40、来配置项目发布方法的。在程序生成规范的右键菜单中选取“新建”，可以看到程序有八种发布方法:应用程序、安装程序、.NET互操作程序集、打包库、共享库、源代码发布、zip文件。需要将编写的Vl、数据库文件系统，特别是LabVIEW运行时引擎 (LabviEWRun一TimeEngine)，打包为一个安装程序Installer文件。成功生成可执行文件后，可以到其他的客户机上安装抄表系统。运行生成的EXE安装程序，按照安装向导的提示将系统安装到计算机。如图3-20打开EXE文件后的运行画面。图3-20运行EXE文件界面3.7本章小结通过对实时控制系统解决方案的分析，构建了基于LabVIEW的社区抄表系

41、统，本章详细介绍了其设计过程以及实现的功能。控制面板分为四个选项卡，分别为：首页实现了用户名密码验证功能和模式选择功能，为不同层面的使用者提供了人性化的服务；主界面则是操作人员查看最多的面板，实现了抄表功能以及报警功能；日用电信息反映了用户每天的用电情况，可查看各个用户的的用电高峰低谷期，利用该数据可制定社区用电计划，合理用电；月用电信息为记录面板，可跟踪显示用户一年来各个月的用电量以及总电量，并实现了计算功能以及存储功能。LabVIEW灵活的界面设计和强大的数据处理功能为实时控制系统的人性化提供了便利，确保任务的可靠执行。实践证明，基于LabVIEW的社区抄表系统是一种高性能、高效率的实时控

42、制实现系统。第4章 串口通信4.1用户端设计虚拟仪器按照其构成方式的不同通常分成 4 种，它们是：基于 GPIB（General Purpose Interface Bus）接口的虚拟仪器系统；基于串口或其它工业标准总线的系统；基于 VXI 总线仪器实现的虚拟仪器系统；基于 PXI 总线的仪器系统。实际上这四个不同的划分根本区别在于数据的获取渠道不同。通过不同的总线或接口最终把数据传送到计算机的数据总线上完成分析处理的工作。通过双绞线平衡电缆传来的数据信号是 RS-485 通信协议的，而一般计算机只配置有 9 针的串口。因此，电能表通过 RS-485 接口向外传输时必须经过 RS-485/RS

43、-232协议转换后，才可以正确的被计算机识别与接收处理。从使用便利性和传输可靠性角度综合考虑，本设计中采用北京四方继保自动化股份有限公司设计的无源RS-485/RS-232 转换器作为信号调理电路将信号转换传给计算机处理。4.2串口设置在LabVIEW平台处理串口通讯需要使用标准的输入输出应用程序编程接口VISA (Virtual Istrument Software Architeeture)。串口的初始化设置，包括数据传输速率，奇偶校验，数据比特，停止比特参数的设定。本设计中采用 VISA 配置串口(VISA Configure Serial Portvi)设置串口信息，使硬件和计算机的通

44、信协议一致。一般来说，设计时可将VISAOpen函数放在主循环外，读写函数放在循环内，这样就不用多次打开VISA而浪费时间和资源了。以下为默认初始值：数据传输波特率为 1200bit/s偶校验8bit 数据比特1bit 停止比特其中，数据传输波特率设置为全局变量，作为修改波特率时用。如图4-1所示：图4-1串口设置图4.3串口数据通信要想实现串口通信，必须安装Nl提供的统一编程接口VISA的驱动程序。在进行VISA读写之前需要通过 VISAOpen函数打开一个 VlSA Session。然后就可以通过这个Session进行通信。用户端向串口发送数据信息到电能表单片机系统时，数据格式也要遵循一定

45、的协议。根据在上章中的通信规约规定，按照一定的协议规定顺序发送和接收数据。程序先设置好串口后，向串口发送读取电能数据请求，延时 200ms 后接收串口数据，若电表异常响应，则丢弃此次数据，再次发送读取数据请求，直到超过重试次数后发出报警信号，结束本次数据采集通信；若电表正常响应，LabVIEW 执行数据处理程序，再发送下一条读取或是写入数据请求。LabVIEW 对串口的操作除了配置串口节点外，还有VISA 写入、VISA 读取和 VISA 设置 I/O 缓冲区大小共六个。由于串口在接收和发送的过程中，是以 ASCII 字符一个一个的发送的，LabVIEW 用 VISA 发送和接受数据时输入输出使用字符串，在确定数据通信开始后，程序在接收串口数据时，首先要执行 VISA 串口字节数“VISA Sytes at Serial Port”子 VI，用以确定将要读入的确切的字节数，然后将其输出作为 VISA Read 节点的输入即可。由于 485 总线是一个半双工的通讯方式，收和发不能同时进行，从发送完成到变为接收状态，无论是软件的处理或是硬件的切换都需要一定的延时。主要是给发送方一个由发转为收的时间，保证接收方返回的数据能完整的被接收方所收到。程序向串口发送命令和接收数据的程序流程图如4-2所示：开始Y读表标识N设置串口，设置读表标识发送读表命令N超过次数延时200msY收到正确应答N