具有Wiegand34接口及摇控功能的实验室管理系统的设计与实现

摘要

伴随着高校对现代化实验室的管理水平要求越来越高，而现如今大多数的高校实验室还是在使用传统的纸质登记本来记录实验室的教学管理信息，这种登记方式已经不能满足高校对实验室实时、方便、快捷的管理要求。这种纸质的登记方式，很容易由于人为的疏忽，学生或者老师会经常忘记自己登记的实验信息，导致错漏登记的现象发生。最终，在期末对实验室记录进行统计的时候，对各种相关历史实验记录的保存、查询、统计相当的困难。每个实验室每个学期的实验记录可能会成千上万，用纸质登记和处理这些数据的工作量是相当大的。所以导致实验室老师不能准确的对实际的实验教学情况进行准确的了解和分析。即使个别高校采用电子登记，由于不具备通用的身份识别信息接口，当使用不同的身份识别器时也不可以互换，同时不能根据需求控制各实验组电源的通断。
　　为了解决上述问题，本文详细介绍了所设计的一款新型的智能实验室管理系统。本文首先鲜明的介绍了实验室管理系统的功能及结构框图，然后设计了具有Weigand34协议通用接口模块的软件与硬件，实现了不同身份识别器的轻松互换，为系统的升级改造留下了空间。在此设计中引入了无线传输模块PT2262/PT2272;PLC通过特定的方式设定PT2262发射模块的不同编码，最终实现了对各个PT2272接收模块无线控制以达到对各个实验组终端电源通断的控制。在此系统中上位机与PLC之间的通信是系统能否实现的关键，本文详细分析了三菱FX2NPLC的通信协议及其内部地址计算方法。根据系统功能的需求对PLC程序进行分模块化设计及优化，对此本文介绍了PLC程序的总流程并对各个模块进行了详细的分析。分析与设计上位机功能模型、数据库模型，采用C＃结合SQL Server 2005数据库开发配套上位机软件。
　　论文最后对此阶段所做的工作进行总结，对于系统存在的不足进行分析，并且对下一阶段系统设计做出了展望。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 智能实验室的研究现状

1．3 本文主要工作内容

1．4 论文的组织结构

第二章 实验室管理系统的工作原理

2．1 实验室管理系统的功能简介

2．2 系统构架及结构框图

2．3 三菱FX2N系列PLC简述

2．4 系统工作原理解析

2．4．1 三菱FX2N系列PLC与GOT触摸屏之间的通信

2．4．2 PLC与上位机之间的通信

2．5 身份信息的采集

2．5．1 Wiegand34身份识别器的接入

2．5．2 韦根通信协议

2．5．3 Wiegand34通用接口模块硬件设计

2．5．4 通用接口程序流程图

2．5．5 中断接收Wiegand34信号程序如下

2．5．6 向PLC发送数据程序如下

2．6 无线发射模块与无线接收模块

2．6．1 无线发射模块介绍

2．6．2 发射模块光电耦合接口介绍

2．6．3 无线接收模块介绍

2．7 PLC与上位机通信的实现方法

2．7．1 FX系列PLC的通信协议及内部地址

2．7．2 数据格式

2．7．3 通信控制字符及指令

2．7．4 报文格式

2．7．5 读出软元件值

2．7．6 写入软元件值

2．7．7 位设备强制ON／OFF

2．7．8 内部地址

2．7．9 PLC校验和计算

2．8 PLC与GOT触摸屏的接口

2．9 本章小结

第三章 PLC应用程序编写

3．1 系统输入输出控制

3．2 PLC起始程序入口简介

3．3 教师控制端

3．4 触摸屏控制模块

3．5 PLC对Wiegand34信号接收和处理办法

3．5．1 Wiegand34信号接收和处理的PLC程序流程图

3．5．2 Wiegand34信号接收和处理的PLC程序

3．6 实时记录的添加

3．7 实时记录的删除

3．8 数据量压缩及历史记录的生成

3．9 PLC与外部模块的接口程序

3．9．1 实验组设备使用情况查询的实现

3．9．2 对输出控制的实现

3．9 本章小结

第四章 上位机软件设计

4．1 系统开发工具方案选择

4．1．1 C#语言简介

4．1．2 SOL Server 2005和Visual Studio 2010简介

4．2 系统设计框图

4．3 数据库设计

4．3．1 系统管理员表

4．3．2 学生信息表

4．3．3 实验信息表

4．3．4 学生实验记录表

4．4 从PLC数据来的数据处理以及存储

4．5 上位机软件窗体设计

4．5．1 应用系统文件框图

4．5．2 登录窗体设计

4．5．3 主窗体设计

4．5．4 信息添加窗体设计

4．5．5 信息修改窗体设计

4．5．6 删除功能设计

4．5．7 查询模块设计

4．5．8 Excel导出窗体设计

4．5．9 实时监测窗体设计

4．5．10 开关控制窗体设计

4．5．11 权限控制选择窗体设计

4．5．12 教师指导设置窗体设计

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文

附录

致谢

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