LabVIEW環境下中子發生器控制臺 上位機程序的設計與實現

杜毅鵬，喬 雙

(東北師范大學物理學院，吉林 長春 130024)

LabVIEW環境下中子發生器控制臺 上位機程序的設計與實現

杜毅鵬，喬 雙

(東北師范大學物理學院，吉林 長春 130024)

在中子發生器控制臺上位機的軟件設計上，采用了LabVIEW虛擬儀器開發環境和方法，實現了中子發生器控制臺上位機與下位機之間的數據傳輸與控制.和傳統的上位機控制界面相比較，其優點是控制程序易于編寫，界面更為友好，測試操作簡單，而且系統穩定性和抗干擾性大為提高.

虛擬儀器；LabVIEW；中子發生器控制臺；上位機

中子發生器是目前中子源最熱門的技術，因其具有中子能量高、單色性好、可控制和使用安全的特點，在石油測井、煤質分析和爆炸物及毒品檢測等方面有著廣泛的應用.[1-2]中子發生器作為電控設備，運行性能、中子產額及其使用的壽命都會由上位機和下位機構成的控制臺加以控制[3].傳統的控制臺主要使用的是機械電位調節，隨著虛擬儀器的不斷發展，LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)在眾多測控軟件中脫穎而出.它是一種圖形化編程軟件，該軟件操作簡單，易上手，且程序的運行效率和穩健性高.可以嵌入許多功能模塊，方便實現虛擬儀器的復雜操作.[4]LabVIEW編寫程序只需從功能模塊中選出不同的函數圖標，進行鏈接.其程序及流程一目了然，適合許多領域儀器開發的要求.本文采用LabVIEW開發環境編寫中子發生器控制臺的上位機程序，實現對中子管的測量和控制，使其人機交互界面更為友好，操作更簡單[5]，對中子管的監測與控制更為直觀.

1 LabVIEW簡介及其應用

LabVIEW是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言.傳統文本編程語言根據語句和指令的先后順序決定程序執行順序，而 LabVIEW 則采用數據流編程方式，程序框圖中節點之間的數據流向決定了VI(虛擬儀器模塊)及函數的執行順序.[5-6]在相同的硬件平臺下，可以通過改變軟件，實現不同的儀器儀表的功能，使用非常方便，充分體現了軟件相當于硬件的嶄新理念.

使用LabVIEW可以進行數據采集、處理與控制，實現儀器設備的硬件與PC機的有效集成，建立自己特殊要求的虛擬儀器系統.在工程應用中，經常需要計算機與儀器之間、計算機之間進行數據通信，其中串行通信是最常用的通信方式.

RS-232協議是國際認可的串口通信協議，而且LabVIEW自己擁有串口操作模塊，所以實現下位機和PC之間的通信非常簡單.

中子管在眾多領域中都有著廣泛的應用，但其內部較為復雜，涉及物理學、電子學、機械工程等交叉學科，并隨著這些學科的發展而發展[7].本文引入LabVIEW編程來處理中子管的控制參數的發送與接收，實時監測中子管工作情況.

2 基于LabVIEW的中子發生器上位機軟件的設計與實現

2.1 LabVIEW實現的總體框架

圖1 LabVIEW上位機測控程序的總體結構

基于LabVIEW的上位機測控程序的總體結構如圖1所示.其中通信模塊負責和下位機進行通信、接收和發送數據.LabVIEW控制界面主要負責給通信模塊發送指令代碼和設置參數，通信模塊接收到指令后會進行識別，最終完成與中子發生器控制臺下位機的互動.

2.2 LabVIEW界面設計

LabVIEW是一種集成的程序開發環境，由美國儀器(NI)公司研制開發，類似于C和BASIC開發環境，但是LabVIEW與其他計算機語言具有顯著區別：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式，并且有一個完成任何編程任務的龐大函數庫.[8]

2.2.1 通信協議

本文采用通用的RS-232通信協議，它是由電子工業協會發布的，適合本地設備之間的通信.其數據接收和發送協議見于表1和2.

表1 LabVIEN上位機數據接收協議

表2 LabVIEN上位機數據發送協議

2.2.2 硬件設計

圖2 上位機與下位機連接示意圖

本文主控制板的核心控制單元為TMS320F2812，它是一款TI公司用于控制的高性能、多功能、高性價比的32位DSP芯片.它與LabVIEW的連接只需一個RS-232串口線，若檢測距離過長，則需要RS-232串口線轉RS-485串口線再轉RS-232.其上位機與下位機連接如圖2所示.

2.2.3 軟件設計

本文主要完成控制臺上位機的軟件設計，其中包括VISA串口配置的初始化、事件中斷的初始化、子VI的初始化，選擇事件結構等，[9]利用事件結構將其聯系在一起.總的流程主線由VISA的串口輸入和錯誤輸入擔當，可以避免系統出現錯誤或者輸入錯誤引起的軟件崩潰的發生.上位機軟件流程如圖3所示.

圖3 上位機程序流程

3 結果分析

3.1 利用虛擬串口的LabVIEW仿真實驗

應用軟件Virtual Serial Port Driver創建虛擬串口，并將其關聯起來，實驗中使用COM8-COM9串口關聯，串口調試助手用于串口的調試，包括發送和接收數據.圖4為LabVIEW發送、接收數據顯示界面，圖5為LabVIEW串口調試助手發送、接收數據界面.

圖4 LabVIEW發送、接收數據顯示界面

圖5 LabVIEW串口調試助手發送、接收數據界面

從仿真實驗可以得出，由LabVIEW仿真界面可以正常接收和發送數據.

3.2 與控制臺下位機結合的通信實驗

先將下位機與PC機通過串口線連接起來，上電起動運行，上位機測控數據如圖6所示.經過長時間的運行，證明我們開發的中子發生器控制臺的操控性、穩定性達到了現場使用的要求.

圖6 控制臺上位機工作界面

4 結束語

隨著工業的發展，傳統的大型核反應堆越來越不適合民用生產.中子發生器由于具有小型化、價格低、產額高、產生與關閉的可控性等特點，在工業、醫療、國防等領域得到了廣泛應用.為了進一步提高中子發生器的操控性，本文將強大的LabVIEW程序設計技術引入到中子發生器控制臺上位機程序的開發中.

在中子發生器控制臺上位機的軟件設計上，采用了LabVIEW虛擬儀器開發環境和方法，實現了中子發生器控制臺上位機與下位機之間的數據傳輸與控制.和傳統的上位機控制界面相比較，其優點是控制程序易于編寫，界面更為友好，測試操作簡單，而且系統穩定性和抗干擾性大為提高.

[1] 喻坪.中子發生器控制臺自動化研究[D].長春：東北師范大學，2010：4-8.

[2] 李永杰.中子發生器控制臺的設計與實現[D].長春：東北師范大學，2012：8-11.

[3] 周大立，張洋，喬雙.藍牙技術在中子發生器控制臺中的應用[J].東北師大學報(自然科學版)，2015，47(2)：72-74.

[4] 李紅剛，張素萍.基于單片機和LabVIEW的多路數據采集系統設計[J].國外電子測量技術，2014，33(4)：62-64.

[5] 鐘紹俊.可編程控制器與LabVIEW的通訊實現[J].微計算機信息，2003，19(3)：19-20.

[6] 張力，晏紅.基于LabVIEW串口通訊的虛擬數字電壓表的設計[J].三峽大學學報(自然科學版)，2010，32(2)：82-83.

[7] 蘇桐齡.強流中子發生器及其應用[J].核技術，1989，12(8/9)：553-556.

[8] 張黎，蔡亮.基于LabVIEW的虛擬信號發生器的設計與實現[J].國外電子測量技術，2014，33(1)：82-83.

[9] 許美玲，李春茂，朱俊峰，等.基于LabVIEW串口通訊的多路數據采集系統[J].機械與電子，2010，7(1)：172-174.

(責任編輯：石紹慶)

TheLabVIEWenvironmentneutrongeneratorconsolePCprogramdesignandimplementation

DU Yi-peng，QIAO Shuang

(School of Physics，Northeast Normal University，Changchun 130024，China)

In the neutron generator console PC software design，using the LabVIEW virtual instrument development environment and method，has realized the neutron generator console data transmission between upper machine and lower machine and control.Compared with the traditional PC control interface，its advantage is easy to write control program，more friendly interface，test the operation is simple，and the system stability and anti-interference is greatly improved.

virtual instrument；LabVIEW；the neutron generator console；upper machine

1000-1832(2017)03-0088-04

10.16163/j.cnki.22-1123/n.2017.03.019

2015-12-07

國家自然科學基金資助項目(11275046，11305034)；國家重大科學儀器設備專項基金資助項目(2013YQ040861).

杜毅鵬(1993—)，男，碩士研究生；喬雙(1963—)，男，博士，教授，主要從事核電子學、嵌入式應用、圖像處理與模式識別研究.

TN 919 [學科代碼] 140·50

A