基于LabVIEW利用TCP協(xié)議進(jìn)行雙機(jī)通信

1、虛擬儀器課程設(shè)計(jì) - 基于LabVIEW的利用TCP協(xié)議進(jìn)行雙機(jī)通信 學(xué) 院：電子與信息工程學(xué)院 班 級(jí)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 利用TCP協(xié)議進(jìn)行雙機(jī)通信摘要：LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是當(dāng)前最流行的圖形化虛擬儀器集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，同時(shí)它也是一種功能強(qiáng)大的編程語(yǔ)言。與一般的編程語(yǔ)言（如VB，VC等）不同的是，LabVIEW采用基于流程圖的圖形化編程方式，因此也被成為G語(yǔ)言（Graphical Language）。LabVIEW首先提出了虛擬儀器（Virtual Instrume

2、nt，簡(jiǎn)稱(chēng)VI）這一創(chuàng)新概念，這一概念將儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合起來(lái)，將傳統(tǒng)儀器由硬件實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析處理與顯示功能，改由功能強(qiáng)大的PC機(jī)及顯示器來(lái)完成，儀器功能完全由軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，只要由I/O接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、測(cè)量與調(diào)理，就能完成各種測(cè)試功能的計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器概念的提出使得測(cè)量?jī)x器的功能可以由用戶(hù)根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)軟件來(lái)定義和擴(kuò)展，而不是只能由廠(chǎng)家事先定義且固定不可變更。這樣，用戶(hù)不必購(gòu)買(mǎi)多臺(tái)不同功能的傳統(tǒng)儀器，不必購(gòu)買(mǎi)昂貴的集多種功能于一身的傳統(tǒng)儀器，也不必不斷購(gòu)買(mǎi)新儀器。因?yàn)樘摂M儀器可與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)和其它周邊設(shè)備互聯(lián)，用戶(hù)只需要改變軟件就可以賦予它或擴(kuò)展、增強(qiáng)它

3、的測(cè)量功能。用LabVIEW開(kāi)發(fā)虛擬儀器主要分兩個(gè)部分：前面板的設(shè)計(jì)和框圖程序的編寫(xiě)。前面板的功能等效于傳統(tǒng)測(cè)試儀器的前面板；框圖程序等效于傳統(tǒng)測(cè)試儀器與前面板相聯(lián)系的硬件電路。本文主要介紹怎樣用LabVIEW完成局域網(wǎng)雙機(jī)通信。Abstract: the LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) is the most popular graphical virtual instrument integrated development environment, it is also a powerful pr

4、ogramming language. With the general programming language (such as VB, VC etc.) is different, LabVIEW by flow chart based on graphical programming mode, so also known as the G language (Graphical Language). LabVIEW first proposed the virtual instrument (Virtual Instrument, referred to as VI) the def

5、inition of innovation, the concept of a combination of instrument technology and computer technology, the traditional instrument consists of hardware realization of data processing and display functions, PC and display by the powerful instrument to complete, fully functional by software programming,

6、 as long as the I/O interface equipment acquisition, signal conditioning, computer instrument system can complete a variety of test function. Put forward the concept of virtual instrument makes the measuring instruments can be implemented by the user according to the needs of software designed to de

7、fine and expansion, not only by the factory defined in advance and is fixed and can not be changed. In this way, the user does not have the traditional instrument purchase different function, not the traditional instrument purchase multiple functions of expensive in a body, also does not need to kee

8、p buying new equipment. Because the virtual instrument can be synchronized with the development of computer and network, and other peripheral equipment of the Internet, users only need to change the software can give it or expand it, enhanced measurement function. The development of virtual instrume

9、nt is mainly divided into two parts: written by LabVIEW front panel design and block diagram of the program. Functional equivalent of front panel in the traditional test instrument front panel; the hardware circuit diagram program is equivalent to the traditional test instrument and the front panel

10、connection. This paper mainly introduces how to use LabVIEW to complete the LAN communication. 關(guān)鍵詞：虛擬儀器 雙機(jī)通信 LabVIEWKeywords:virtual instrument communication LabVIEW 1、 虛擬儀器1.1 虛擬儀器的概述 虛擬儀器（Virtual Intrument，簡(jiǎn)稱(chēng)VI）是20世紀(jì)90年代初期出現(xiàn)的一種新型儀器，它在計(jì)算機(jī)的顯示屏上虛擬傳統(tǒng)儀器面板，并盡可能多地將原來(lái)由硬件電路完成的信號(hào)調(diào)理和信號(hào)處理功能，用計(jì)算機(jī)程序來(lái)完成。這種硬件功能的軟

11、件化，是虛擬儀器的一大特征。操作人員在計(jì)算機(jī)顯示屏上用鼠標(biāo)和鍵盤(pán)控制虛擬儀器程序的運(yùn)行，就像操作真實(shí)的儀器一樣，從而完成測(cè)量和分析任務(wù)。 虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)深層次結(jié)合產(chǎn)生的產(chǎn)物，是對(duì)傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是儀器領(lǐng)域內(nèi)的一次革命。虛擬儀器是繼第一代儀器模擬式儀表、第二代儀器分立元件式儀表、第三代儀器數(shù)字式儀器、第四代儀器智能化儀器之后的新一代儀器，代表了當(dāng)前測(cè)試儀器發(fā)展的方向之一。1.2 虛擬儀器的發(fā)展 虛擬器的起源可以追朔到20世紀(jì)70年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國(guó)防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。PC機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在Microsoft公司的Window

12、s誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macintosh計(jì)算機(jī)上推出了LabVIEW2.0以前的版本。對(duì)虛擬儀器和LabVIEW長(zhǎng)期、系統(tǒng)、有效的研究開(kāi)發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認(rèn)的權(quán)威。虛擬儀器從概念的提出到目前技術(shù)的日趨成熟，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)的革命。大致說(shuō)來(lái)，虛擬儀器發(fā)展至今，可以分為三個(gè)階段，而這三個(gè)階段又可以說(shuō)是同步進(jìn)行的。 第一階段:利用計(jì)算機(jī)增強(qiáng)傳統(tǒng)儀器的功能。由于GPIB總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的確立，計(jì)算機(jī)和外界通信成為可能，只需要把傳統(tǒng)儀器通過(guò)GPIB和RS-232同計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，用戶(hù)就可以用計(jì)算機(jī)控制儀器。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能價(jià)格比的不斷上升，用計(jì)算機(jī)控制測(cè)控儀器成為一種趨勢(shì)。這一階段虛擬儀器的

13、發(fā)展幾乎是直線(xiàn)前進(jìn)。 第二階段:開(kāi)放式的儀器構(gòu)成。儀器硬件上出現(xiàn)了兩大技術(shù)進(jìn)步：一是插入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理卡 ( plug-in PC-DAQ )；二是VXI儀器總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的確立。這些新的技術(shù)使儀器的構(gòu)成得以開(kāi)放，消除了第一階段內(nèi)在的由用戶(hù)定義和供應(yīng)商定義儀器功能的區(qū)別。 第三階段:虛擬儀器框架得到了廣泛認(rèn)同和采用。軟件領(lǐng)域面向?qū)ο蠹夹g(shù)把任何用戶(hù)構(gòu)建虛擬儀器需要知道的東西封裝起來(lái)。許多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在硬件和軟件領(lǐng)域以產(chǎn)生，幾個(gè)虛擬儀器平臺(tái)已經(jīng)得到認(rèn)可并逐漸成為虛擬儀器行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)工具。發(fā)展到這一階段，人們也認(rèn)識(shí)到了虛擬儀器軟件框架才是數(shù)據(jù)采集和儀器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵。1.3虛擬儀器的組成 虛擬儀器是

14、計(jì)算機(jī)化儀器，由計(jì)算機(jī)、信號(hào)測(cè)量硬件模塊和應(yīng)用軟件三大部分組成。根據(jù)虛擬儀器所采用的信號(hào)測(cè)量硬件模塊的不同，虛擬儀器可以分為下面幾種形式： (1) PC-DAQ測(cè)試系統(tǒng)：以數(shù)據(jù)采集卡(DAQ卡)、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成的測(cè)試系統(tǒng)。(2) GPIB系統(tǒng)：以GPIB標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成的測(cè)試系統(tǒng)。 (3) VXI系統(tǒng)： 以VXI標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成的測(cè)試系統(tǒng)。 (4) 串口系統(tǒng)：以RS232標(biāo)準(zhǔn)串行總線(xiàn)儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成的測(cè)試系統(tǒng)。 (5) 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)：以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成的測(cè)試系統(tǒng)。其中PC-DAQ測(cè)試系統(tǒng)是最常用的構(gòu)成計(jì)算

15、機(jī)虛擬儀器系統(tǒng)的的形式。目前針對(duì)不同的應(yīng)用目的和環(huán)境，已設(shè)計(jì)了多種性能和用途的數(shù)據(jù)采集卡，包括低速采集板卡、高速采集卡、高速同步采集板卡、圖象采集卡、運(yùn)動(dòng)控制卡等。2、 Labview應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境是設(shè)計(jì)虛擬儀器所必須的軟件工具。編制虛擬儀器軟件時(shí)，有兩種方法：1、傳統(tǒng)的編程方法，采用VC+、VB等高級(jí)語(yǔ)言；另一種則是采用流行的圖形化編程方法，采用NI公司的Labview軟件。Labview是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是美國(guó)國(guó)家儀器公司創(chuàng)新的軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣泛，發(fā)展最快、功

16、能最強(qiáng)的圖形化軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，又稱(chēng)為G語(yǔ)言。Labview作為目前國(guó)際上唯一的編譯型圖形化編程語(yǔ)言，把復(fù)雜、繁瑣、費(fèi)時(shí)的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成用菜單或圖標(biāo)提示的方法選擇功能（圖形），使用線(xiàn)條把各種功能連接起來(lái)的簡(jiǎn)單圖形編程方式。Labview編程環(huán)境主要由啟動(dòng)窗口、控件選板、函數(shù)選板、工具選板、菜單欄、工具欄、項(xiàng)目瀏覽器窗口構(gòu)成。2.1 Labview打開(kāi)面板2.2Labview的前面板2.3 Labview的程序框圖三、 LabVIEW的TCP/IP通信 3.1 TCP/IP概述 Internet中使用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為T(mén)CP/IP協(xié)議集。 TCP(Transfer Control Protoc

17、ol)是TCP/IP協(xié)議集中的隸屬于傳輸層的傳輸控制協(xié)議。IP(Internet Protocol)是Internet網(wǎng)絡(luò)中隸屬于網(wǎng)絡(luò)層的基礎(chǔ)協(xié)議，由IP控制傳輸協(xié)議的協(xié)議單元稱(chēng)為IP數(shù)據(jù)。IP數(shù)據(jù)中含有發(fā)送或接收方的IP地址。IP提供可靠的、無(wú)連接的、具有時(shí)間限制的自動(dòng)重試機(jī)制的數(shù)據(jù)投遞服務(wù)，構(gòu)成了Internet網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。TCP以此為基礎(chǔ)增加了連接管理和確認(rèn)重發(fā)等機(jī)制，向更高層的應(yīng)用程序提供面包連接的、可靠的傳輸服務(wù)。TCP/IP協(xié)議族共分為四層：鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。TCP/IP協(xié)議的傳輸層，包括TCP、UDP協(xié)議，可以被LabVIEW直接應(yīng)用。UDP(User Da

18、tagram Protocol)是TCP/IP中與TCP同層的通信協(xié)議，二者間的不同點(diǎn)在于，UDP直接利用IP進(jìn)行UDP數(shù)據(jù)的傳輸，提供無(wú)連接的、不可靠的數(shù)據(jù)投遞服務(wù)。但是UDP在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流傳輸過(guò)程中有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在TCP對(duì)話(huà)中通過(guò)三次握手建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，雙機(jī)TCP通信的流程圖如圖所示。雙機(jī)TCP通信流程圖在Windows環(huán)境下使用TCP/IP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，需要對(duì)Windows中相關(guān)組件進(jìn)行設(shè)置。3.2 LabVIEW中的TCP功能函數(shù) 在Labview中可以利用TCP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，并且，Labview對(duì)TCP的編程進(jìn)行了高度集成，用戶(hù)通過(guò)簡(jiǎn)單的編程就可以在Labview中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。在L

19、abview中，可以采用TCP節(jié)點(diǎn)，其位于函數(shù)(Functions)選板->"數(shù)據(jù)通信"->"協(xié)議"->"TCP"子選板中，如圖所示四、實(shí)習(xí)目的1. 了解虛擬儀器的發(fā)展及其應(yīng)用。2. 使用LabVIEW實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器。3. 運(yùn)用TCP傳輸數(shù)據(jù)的方式完成服務(wù)器和客戶(hù)端的雙機(jī)通信。5、 實(shí)習(xí)內(nèi)容在兩臺(tái)PC上分別建立客戶(hù)端與服務(wù)器端，由服務(wù)器端采集波形信號(hào)作相應(yīng)處理后可以被客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)。5.1、服務(wù)器程序：1、 首先打開(kāi)LabVIEW2011，點(diǎn)擊到程序框圖，在“函數(shù)選板”-“編程”-“結(jié)構(gòu)”-“while”循環(huán)函數(shù)，插入

20、“while”函數(shù)，并調(diào)整大小。2、 在“函數(shù)選板”-“信號(hào)處理”-“波形生成”-“基本函數(shù)發(fā)生器”，如圖3、插入“波形發(fā)生器”，并右鍵插入“輸入控件”，分別插入“幅值”“頻率”“型號(hào)類(lèi)型”控件，并右鍵取消“顯示為圖標(biāo)”。如圖4、在“函數(shù)選板”-“波形”-“獲取波形成分”，將圖標(biāo)放在“while”循環(huán)中。在“函數(shù)選板”-“編程”-“數(shù)值”-“數(shù)據(jù)操作”中選擇“強(qiáng)制數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)”，放入循環(huán)體內(nèi)。5、在“函數(shù)選板”-“編程”-“字符串”中選擇“字符串長(zhǎng)度”放入循環(huán)體。在“函數(shù)選板”-“數(shù)據(jù)通信”-“協(xié)議”-“TCP”中分別選擇“TCP偵聽(tīng)”“寫(xiě)入TCP數(shù)據(jù)”“關(guān)閉TCP連接”，并將圖標(biāo)放在適當(dāng)?shù)奈恢谩?、 插入“等待時(shí)間”，為“端口”，“循環(huán)條件”，“等待時(shí)間”創(chuàng)建輸入控件，并且取消顯示圖標(biāo)。然后單擊“整理程序框圖”按鈕。得到如圖7、 切換到“前面板”，合理調(diào)制控件位置，在空白處編輯文字，并修飾文字，如圖8、 在“編輯”-“當(dāng)前值設(shè)為默認(rèn)值”，另存為文件到適當(dāng)位置。5.2、客戶(hù)端程序：9、 回到原文件，刪除部分控件，連線(xiàn)。將“TCP偵聽(tīng)”替換為“打開(kāi)TCP連接”，并為其創(chuàng)建“地址”