基于LabVIEW的大坝健康监测系统设计与实现毕业设计论文

常州信息职业技术学院

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学生毕业设计（论文）报告

系 别： 电子与电气工程学院

专 业： 电气自动化技术

班 号： 电气104

设计（论文）题目：基于LabVIEW的大坝健康监测系统

设 计 地 点： 常州安速诺自控设备有限公司

设计与实现

常州信息职业技术学院

毕业设计（论文）任务书

专业 电气自动化技术 班级 电气104 姓名 郑泽群

实践单位名称： 常州安速诺自控设备有限公司 实践岗位名称： LabVIEW助理工程师

岗位职责： 协助工程师开发上位机程序，编写程序说明文档。

岗位能力要求： 熟练使用LabVIEW软件，熟悉数据库应用，熟悉LabVIEW基本框架结构。

一、课题名称： 基于LabVIEW的大坝健康监测系统设计与实现

二、主要技术指标（或基本要求）： 应用LabVIEW软件平台作为上位机，应用倾斜仪传感器采集

坝体变形数据，应用DA10R数据采集模块实现数据采集并实现数据的信号调理和A/D转换，485/232

转换模块传输数据给PC机。

三、主要工作内容： 本系统建立在LabVIEW平台上，主要采用了两种通信模式。大坝的变形状

况通过倾斜仪监测将测量的数据传给DA10R数据模块，由DA10R模块实现数据的信号调理和A/D

转换。最后由LabVIEW软件处理数据，实现对大坝现场数据的分析、显示、监测和预警。

四、主要参考文献：

[l] 陈文燕, 朱林, 王文韬. 大坝安全监测的现状与发展趋势[J], 电力环境保护, 2009, 25(6):38-42.

[5] 王定远, 胡吉朝, 李媛. 基于MScomm32和LabVIEW的串口通信技术[J], 国外电子测量技术,

2006, 25(4).

[7] 姜志廷. WinsockActiveX 控件在网络程序中的应用[J], 赤峰学院学报(自然科学版), 2007,

23(1)75-76.

[13] 李文涛. LabVIEW数据库访问技术的实现及应用[J], 工矿自动化期刊, 2012.3(3).

[14] 秦益霖, 李晴. 虚拟仪器应用技术项目教程[M], 中国铁道出版社, 2010.6.

[15] 阮奇帧. 我和LabVIEW[M], 北京航空航天大学出版社, 2009.9.

学 生（签名） 年 月 日

指 导 教师（签名） 年 月 日

教研室主任（签名） 年 月 日

系 主 任（签名） 年 月 日

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毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目

基于LabVIEW的大坝健康监测系统设计与实现

一、选题的背景和意义：

大坝坝体的变形监测工作是获取大坝健康信息的最直接、最重要的方式之一,因此,对变形监

测资料的深入分析工作,不仅仅是相关规范的要求,更是人们认清大坝变形规律、发现大坝安全隐

患的重要信息来源之一,并为后续监测工作提供指导意义。

二、课题研究的主要内容：

◆ 主程序采用生产者与消费者架构，程序采用模块化设计，方便移植和再次开发；

◆ 主界面采用个性化定制，操作简单，交互友好；

◆ 硬件采用倾斜仪对坝体的变形程度进行监测，采用数据适配器对采集的数据进行管理和保存；

◆

通过串口通信技术实现对下位机数据采集；

◆ 作品重点考虑了安全防范报警设计，可实现报警位置定位、用户密码登录等功能；

三、主要研究（设计）方法论述：

通过查资料了解LabVIEW软件串口应用。了解LabVIEW软件中图表函数、生产者与消费

者架构、子函数的生成与调用、自定义控件、函数和控件的属性应用，DA10R数据采集模块的原

理，485/232转换模块的数据传输原理。硬件平台串口通信的搭建，如下图：

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四、设计（论文）进度安排：

时间（迄止日期） 工 作 内 容

2012-12-25--------2013-1-6

2013-1-7-----------2013-1-15

2013-1-16--------- 2013-2-31

2013-2-1-----------2013-2-15

2013-2-15----------2013-3-1

2013-3-2-----------2013-4-10

2013-4-11----------2013-4-25

2013-4-26----------2013-5-10

2013-5-11----------2013-6-9

五、指导教师意见：

指导教师签名： 年 月 日

六、系部意见：

系主任签名： 年 月 日

选择课题名称

查阅文献、收集资料

系统框架设计、硬件原理学习

软件仿真程序设计

串口通信程序学习与编辑

硬件实时程序设计

主程序设计

程序优化和调试、程序包装和美化

毕业设计报告撰写与答辩

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基于LabVIEW的大坝健康监测系统设计与实现

目录

摘 要

Abstract

第1章 前言 ........................................................................................................................... 1

第2章 大坝健康监测的现状及趋势 ................................................................................... 2

2.1大坝健康监测的基本介绍 .............................................................................................. 2

2.1.1影响大坝健康的因素................................................................................................ 2

2.1.2大坝健康监测的内涵和意义.................................................................................... 2

2.2大坝健康的现状及趋势 .................................................................................................. 3

2.2.1大坝健康监测中的自动化技术应用........................................................................ 3

2.2.2大坝健康监测的趋势................................................................................................ 5

第3章 虚拟仪器技术与LabVIEW .................................................................................... 6

3.1虚拟仪器技术 .................................................................................................................. 6

3.1.1虚拟仪器技术组成.................................................................................................... 6

3.1.2虚拟仪器的分类........................................................................................................ 7

3.1.3虚拟仪器与传统仪器的比较.................................................................................... 8

3.2LabVIEW简介 ................................................................................................................. 9

3.2.1LabVIEW概述 ........................................................................................................... 9

3.2.2LabVIEW特点 ........................................................................................................... 9

3.2.3LabVIEW应用领域 ................................................................................................. 10

第4章 系统的整体设计 ..................................................................................................... 12

4.1大坝健康监测系统功能模块 ........................................................................................ 12

4.2大坝健康监测系统主要特性 ........................................................................................ 12

第5章 系统的软硬件设计 ................................................................................................. 14

5.1大坝健康监测系统硬件及其参数 ................................................................................ 14

5.2大坝健康监测系统软件设计 ........................................................................................ 14

5.2.1系统登入界面设计.................................................................................................. 15

5.2.2系统仿真界面设计.................................................................................................. 17

5.2.3系统实时监测设计.................................................................................................. 18

5.2.3.1通信设备模块 ................................................................................................... 19

5.2.3.2时间设置模块 ................................................................................................... 24

5.2.3.3地址设置模块 ................................................................................................... 24

5.2.3.4历史数据模块 ................................................................................................... 25

5.2.4系统退出界面设计.................................................................................................. 26

5.3大坝健康监测系统通信设计 ........................................................................................ 27

5.3.1串口通信模式.......................................................................................................... 27

5.3.2GPRS无线通信模式................................................................................................ 28

第6章 结束语 ..................................................................................................................... 30

参考文献

答谢辞

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摘 要

随着计算机和软件技术的发展，虚拟仪器正在逐渐成为测试领域的发展方向，采用

虚拟仪器实现建筑工程的变形、渗漏、内部、环境量等的监测与分析也成为建筑工程安

全监测的发展趋势。

建筑工程包括如大坝、桥梁、路面、摩天大楼等等，监测的方面也非常之多，为了

解决建筑工程安全监测问题，不仅仅需要有精确的监测数据，还需要有非常及时的数据

时效性。单从大坝健康监测来说，由于大坝现场的环境复杂以及工程规模比较庞大。因

此，在大坝现场的健康测试中，迫切需要低成本、高精度、高时效,同时能够实现远程

智能的监控系统。

为此，本课题研究开发了以PC为硬件平台、以美国国家仪器（NI）公司开发的

LabVIEW软件为开发平台，配备必须的传感器、远程通信设备组成的大坝健康监测系

统。采用虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW组建的大坝健康监测系统，不仅可以减少

监测过程中硬件设备的使用，同时能够让监测画面更美观与操作方便，大大降低成本和

提升操作系统价值。

关键词：远程监测；大坝健康；LabVIEW

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Abstract

With the development of computer and software, virtual instrument has become the

developing direction of the field test, monitoring and analysis of the realization of virtual

instrument engineering deformation, epage, internal, environmental capacity has become

the development trend of safety monitoring in construction engineering.

Construction engineering such as dam, bridge, road, skyscrapers and so on, monitoring

is also very much, in order to solve the problem of safety monitoring of building engineering,

not only need to have monitoring data accurate, also need to have data timeliness very timely.

From the dam health monitoring, the dam site environment is complicated and huge

engineering scale. Therefore healthy testing in the dam site, urgent need for low cost, high

precision, high efficiency, and can realize remote intelligent monitoring system.

Therefore, the rearch and development bad on PC as hardware platform, with the

United States National Instruments ( NI ) company developed the LabVIEW software as a

development platform, the dam healthy monitoring system compod of nsors, must be

equipped with remote communication equipment. The dam healthy monitoring system of

virtual instrument graphical programming language LabVIEW established, not only can

reduce the u of hardware equipment in the process of monitoring, at the same time can

make the monitoring picture is more beautiful and convenient in operation, greatly reduce the

cost and improve the operating system value.

Keywords: Remote monitoring；Dam healthy；LabVIEW

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第1章 前言

中国的大坝的数量居世界首位，但是，这些大坝经持续渗流、溶蚀、冲刷、

动融等有害作用，还有可能受到超标准的洪水和大地震的破坏，筑坝材料的老化，

大坝承受水压力、渗压力等巨大载荷的能力不断降低，一些大坝的病险情况较为

严重，难以保证大坝的健康运行，影响了大坝综合效益的发挥，也严重威胁着人

民生命财产安全。为了确保大坝的健康运行，充分发挥水利水电工程的预期效益，

对大坝实施健康监测和科学管理，已成为一个迫切需要解决的重大问题。

大坝健康监测范围，包括坝体、坝基、坝肩，以及对大坝健康有重大影响的

近坝区岸坡和其它与大坝健康有直接关系的建筑物和设备，一般大坝健康监测系

统，包括变形监测、渗漏监测、内部监测、环境量监测等。

大坝坝体的变形监测工作是获取大坝安全信息的最直接、最重要的方式之一，

因此，对变形监测数据的深入分析工作，不仅仅是相关规范的要求，更是人们认

清大坝变形规律、发现大坝安全隐患的重要信息来源之一，并为后续监测工作提

供指导意义。

本系统建立在LabVIEW平台上，主要通过串口通信和GPRS无线通信两种通

信模式，实现对大坝现场传感器数据的采集。通过对数据的分析和显示，查看坝

体表面变形（表面沉降，横向、纵向水平位移）、内部变形（深层沉降，横向、纵

向水平位移）等数据，实现监测、预警等功能。

串口通信模式，主要用于大坝现场的数据采集、分析，适于近距离的数据传

输；GPRS无线通信模式则适于远距离、无线数据采集、分析。此外本系统还设置

了在线定时、脱机采集、软件仿真等模块，可以实现“无人监测”、“远距离监

测”，实现大坝健康监测系统的网络化、智能化。

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第2章 大坝健康监测的现状及趋势

众所周知，大坝是调控水资源时空分布、优化水资源配置的重要工程措施，

也是江河防洪工程体系的重要组成部分。随着世界各国水利、水电事业的发展，

水库大坝的安全问题也越来越突出。据水利部2008年统计，我国大中型水库大坝

健康达标率仅为64. 1%，病险率约占36%，其中大中型水库的病险率接近30%，小

型水库的病险率则更高。因此，大坝健康监测受到了高度的关注和重视。

2.1大坝健康监测的基本介绍

2.1.1影响大坝健康的因素

据国际大坝会议“关于水坝和水库恶化”小组委员会记录了1100座大坝失事

实例，从1950年至1975年大坝失事的概率和成因分析得出大坝失事的频率和成因，

见下表2-1：

表2-1 大坝失事成因及概率

导致大坝失事的原因很多，涉及范围也很广，但大致可以分成三类：第一类

是由于设计、施工阶段的缺陷和隐患所引起，一旦大坝建成就已确定，如设计洪

水位偏低、混凝土标号过低、未充分考虑地震荷载等；第二类是运行、管理过程

中逐步形成的，有一个从量变到质变的发展过程，如冲刷、侵蚀、混凝土老化、

金属结构锈蚀等；第三类是上述两类的混合情况，即设计、施工的不完善在运行

中得不到修正，随着时间的推移和运行管理的不力，使设计、施工中的隐患在复

杂的运行环境下发展为破坏。

2.1.2大坝健康监测的内涵和意义

大坝健康监测是人们了解大坝运行状态和安全状况的有效手段和方法。监测

工作包括现场巡检和采用仪器设备进行数据采集和分析判断大坝的安全性能。健

康监测的目的在于保障大坝安全、高效运行。

大坝健康监测的意义在于：

（1） 有助于认识各种观测量的变化规律和成因机理，确保大坝安全。

（2） 有助于检验大坝设计和施工状况。

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（3） 能为大坝除险加固设计和大坝调度维修保养提供依据。

（4） 能为水利科学实验研究提供宝贵的原型观测资料，推动大坝工程理论的

发展。

2.2大坝健康的现状及趋势

20世纪以来，相继发生了美国Teton土石坝、法国Malpast拱坝、意大利Vajaut

拱坝、我国板桥和石漫滩等水库的跨坝事件，给相关的国家带来了惨重的灾害和

巨大的经济损失，引起了人们对大坝健康监测的高度重视。20世纪70年代后期，

随着微电子技术、计算机技术和通讯技术的发展，大坝健康监测技术及相关研究

也得到了迅速的发展；80年代末至90年代初，大坝健康自动化监测技术有了实质

性的发展，并趋于成熟化和实用化。我国大坝健康监测工作起步相对较晚，开始

于20世纪50年代；到80年代，总体水平有了很大提高，实现了自动化遥测；90年

代后大坝健康监测技术发展较快，许多水库和水电站都完成了自动化监测系统的

安装和改造。

大坝健康监测的主要项目有变形监测、渗流监测、应力应变监测、温度监测

和大坝周围环境监测等。由于变形监测能直观地反映大坝运行性态，许多大坝性

态出现异常，最初都是通过变形监测值出现异常得到反映的，因此变形监测项目

列为大坝健康监测的首选监测项目。

2.2.1大坝健康监测中的自动化技术应用

随着科学技术的不断进步以及大坝健康监测研究的不断深入，大坝监测的自

动化技术得到了很快的发展，见下表2-2：

表2-2 大坝健康监测发展历程

（1） 光纤传感技术

光导纤维是以不同折射率的石英玻璃包层及石英玻璃细芯组合而成的一种新

型纤维。它使光线的传播以全反射的形式进行，能将光和图像曲折传递到所需要

的任意空间。光纤传感技术是以激光作载波，光导纤维作传输路径来感应、传输

各种信息。凡是电子仪器能测量的物理量，它几乎都能测量，如位移、压力、流

量、液面、温度等。20世纪80 年代中、后期，国外开始了将其应用于测量领域的

理论研究，美国、德国、加拿大、奥地利、日本等国已将其应用于裂缝、应力、

应变、振动等方面的观测。国内从1990 年开始在应用理论研究上有了较快发展，

针对大坝监测研究的几种光纤传感系统已获得专利权。该技术适用于坝体的温度、

裂缝、应力变、水平及垂直位移的测量，监测关键部位的坝体形变。尤其可以替

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代高雷区、强磁场区或潮湿地带的电子仪器。随着在工程应用中的不断改进，光

纤传感技术在大坝监测以至其他土木工程中将得到更加广泛的应用。

（2） CT (Computerized Topography，计算机层析成像)技术

CT指在不破坏物体结构的前提下，根据在物体周边所获取的某种物理量(如波

速、X射线光强)的1D投影数据，运用一定的数学方法，通过计算机处理，重建物

体特定层面上的2D图像以及依据一系列上述2D图像而构成3D图像的技术。最初应

用于医学领域，随后意大利、日本先后将CT技术用于大坝性态诊断，有效地进行

了大坝安全检查及工程处理效果验证。通过大坝CT技术的应用，可以掌握坝址地

质构造，推测断层破碎带分布、范围和程度等。CT技术在坝体的选址、施工和运

营期间可以发挥重大作用，既减少了仪器设备的复杂性，又提高了大坝的安全程

度。

（3） 激光技术

近年来,激光技术作为一种简便、高效的测量方式成功地用于大坝坝体和廊道

监测。它提高了探测的灵敏度范围，减少了作业条件限制，克服了一定的外界干

扰。较为典型的如西安交通大学开发的新型激光大坝安全监测方法，该方法是在

大坝的坝肩基点设置一准直激光，射向大坝的各个坝段，在每一个坝段安装一套

与坝段固定成一体的密封管道式可控检测系统。测量时，光斑偏离检测系统中的

毛玻璃中心，说明坝段发生偏移。通过数学模型运算可测定大坝的变形量，对于

较长的大坝，还可分段使用该系统，整个系统还能实现激光准直的自校验，保证

大坝变形自动化监测高精度要求，并且在保证监测精度的前提下，解决了长距离

监测，特别是800m以上大坝监测的技术难题。

（4） 非连续形变分析(DDA)法

DDA法是由美籍华人科学家石耿华提出的。该法可以计算模型中具有多条断

裂的情况，以重积分计算法从理论上解决了复杂模型受力后的形变计算。但因计

算过于繁琐，模型中断裂的设置又不能一次成功，计算方案需要不断修改，故很

难在实际应用中推广。陈光齐研制的TDDA ( Tool of DDA)，以数值计算方法，利

用逐次迭代，不断调整模型,使计算结果与观测数据达到基本相符时迭代终止，解

决了这个难题。将TDDA法应用于大坝监测，对大坝安全性研究有很大的改进。将

TDDA的数据分析编制为计算机软件，建立数据库与多媒体系统，对加强大坝安全

评估专家系统的开发、研究，实现监测系统的一体化有着重大意义。

（5） GPS变形监测技术

全球定位系统GPS是美国国防部研制组建的新一代精密卫星导航定位系统，用

于测定全球目标的空间三维坐标和授时。GPS具有速度快、精度高、全天候等优点，

除在飞行器导航成功应用外，还在大地测量、精密工程测量、地壳形变监测等领

域得到成功应用。GPS大坝变形监测主要用于测定水平位移、垂直位移(沉陷)。通

常在大坝两岸不受坝体变形影响的地方设置GPS基准站(通过国家精密大地控制网

和天文水准测定并转换为WGSO84参考坐标下)，在大坝上合理布置几个位移观测

点,然后在各点架设GPS接受机进行接受GPS卫星信号，通过传输网络把各点的GPS

数据送到中心服务器结合基准站已知的坐标进行GPS网平差，得出位移观测点的空

间三维坐标，两历元(周期)的空间三维坐标之差就是大坝相对水平位移、垂直位

移(沉陷)。

综上所述，大坝安全监测技术已由传统监测技术转向多学科相融合的自动化

监测技术，自动化、数字化、专家评判结构一体化和效益化是大坝安全监测发展

的必然方向。

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2.2.2大坝健康监测的趋势

（1） 多天线GPS大坝变形自动监测系统

GPS技术在大坝变形监测应用中，需在每一个变形观测点和大坝两岸GPS基准

站上各安置1台永久GPS接收机，造成GPS硬件设备的购置费用非常高，从而限制

了GPS技术在大坝变形监测应的应用。文献《多天线GPS自动变形监测系统》研制

成功了1个GPS多天线转换开关，将多个GPS天线与1台GPS接收机相连接，通过该

开关的逐个切换，分时接受各个观测点的GPS天线信号并将该信号传输到GPS数据

处理中心进行多历元、多测站、多卫星的GPS网平差。考虑到监测系统的安全性和

可靠性，较为合理的方案是大坝两岸GPS基准站上各安置1台永久GPS接收机，坝

体所有变形观测点安置1台多天线GPS接收机系统。

（2） 多种卫星导航定位系统组合的大坝变形自动监测系统

GPS是由美国国防部研制和管理，其定位精度受到美国军方的人为控制和干

扰，从而限制了GPS技术在大坝变形监测中的应用。文献《GPS与GLONASS组合

测量及变形监测数据处理研究》采用美国GPS与俄罗斯GLONASS卫星导航定位系

统组合成功的进行了变形监测，但后者由俄罗斯军方研制和管理。我国现已成功

的开发和应用北斗卫星导航定位系统并且加入了欧洲民用GAL IL EO卫星导航定

位系统计划，因此以GPS为基础，联合GLONASS、北斗卫星导航定位系统、GAL

IL EO等多种卫星导航定位系统是提高和保证大坝变形自动监测系统安全和精度

的主要措施之一。

（3） 多传感器智能数据融合的大坝变形自动监测系统

为了大坝工作的安全，通常采用的变形监测系统既有电感、电容、电阻等电

气式传感器，还有光纤传感器的综合应用，并且可加入全站仪、GPS接收机(全站

仪、GPS接收机可以认为是测量空间坐标的传感器)。这些传感器接受的数据有相

关或不相关、冗余、相容或不相容、量大等特点，如何有效处理这些数据是现在

必须考虑的问题。可喜的是，人工智能、专家系统、数据融合、小波分析和神经

网络等数据处理技术的发展，能够较好地解决这些问题。将这些新的数据处理技

术应用到大坝变形监测系统，就是多传感器智能数据融合的大坝变形自动监测系

统。

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第3章 虚拟仪器技术与LabVIEW

3.1虚拟仪器技术

虚拟仪器技术首先由NI（National Instruments）公司提出，它是以计算机软、

硬件技术为核心，以自动控制技术、传感器技术、现代通信处理技术、现代网络

技术、数值分析技术为支撑，以各专业学科为应用背景的现代测试技术。

3.1.1虚拟仪器技术组成

虚拟仪器技术主要由三大部分组成：高效软件、模块化I/0硬件以及用于集成

的软/硬件同步平台。

图3-1 虚拟仪器技术组成

一个典型的虚拟仪器系统通常由以下几个部分组成：被测单元、信号调理设

备、各类采集板卡以及计算机软/硬件平台等。

图3-2 虚拟仪器系统的组成

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3.1.2虚拟仪器的分类

虚拟仪器随着计算机的发展和采用总线方式的不同，大致可分为七种类型：

（1） PC总线——插卡型虚拟仪器

这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如LabVIEW相结

合。LabVIEW/CVI是基于文本编程的程序员提供高效的编程工具，通过三种编程

语言 Visual C++,Visual Basic, Labviews/cvi构成测试系统。它充分利用计算机的总

线、机箱、电源及软件的便利，但是受 PC机机箱和总线限制，且有电源功率不

足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏

蔽等缺点。

（2） 并行口式虚拟仪器

新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在

一个采集盒内。仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种测量测试仪器的功能，

可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪、任意波形发生器、频率计、

数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据采集器。

（3） GPIB总线方式的虚拟仪器

GPIB技术的出现使电子测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发

展，典型的GPIB系统由PC机、GPIB接口卡和若干台 GPIB形式的仪器通过GPIB

电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口可带多达 14台仪器，电缆长度可

达40米。GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作

方式，可以很方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。GPIB测量系统的

结构和命令简单。

（4） VXI总线方式虚拟仪器

VXI总线是一种高速计算机总线 VME总线在VI领域的扩展，它具有强有力

的冷却能力和严格的 RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能

力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，很快得到

广泛的应用。经过十多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，尤其是组

建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。有其他仪器无法比

拟的优势。

（5） PXI总线方式虚拟仪器

PXI总线方式是 PCI总线内核技术增加了成熟的技术规范和要求形成的，增

加了多板同步触发总线的技术规范和要求形成的，以使用与相邻模块高速通讯的

局部总线。PXI有高度可扩展性。PXI具有8个扩展槽，而台式PCI系统只有3-4

个扩展槽，通过使用PCI—PCI桥接器，可扩展到256个扩展槽，台式 PC的性能

价格比和 PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平

台。

（6） 外挂式串行总线虚拟仪器

外挂式虚拟仪器系统是廉价型虚拟仪器测试系统的主流。这类虚拟仪器利用

RS—232、USB和1394等目前计算机提供的一些标准总线，可以解决基于PCI总

线的虚拟仪器在插卡时都需要打开机箱等操作不便以及PCI插槽有限的问题。同

时，因为测试信号直接进入计算机，所以各种现场的测试信号对计算机的安全造

成很大威胁。而且，计算机内部的强电磁干扰对测试信号也会造成很大影响。

RS—232主要用于对仪器的控制。目前应用较多的是得到广泛支持的USB，

但是USB也只限于用在较简单的测试系统中。用虚拟仪器组建自动测试系统，更

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有前途的是采用IEEE1394串口总线，因为这种高速串行总线，能够以200Mbit/s

或400Mbit/s的速率传送数据。

外挂式串行总线虚拟仪器由于具有传输速度快、可以热插拔、连机使用方便

等特点，所以它将成为有巨大发展前景和广泛市场的未来虚拟仪器的主流平台。

（7） 网络化虚拟仪器

工业现场总线、工业以太网和Internet为共享测试系统资源提供了支持。工业

现场总线是一个网络通信标准，它使得不同厂家的产品通过通信总线使用共同的

协议进行通信。现在，各种现场总线在不同行业均有一定应用；工业以太网也有

望进入工业现场，应用前景广阔；Internet已经深入到各行各业乃至千家万户。通

过Web浏览器可以对测试过程进行观测，可以通过Internet操作仪器设备，能够方

便地将虚拟仪器组成网络。利用网络技术将分散在不同地理位置、不同功能的测

试设备联系在一起，从而使昂贵的硬件设备、软件资源在网络上得以共享，减少

了设备重复投资。现在，有关MCN(measurement and control network)方面的标准已

经取得了一定进展。

3.1.3虚拟仪器与传统仪器的比较

虚拟仪器的概念是相对于传统仪器提出的，表3-1和图3-3显示了虚拟仪器与

传统仪器的比较，他们之间的最大区别是：由虚拟仪器提供的是完成测试或控制

任务所需的所有软件和硬件设备，而且功能由用户定义；而传统仪器则功能固定，

且由厂商定义，把所有软件和测量电路封装在一起，利用仪器前面板为用户提供

一组有限功能。因此，虚拟仪器功能更强。

表3-1 虚拟仪器与传统仪器的比较

虚拟仪器 传统仪器

开发和维护费用低 开发和维护费用高

技术更新周期短(0.5 ~1年) 技术更新周期长（5 ~10年）

软件是关键 硬件是关键

价格低 价格昂贵

开放灵活，与计算机同步，可重复使用和重配置 功能固定

可用网络联络周边仪器 只可连接有限设备

自动化、智能化、远距离传输 功能单一，操作不便

图3-3 传统仪器（左图）与虚拟仪器（右图）的比较

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每一个虚拟仪器系统都是由软件和硬件两部分组成。对于当前的测试任务，

虚拟仪器系统的价格可能与具有相似功能的传统仪器相差无几，也可能比它少很

多倍。但由于虚拟仪器在测量任务需要改变时具有很大灵活性，因而随着时间的

推移，节省的成本也会不断累计。

3.2LabVIEW简介

LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类

似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：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。

3.2.1LabVIEW概述

与 C 和 BASIC 一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编

程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据

分析、数据显示及数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置

断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程

序的调试。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）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及函数的执行顺序。VI指虚拟仪器，是 LabVIEW

的程序模块。

LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用

来方便地创建用户界面。用户界面在 LabVIEW中被称为前面板。使用图标和连线，

可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。

LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代

码。

3.2.2LabVIEW特点

（1） 尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。

（2） 可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更

强的仪器。

（3） 用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。

（4） 未来

虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。目前

使用较多的是IEEE488 或 GPIB协议。未来的仪器也应当是网络化的。

（5） 具有图形化的编程方式，设计者无需编写任何文本格式的代码，是真正

的工程师语言。

（6） 提供丰富的数据采集、分析及存储的库函数。

（7） 提供传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供独具特色

的执行工具，使程序动画式运行，利于设计者观察程序运行的细节，使程序的调

试和开发更为便捷。

（8） 利用 LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位

/64位编译器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、

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Macintosh的多种版本。

（9） 囊括了PCI、GPIB、PXI、VXI、RS—232/485、USB等各种仪器通信总

线标准的所有功能函数，使不懂得总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接

口设备与仪器。

（10） 提供大量与外部代码或软件进行链接的机制，诸如DLL(动态链接库)、

DDE(共享库)、ActiveX等。

（11） 具有强大的Internet功能，支持常用的网络协议，方便网络、远程测控

仪器的开发。

3.2.3LabVIEW应用领域

目前 LabVIEW主要应用于测试测量、控制、仿真、教育、快速开发及跨平台

等相关领域中。下面对其应用中的技术优势及相关特点做以简单介绍。

（1） 测试测量

LABVIEW最初就是为测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在

LABVIEW最广泛的应用领域。经过多年的发展，LABVIEW在测试测量领域获得

了广泛的承认。至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的

LabVIEW驱动程序，使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。同时，

用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LabVIEW工具包。这些工

具包几乎覆盖了用户所需的所有功能，用户在这些工具包的基础上再开发程序就

容易多了。有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完

整的测试测量应用程序。

（2） 控制

控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测试领域起家的LabVIEW自然而

然地首先拓展至控制领域。LabVIEW拥有专门用于控制领域的模块

——LabVIEWDSC。除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带

有相应的LabVIEW驱动程序。使用LabVIEW可以非常方便的编制各种控制程序。

（3） 仿真

LabVIEW包含了多种多样的数学运算函数，特别适合进行模拟、仿真、原型

设计等工作。在设计机电设备之前，可以先在计算机上用LabVIEW搭建仿真原型，

验证设计的合理性，找到潜在的问题。在高等教育领域，有时如果使用LabVIEW

进行软件模拟，就可以达到同样的效果，使学生不致失去实践的机会。

（4） 儿童教育

由于图形外观漂亮且容易吸引儿童的注意力，同时图形比文本更容易被儿童

接受和理解，所以LabVIEW非常受少年儿童的欢迎。对于没有任何计算机知识的

儿童而言，可以把LabVIEW理解成是一种特殊的“积木”：把不同的原件搭在一起，

就可以实现自己所需的功能。著名的可编程玩具“乐高积木”使用的就是LabVIEW

编程语言。儿童经过短暂的指导就可以利用乐高积木提供的积木搭建成各种车辆

模型、机器人等，再使用LabVIEW编写控制其运动和行为的程序。除了应用于玩

具，LabVIEW还有专门用于中小学生教学使用的版本。

（5） 快速开发

根据一些项目统计，完成一个功能类似的大型应用软件，熟练的LabVIEW程

序员所需的开发时间，大概只是熟练的C程序员所需时间的1/5左右。所以，如

果项目开发时间紧张，应该优先考虑使用LabVIEW，以缩短开发时间。

（6） 跨平台

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如果同一个程序需要运行于多个硬件设备之上，也可以优先考虑使用

LabVIEW。LabVIEW具有良好的平台一致性。LabVIEW的代码不需任何修改就

可以运行在常见的三大台式机操作系统上：Windows、Mac OS 及 Linux。除此之

外，LabVIEW还支持各种实时操作系统和嵌入式设备，比如常见的PDA、FPGA

以及运行VxWorks和PharLap系统的RT设备。

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第4章 系统的整体设计

本系统主要用于大坝坝体位移监测，并对采集到的数据采集、分析和处理。

坝体位移监测分为表面位移监测和内部位移监测。

坝体表面位移监测是通过在坝体表面建立观测墩，在观测墩上安放仪器设备，

仪器设备24小时不间断的监测位置信息，从而实现对坝体表面点的位移监测。

坝体内部位移监测坝体内部位移监测是通过在坝体打孔，埋设专门的内部位

移监测设备，实时的采集内部位移数据，从而完成内部位移监测；内部位移监测

主要的监测设备为固定式测斜仪，通过钻孔方式，将测斜探头通过连杆方式埋入

地下，当坝体内部有位移变化时，测斜探头随之倾斜，信号电缆引入地面仪表连

接试测，从而可精确测出水平位移量ΔX，ΔY或倾角。根据ΔX，ΔY 的值大小或

倾角，作出预报。

软件平台：采用LabVIEW软件平台，通过串口通信和GPRS无线通信两种通

信模式，实现对大坝现场数据的采集，分析和显示，并实现监测、预警等功能。

硬件平台：采用常州金土木工程仪器有限公司研发的DA10R数据采集模块，

进行现场数据的采集。传感器则采用该公司研发的U6000IA型固定倾斜仪测量坝

体的位移量。

4.1大坝健康监测系统功能模块

大坝健康监测系统分为登录界面、主程序界面、退出界面。主程序界面分为

实时监测界面与仿真界面。实时监测界面分为通信设置、时间设置、地址设置、

历史数据四个模块，实现对系统的时间设置，通信模式的选择、传感器的地址选

择以及查看历史数据，并进行分析显示和报警。如图4-1所示：

图4-1 系统功能模块

4.2大坝健康监测系统主要特性

（1） 实时性：可自动寻采、手动选择数据采集、保存数据等。通信采用中断

方式，避免查询方式对CPU占用率极大的弊端，极大降低数据丢失或读取数据校

验错误的发生概率。

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（2） 可靠性：采用的传感器能够适应恶劣环境，就有很强的防水、防潮、抗

干扰能力。同时通信方式有多重选择，完全实现人机测试界面在控制室内远程监

测的功能。

（3） 可扩展性：LabVIEW具有的子VI调用功能，对程序功能的拓展非常方便，

无限节点，可扩展性很强。

（4） 适用性：采用RS485串口通信以及无线通信方式，适用性强。

（5） 可维护性：在实时采集数据时，系统具有自检通信是否连接成功、CRC

校验采集到的数据正确性的功能，系统的可维护性很强。

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第5章 系统的软硬件设计

5.1大坝健康监测系统硬件及其参数

系统大坝的变形状况通过测斜仪监测，测斜仪将测量的原始数据传输给

DA10R数据采集模块，由DA10R模块采集数据并实现数据的信号调理和A/D转

换，再通过串口通信技术、GPRS无线通信技术实现对大坝坝体位移监测，并对采

集到的数据采集、分析和处理。硬件所需元器件如下表5-1所示。

表5-1硬件元器件清单

型 号 名 称 参 数

JTM U6000-IA

JTM DA10R

JTM C1000

固定倾斜仪传感器

数据采集模块

RS-485转换模块 +5v单电源供电

DTU无线通信数据采集模块

无线路由器

测量范围±15°

精度0.01°

5.2大坝健康监测系统软件设计

大坝健康监测系统的软件主要由4个人机界面组成，分别是登录界面、仿真

界面、实时监测模块、退出界面，4个人机界面分别做成子VI，嵌入主VI中。系

统运行时首先打开登录界面，需输入登录账号（可注册新账号）登录系统主界面，

主界面分为仿真界面与实时采集界面组成，可由用户选择打开，当用户退出时，

界面切入退出界面。

图5-1 系统操作流程图

利用LabVIEW的数据流特征，将4个人机界面子VI嵌入主程序VI，主程序

利用事件结构，切换仿真界面与实时采集模块。利用VI属性（前面板窗口属性）

将人机界面的切换制作得更加美观自然，系统主程序界面与程序框图如图5-2、图

5-3所示。

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图5-2 主程序界面

图5-3 主程序框图

5.2.1系统登入界面设计

系统运行时，首先进入系统登录界面，设置登录界面的目的是为了限制用户

权限，同时也可以注册新的用户，规范系统管理，登录界面和注册用户界面的前

面板如图5-4、图5-5所示。

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图5-4 登录界面 图5-5 注册用户界面

登录界面程序设计流程图如

右图5-6所示。

运行系统登录界面时，只要

输入登录账号和密码，确认登录，

即可。当输入账号或密码错误时，

系统弹出提示对话框，做注册用

户账号或更改登录账号、密码操

作。

注册账号时，为避免重复注

册用户名，当注册账号已被使用

时，弹出账号无效提示框。

注册的账号被程序以.ini文

件格式保存，下次使用时可以直

接登录。程序利用“配置文件VI”

实现账号的管理、索引、注册等

功能。

图5-6 程序设计流程图

登录界面的程序框图如下图5-7所示，主要利用事件结构实现前面板按钮的点

动操作。在“登录界面.vi”以子VI嵌入主VI时，界面的切入方式（渐变式）采用

VI属性节点（前面板透明度）实现，图5-7中循环之前与之后（分别表示登入界

面的出现与隐藏）。

图5-7 登录界面程序框图

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5.2.2系统仿真界面设计

系统仿真界面是系统的重要组成部分，其作用是让操作人员对本系统的应用

有一个感性的认识。系统仿真界面模拟大坝坝体变化、水位变化以及传感器的埋

设位置，动态显现效果，帮助理解本系统如何用于大坝安全监测。

图5-8 系统仿真界面

如图5-8所示，系统仿真界面由模拟坝体画面、控制单元与监测显示单元组成。

界面中，上方按钮控制单元控制仿真效果，包括报警偏移量的设置、水位控制以

及界面运行、暂停、退出的控制。控制单元下方由显示坝体外形及传感器位置变

化的模拟画面和包括报警状态、报警位置、传感器偏移数据表的监测显示单元组

成。仿真界面的控制与显示关系如图5-9所示。

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图5-9 仿真系统界面控制与显示

由上图可知，坝体模拟画面以及监测显示单元的变化由控制单元控制，但其

变化为连续变化，而控制单元的控制是间断的。所以考虑两者的协调，仿真界面

的主程序采用“生产者与消费者（事件）”结构，仿真界面程序框图如图5-10所示。

图5-10 仿真界面程序框图

5.2.3系统实时监测设计

实时监测界面共分为通信设置、时间设置、地址设置、历史数据四个模块，

实现对系统的通信模式的选择、时间设置、传感器的地址选择以及查看历史数据，

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并进行分析显示和报警。如图5-11所示：

图5-11 系统功能模块

系统实时采集界面如图5-12所示：

图5-12 实时采集界面

5.2.3.1通信设备模块

系统通信方式有串口通信与GPRS无线通信两种方式，根据具体利用环境与

条件可以自由选择两者之一。

（1） 串口通信

由于LabVIEW对于ActiveX良好的支持性，LabVIEW可以通过两种方式实

现串口通信，分别是利用LabVIEW自带的串口通信节点——VISA函数和使用

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ActiveX技术（采用MScomm）。虽然利用LabVIEW自带的串口通信节点要简单

得多，但相比较而言，采用ActiveX技术扩展的MSCOMM32控件更好，因为它

有中断函数处理功能，可以实现中断方式的接收数据，而LabVIEW自带的串口通

信节点却只可以实现查询式的数据接收。查询方式，即一个进程中的某一线程定

时地查询串口的接收缓冲区，如果缓冲区中有数据，就读取数据；若缓冲区中没

数据，该线程将继续执行，因此会占用大量的CPU时间。当实时性要求比较高的

情况下，采用查询处理不合适。由于本系统实时性要求比较高，所以采用ActiveX

技术扩展的MSCOMM32控件开发具有中断数据接收功能的串口通信程序。

通信设置界面分为串口通信设置界面和无线通信设置界面，图5-13为串口通

信设置界面，程序运行时通过设置串口号并打开串口。

图5-13 串口通信设置

采用MSCOMM32控件实现串口通信，要对常用的属性进行设置，指定串口

号、设置通信参数、指定接收缓冲区大小等。下图5-14为采用MSCOMM32控件

的串口通信设置程序，主要包括索可使用引串口号、串口的打开、MSCOMM32

控件的初始化、关闭串口。

图5-14 串口通信设置程序框图

完成MSCOMM32控件初始化并打开所需串口后，就考虑串口通信的时机。

在接收或发送数据过程中，可能需要监视并响应一些事件和错误，所以事件驱动

是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。使用OnComm事件和

CommEvent属性捕捉并检查通信事件和错误的值。发生通信事件或错误时将触发

OnComm事件，CommEvent属性的值将被改变，应用程序通过检查CommEvent

属性值并作出相应的反应，如图5-15所示。程序串口的中断通过注册回调事件实

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现，如图5-16所示。

图5-15 串口通信程序

图5-16 事件回调注册

（2） GPRS无线通信

随着网络的迅速发展，通过将网络技术和虚拟仪器相结合,构成网络化虚拟仪

器系统,是自动测试仪器系统的发展方向之一。所以通过网络进行数据共享是各种

软件的发展趋势，而LabVIEW软件平台正是适应了这一发展趋势，它具有强大的

网络通信功能。相比较而言，采用ActiveX技术扩展的Winsock控件由于具有中断

函数处理功能，可以实现中断方式的接收数据，能够大大降低CPU的占用时间，

更适合用于对实时性要求比较高的系统。

TCP是由美国国防部高级研究计划署（DARPA）开发的，TCP从诞生以来已

成为通用的通讯标准被广泛应用于大量的计算机系统。TCP是面向连接的传输控

制协议，在数据传输之前必须先建立连接信道，通信双方是基于客户/服务器模型

的，必须分别建立客户应用程序和服务器应用程序。

本系统在串口通信方式下就采用ActiveX技术扩展的MSCOMM32控件实现

中断通信，在GPRS无线通信模式下依然将采用ActiveX技术扩展的Winsock控件

实现基于TCP的中断通信。

系统的GPRS无线通信设置界面如图5-17所示，输入端口号并打开至监听状

态即完成设置。

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图5-17 无线通信设置

Winsock作为一个ActiveX控件，最主要的就是要使用好它的属性和方法函数，

并做好中断事件的回调处理。

属性：

Protocol：TCP 或UDP 协议。

Local IP：本地的IP 地址。

Local Port：所用到的本地端口。

RemoteHostIP：远程计算机的IP 地址。

Remote Port：远程计算机端口号。

方法：

Listen：监听端口。

Bind：绑定IP地址和端口。

Connect：向远程主机发出连接请求。

Accept：接受一个连接请求。

Send Data：发送数据。

Get Data：取得接收到的数据。

Clo：关闭当前连接。

事件：

Connect:服务器响应连接请求。

Data Arrival：新数据到达时出现，获取一个Get Data调用缓冲区中的全部数据。

Connection Request：对方请求连接时接受连接请求。

Error：后台处理中出现错误。

图5-18为Winsock控件的配置程序，其中包括监听端口的设置、监听、断开。

图5-18 Winsock控件的配置

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完成Winsock控件初始化并打开所需端口后，就考虑无线通信的时机。采用

ActiveX技术扩展的Winsock控件的事件中断函数是通过注册回调事件完成的，如

图5-19所示，程序共注册了Data Arrival、Error、Connection Request、Clo四个

事件。四个事件分别表示数据到达、错误、接收连接请求、关闭监听，当程序发

生后三种事件时，程序作出相应的简单处理，以保障监听状态正常。当发生Data

Arrival事件时，程序执行Get Date方法取出缓冲区数据并清除缓冲区，如图5-20

所示，程序执行Get Date方法获取数据并转换类型为字符数据，继续做数据处理

工作。

图5-19 事件回调注册

图5-20 无线通信接收数据程序

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5.2.3.2时间设置模块

时间设置模块的作用是对数据适配器模块地址校准时间。其操作界面如下图

5-21所示,输入适配器模块地址以及设备的类型，校准时间即可。

图5-21 时间设置模块

图5-22为系统时间设置模块程序框图，程序首先匹配PC时间，再将设置好

的时间通过通信模块配置给对应的数据适配器模块，从而完成对数据设配器模块

地址的校准。

图5-22 时间设置模块程序

5.2.3.3地址设置模块

地址设置模块用来查找和确认数据适配器模块地址。如图5-23地址设置界面，

图5-24寻址界面。

图5-23 地址设置界面 图5-24 寻址界面

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如果不知道传感器地址，在打开串口之后，单击主界面的“地址配置”，然

后点击“寻找地址”来遍历或者确认一下地址，“模块地址”为数据适配器地址，

点击“开始查找”即可，如果已知地址值偏离0号较远，也可以直接调高“起始

值”至已知地址值附近后开始，地址查询完毕，单击“停止查找”后单击“停止”

按钮退出。

图5-25为地址设置模块程序框图，地址设置模块只支持串口通信方式，不支

持无线通信。程序将设置好的地址通过基于MSCOMM32控件的串口通信配置给

数据设配器模块完成地址设置。

图5-25 地址配置模块程序

5.2.3.4历史数据模块

数据是说明大坝健康状况的最直接信息，对于大坝健康状况的分析不仅只依

靠实时数据，而且需要大量的历史数据，因此数据的保存尤为重要。利用数据库

的大量数据保存、简便的数据查看与筛选功能，本系统采用数据库保存监测数据。

图5-26 数据库表格创建于写入记录程序

如图5-26为数据库表格创建与写入记录的程序，利用LabVIEW数据库工具

包中的函数，连接已经存在的数据库，再以时间命名创建表格存储于数据库中。

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利用数据库工具包中DB Tools Inrt 添加记录于表格并保存。

图5-27为数据库读取程序。程序中首先确定读取数据库以及数据库中表格的

名称路径，然后通过数据库工具包中DB Tools Select 读取表中动态数据，

再经处理通过图表显示。

图5-27 数据库读取程序

DB Tools Select 在读取一个表格时，往往会将整张表格的数据给读取

出来，如果表格特别大，而需要的数据只是一部分，如果将整张表格都读取出来，

再通过某些手段筛选信息，必然会造成大量时间和系统资源的浪费。LabVIEW的

数据库工具包完全支持SQL语言，在DB Tools Select 的condition输入端按

照SQL语法输入条件语句，即可读出需要的数据，而不会读出整张表格。如图5-28

为数据库表格读取条件VI，筛选条件为时间段。

图5-28 数据库表格读取条件VI

5.2.4系统退出界面设计

系统的退出界面采用滚动字幕的形式介绍系统的基本信息，具有流畅的视觉

效果。如图5-29是截取的部分字幕。

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图5-29 退出界面运行效果截图

下图5-30为系统退出界面的程序框图，利用控件属性节点制作出结束界面的

逐渐显示、滚动字幕、闪现的效果。

图5-30 退出界面程序框图

5.3大坝健康监测系统通信设计

5.3.1串口通信模式

DA10R数据采集模块采集到的数据通过485/232转换模块，将数据通过串口传

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输给PC机，上位机通过LabVIEW软件编程，将读取采集到的数据，通过编程监测

分析大坝的健康状况并将数据保存至数据库，同时可以调取数据库历史数据，进

行显示。如下图5-31所示：

图5-31 串口通信模式

图5-32 串口通信模式硬件图

5.3.2GPRS无线通信模式

在采用GPRS无线通信模式时，通过GPRS DTU数据传输单元，将DA10R数据

采集模块采集到的数据，串口数据转换为IP数据，通过无线通信网络传送至服

务器，PC机访问服务器，调取服务器中的数据，并进行分析，保存，如下图

5-33所示。

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图5-33 GPRS无线通信模式

图5-34 GPRS无线通信模式硬件图

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第6章 结束语

系统总体评价：

本系统基于LabVIEW软件平台，通过串口通信技术、GPRS无线通信技术实

现对大坝坝体位移监测，并对采集到的数据采集、分析和处理。本系统共分为通

信设置、时间设置、地址设置、历史数据四个模块，实现对系统的时间设置，通

信模式的选择、传感器的地址选择以及查看历史数据，并进行分析显示和报警。

（1） 主程序采用生产者与消费者架构，程序采用模块化设计，方便移植和再

次开发；

（2） 程序中，全局变量、局部变量、属性节点的使用，使程序得到了很大的

简化，可读性得到增强；

（3） 主界面采用个性化定制，操作简单，交互友好；

（4） 采用MSCOMM32控件实现串口通信及数据采集；简化了使用LabVIEW自

带的VISA串口通信对编程的要求；

（5） 采用winsocket实现无线通信数据采集，具有很高的稳定性；

（6） 自定义了通信协议，并采用CRC校验，对采集到的数据进行校验，稳定

性高；

（7） 使用LabVIEW中LabSQL（DataBa Toolkit）数据库工具包，对采集到的

数据进行保存，并可以读取数据库数据，进行分析和处理；

（8） 硬件采用倾斜仪对坝体的变形程度进行监测，采用数据适配器对采集的

数据进行管理和保存；

（9） 通过串口通信技术、GPRS无线通信技术实现对下位机数据采集；

（10） 作品重点考虑了安全防范报警设计，可实现报警位置定位、用户密码

登录等功能。

可提高及扩展之处：

本系统主要用于大坝健康监测系统中，坝体位移量的监测，对于坝体健康检

测中，其他的诸如受力监测、变形监测、渗流监测、气象环境监测及地震监测等

监测内容还未涉及，有待提高和改进。此外，由于所有的数据都是从实验室采集

得到，并不符合大坝现场数据要求，所以，在算法上还有待改进。

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参考文献

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答谢辞

当毕业设计写到这里时，我停下手头工作，静静站在窗边。历时近六个月，

终于将这份最后的学校作业完成，心中无比轻松与感慨。

在设计的制作过程中，我遇到了无数的困难和障碍，都是在我的指导老师陈

琳老师的帮助下度过的，在此我要万分感谢陈老师。设计从选题到最终完成都浸

透着她的努力和汗水，给予我细心的指导和不懈地支持。她严谨求实的态度，诲

人不倦的育人精神，踏踏实实的精神和良好的科学素养以及对学生在学习和工作

上无微不至的关怀，使我深受教育和感动，她不仅授我以文，还教我做人，帮助

我端正实习态度，让我终生受益。

另外，我要感谢学校图书馆的庞大藏书资源，在毕业设计的完成过程中，我

从中收集了大量的有用资料，正是这些资料的查阅，我才能够克服重重技术难关，

在计划的时间内完成设计。同时感谢在本文中涉及到得各位学者，本文引用了数

位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我也很难完成

设计。衷心的感谢各位的指导和帮助。

我还要感谢在一起度过三年生活的电气104班同学以及在校相识的各位老师、

好友、同事，因为你们的存在，让我的大学生活无比精彩；因为你们的指导，让

我的学识和能力得到提高；因为你们的帮助，让我感受到家乡的温暖。

最终我要感谢我的父母，是他们的物质和精神的鼓励，让我一次次勇敢上路。

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毕业设计（论文）成绩评定表

一、指导教师评分表（总分为70分）

序 号 考 核 项 目 满 分 评 分

1 工作态度与纪律 10

2 调研论证 10

3 外文翻译 5

4 设计（论文）报告文字质量 10

5 技术水平与实际能力 15

6 基础理论、专业知识与成果价值 15

7 思想与方法创新 5

合计 70

指导教师综合评语：

指导教师签名： 年 月 日

二、答辩小组评分表（总分为30分）

序 号 考 核 项 目 满 分 评 分

1 技术水平与实际能力 5

2 基础理论、专业知识与成果价值 5

3 设计思想与实验方法创新 5

4 设计（论文）报告内容的讲述 5

5 回答问题的正确性 10

合计 30

答辩小组评价意见（建议等第）：

答辩小组组长教师签名： 年 月 日

三、系答辩委员会审定表

1． 审定意见

2．审定成绩（等第）_____ ___ 系主任签字： 年 月 日

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教

师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加

以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研

究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历

而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，

均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作 者 签 名： 日 期：

指导教师签名： 日 期：

使用授权说明

本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论

文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电

子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供

目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制

手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分

或全部内容。

作者签名： 日 期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研

究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文

不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研

究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完

全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 日期： 年 月 日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，

同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，

允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位

论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩

印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名： 日期： 年 月 日

导师签名： 日期： 年 月 日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师： （签名） 单位： （盖章）

年 月 日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？

□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格