LabVIEW环境下中子发生器控制台 上位机程序的设计与实现

杜毅鹏，乔 双

(东北师范大学物理学院，吉林 长春 130024)

LabVIEW环境下中子发生器控制台 上位机程序的设计与实现

杜毅鹏，乔 双

(东北师范大学物理学院，吉林 长春 130024)

在中子发生器控制台上位机的软件设计上，采用了LabVIEW虚拟仪器开发环境和方法，实现了中子发生器控制台上位机与下位机之间的数据传输与控制.和传统的上位机控制界面相比较，其优点是控制程序易于编写，界面更为友好，测试操作简单，而且系统稳定性和抗干扰性大为提高.

虚拟仪器；LabVIEW；中子发生器控制台；上位机

中子发生器是目前中子源最热门的技术，因其具有中子能量高、单色性好、可控制和使用安全的特点，在石油测井、煤质分析和爆炸物及毒品检测等方面有着广泛的应用.[1-2]中子发生器作为电控设备，运行性能、中子产额及其使用的寿命都会由上位机和下位机构成的控制台加以控制[3].传统的控制台主要使用的是机械电位调节，随着虚拟仪器的不断发展，LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)在众多测控软件中脱颖而出.它是一种图形化编程软件，该软件操作简单，易上手，且程序的运行效率和稳健性高.可以嵌入许多功能模块，方便实现虚拟仪器的复杂操作.[4]LabVIEW编写程序只需从功能模块中选出不同的函数图标，进行链接.其程序及流程一目了然，适合许多领域仪器开发的要求.本文采用LabVIEW开发环境编写中子发生器控制台的上位机程序，实现对中子管的测量和控制，使其人机交互界面更为友好，操作更简单[5]，对中子管的监测与控制更为直观.

1 LabVIEW简介及其应用

LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言.传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而 LabVIEW 则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI(虚拟仪器模块)及函数的执行顺序.[5-6]在相同的硬件平台下，可以通过改变软件，实现不同的仪器仪表的功能，使用非常方便，充分体现了软件相当于硬件的崭新理念.

使用LabVIEW可以进行数据采集、处理与控制，实现仪器设备的硬件与PC机的有效集成，建立自己特殊要求的虚拟仪器系统.在工程应用中，经常需要计算机与仪器之间、计算机之间进行数据通信，其中串行通信是最常用的通信方式.

RS-232协议是国际认可的串口通信协议，而且LabVIEW自己拥有串口操作模块，所以实现下位机和PC之间的通信非常简单.

中子管在众多领域中都有着广泛的应用，但其内部较为复杂，涉及物理学、电子学、机械工程等交叉学科，并随着这些学科的发展而发展[7].本文引入LabVIEW编程来处理中子管的控制参数的发送与接收，实时监测中子管工作情况.

2 基于LabVIEW的中子发生器上位机软件的设计与实现

2.1 LabVIEW实现的总体框架

图1 LabVIEW上位机测控程序的总体结构

基于LabVIEW的上位机测控程序的总体结构如图1所示.其中通信模块负责和下位机进行通信、接收和发送数据.LabVIEW控制界面主要负责给通信模块发送指令代码和设置参数，通信模块接收到指令后会进行识别，最终完成与中子发生器控制台下位机的互动.

2.2 LabVIEW界面设计

LabVIEW是一种集成的程序开发环境，由美国仪器(NI)公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言具有显著区别：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式，并且有一个完成任何编程任务的庞大函数库.[8]

2.2.1 通信协议

本文采用通用的RS-232通信协议，它是由电子工业协会发布的，适合本地设备之间的通信.其数据接收和发送协议见于表1和2.

表1 LabVIEN上位机数据接收协议

表2 LabVIEN上位机数据发送协议

2.2.2 硬件设计

图2 上位机与下位机连接示意图

本文主控制板的核心控制单元为TMS320F2812，它是一款TI公司用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位DSP芯片.它与LabVIEW的连接只需一个RS-232串口线，若检测距离过长，则需要RS-232串口线转RS-485串口线再转RS-232.其上位机与下位机连接如图2所示.

2.2.3 软件设计

本文主要完成控制台上位机的软件设计，其中包括VISA串口配置的初始化、事件中断的初始化、子VI的初始化，选择事件结构等，[9]利用事件结构将其联系在一起.总的流程主线由VISA的串口输入和错误输入担当，可以避免系统出现错误或者输入错误引起的软件崩溃的发生.上位机软件流程如图3所示.

图3 上位机程序流程

3 结果分析

3.1 利用虚拟串口的LabVIEW仿真实验

应用软件Virtual Serial Port Driver创建虚拟串口，并将其关联起来，实验中使用COM8-COM9串口关联，串口调试助手用于串口的调试，包括发送和接收数据.图4为LabVIEW发送、接收数据显示界面，图5为LabVIEW串口调试助手发送、接收数据界面.

图4 LabVIEW发送、接收数据显示界面

图5 LabVIEW串口调试助手发送、接收数据界面

从仿真实验可以得出，由LabVIEW仿真界面可以正常接收和发送数据.

3.2 与控制台下位机结合的通信实验

先将下位机与PC机通过串口线连接起来，上电起动运行，上位机测控数据如图6所示.经过长时间的运行，证明我们开发的中子发生器控制台的操控性、稳定性达到了现场使用的要求.

图6 控制台上位机工作界面

4 结束语

随着工业的发展，传统的大型核反应堆越来越不适合民用生产.中子发生器由于具有小型化、价格低、产额高、产生与关闭的可控性等特点，在工业、医疗、国防等领域得到了广泛应用.为了进一步提高中子发生器的操控性，本文将强大的LabVIEW程序设计技术引入到中子发生器控制台上位机程序的开发中.

在中子发生器控制台上位机的软件设计上，采用了LabVIEW虚拟仪器开发环境和方法，实现了中子发生器控制台上位机与下位机之间的数据传输与控制.和传统的上位机控制界面相比较，其优点是控制程序易于编写，界面更为友好，测试操作简单，而且系统稳定性和抗干扰性大为提高.

[1] 喻坪.中子发生器控制台自动化研究[D].长春：东北师范大学，2010：4-8.

[2] 李永杰.中子发生器控制台的设计与实现[D].长春：东北师范大学，2012：8-11.

[3] 周大立，张洋，乔双.蓝牙技术在中子发生器控制台中的应用[J].东北师大学报(自然科学版)，2015，47(2)：72-74.

[4] 李红刚，张素萍.基于单片机和LabVIEW的多路数据采集系统设计[J].国外电子测量技术，2014，33(4)：62-64.

[5] 钟紹俊.可编程控制器与LabVIEW的通讯实现[J].微计算机信息，2003，19(3)：19-20.

[6] 张力，晏红.基于LabVIEW串口通讯的虚拟数字电压表的设计[J].三峡大学学报(自然科学版)，2010，32(2)：82-83.

[7] 苏桐龄.强流中子发生器及其应用[J].核技术，1989，12(8/9)：553-556.

[8] 张黎，蔡亮.基于LabVIEW的虚拟信号发生器的设计与实现[J].国外电子测量技术，2014，33(1)：82-83.

[9] 许美玲，李春茂，朱俊峰，等.基于LabVIEW串口通讯的多路数据采集系统[J].机械与电子，2010，7(1)：172-174.

(责任编辑：石绍庆)

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

国家自然科学基金资助项目(11275046，11305034)；国家重大科学仪器设备专项基金资助项目(2013YQ040861).

杜毅鹏(1993—)，男，硕士研究生；乔双(1963—)，男，博士，教授，主要从事核电子学、嵌入式应用、图像处理与模式识别研究.

TN 919 [学科代码] 140·50

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