网络化测控系统设计与应用

　　本书从网络化测控系统的实际应用出发，系统地介绍了基于网络的测控系统的核心技术，涉及工业通信与网络基础知识、测控网络分类、硬件技术、软件技术、系统设计方法和应用实例。全书共分9 章，内容包括网络化测控系统概述、计算机网络体系结构、有线测控网络、无线测控网络、网络化测控系统硬件开发、网络化测控系统软件开发、工业以太网测控系统开发实例、现场总线测控系统开发实例和无线测控系统开发实例。针对不同类型的网络化测控系统，介绍了系统的设计方法与相关技术。本书体系完备，内容丰富，系统性和实践性强，可作为高等院校自动化、电气工程、测控技术与仪器、电子信息、计算机应用、机电一体化等专业的教材，也可作为相关专业科研与工程技术人员的参考书。

　　张春富，负责科研工作、学术交流、科技成果转化、科技服务地方经济、实验室建设与管理等工作。

目录
前言
第1章 概述 1
1.1 网络化测控系统概述 1
1.1.1 网络化测控系统的概念 1
1.1.2 网络化测控系统的组成 2
1.1.3 网络化测控系统的特点 4
1.2 典型的网络化测控系统 . 5
1.2.1 基于现场总线的测控系统 . 5
1.2.2 基于工业以太网的测控系统 7
1.2.3 基于无线通信的测控系统 . 8
1.2.4 基于Internet 的测控系统 10
1.3 网络化测控系统设计 11
1.3.1 网络化测控系统设计原则 12
1.3.2 网络化测控系统设计流程 13
1.3.3 网络化测控系统设计方法 15
第2章 计算机网络体系结构 22
2.1 计算机网络的组成和分类 . 22
2.1.1 计算机的组成 . 22
2.1.2 计算机网络的分类 23
2.2 网络协议与体系结构 24
2.2.1 网络协议 24
2.2.2 层次结构 25
2.2.3 OSI 参考模型 . 25
2.3 数据通信与数据传输 26
2.3.1 数据通信 26
2.3.2 数据传输 28
2.3.3 传输介质 32
2.4 数据交换与控制技术 34
2.4.1 数据交换技术 34
2.4.2 差错控制技术 36
2.5 局域网与企业信息网络 . 37
2.5.1 局域网 37
2.5.2 企业信息网络 41
第3章 有线测控网络 . 45
3.1 CAN 总线 45
3.1.1 CAN 总线简介 45
3.1.2 CAN 总线协议 48
3.1.3 CAN 系统组成 57
3.2 PROFIBUS . 59
3.2.1 PROFIBUS 简介 60
3.2.2 PROFIBUS 协议 60
3.2.3 PROFIBUS 系统组成 63
3.3 LonWorks 网络 65
3.3.1 LonWorks 网络简介 65
3.3.2 LonTalk 通信协议 66
3.3.3 LonWorks 系统组成 68
3.4 工业以太网 70
3.4.1 工业以太网简介 70
3.4.2 工业以太网协议 76
3.4.3 工业以太网系统组成 77
第4章 无线测控网络 . 82
4.1 近距离无线通信技术 82
4.1.1 RFID 技术 82
4.1.2 NFC 技术 . 83
4.1.3 Bluetooth 技术 83
4.1.4 ZigBee 技术 85
4.1.5 Wi-Fi 技术 90
4.2 远距离无线通信技术 95
4.2.1 LoRa 技术 95
4.2.2 移动通信技术 . 97
4.2.3 NB-IoT 技术 99
第5章 网络化测控系统硬件开发 . 101
5.1 测控系统硬件的电路基础 101
5.1.1 测控电路的主要特点 101
5.1.2 信号调理电路的构成 102
5.1.3 线性运算放大电路 102
5.1.4 仪表运算放大电路 104
5.1.5 隔离运算放大电路 104
5.1.6 程控运算放大电路 106
5.1.7 电桥运算放大电路 107
5.1.8 高输入阻抗运算放大电路 108
5.1.9 低漂移运算放大电路 109
5.2 常用传感器及其测量电路 110
5.2.1 位移和位置传感器 110
5.2.2 应变传感器 111
5.2.3 速度和加速度传感器 113
5.2.4 流量传感器 115
5.2.5 温湿度传感器 117
5.3 常用外部通信协议及接口电路 118
5.3.1 RS-232C 总线及接口电路 118
5.3.2 RS-422A/RS-485 总线 120
5.3.3 USB 总线及接口电路 . 123
5.3.4 GPIB 总线及接口电路 124
5.4 微型板卡与工业控制主板硬件开发 . 126
5.4.1 基于Arduino 的测控硬件开发 126
5.4.2 基于RaspberryPi 的测控硬件开发 . 128
5.4.3 基于NI CompactRIO 和LabVIEW 的测控硬件开发 129
第6章 网络化测控系统软件开发 . 135
6.1 网络化测控系统常用编程技术 135
6.1.1 基于Visual Studio 的编程技术 . 135
6.1.2 基于组态的编程技术 139
6.2 网络化测控系统数据交换技术 148
6.2.1 DDE 技术 149
6.2.2 OPC 技术 151
6.2.3 DLL 技术 154
6.3 网络化测控系统软件开发流程与设计实现 154
6.3.1 软件开发流程 . 155
6.3.2 软件设计方法 . 156
6.3.3 软件测试与运行 158
第7章 工业以太网测控系统开发实例 160
7.1 工业以太网测控系统的总体设计 . 160
7.1.1 实例厂区布局和系统网络功能需求分析 160
7.1.2 通信设备型号的确定 . 161
7.1.3 系统应用流程分析图设计 161
7.2 工业通信网络系统的拓扑结构设计 161
7.2.1 分布式网络系统分析 . 161
7.2.2 网络通信基本链路设计 163
7.2.3 网络冗余拓扑结构设计 170
7.2.4 网络稳定安全性拓扑结构设计 175
7.3 工业以太网系统功能验证与调试实例 182
7.3.1 基本链路通信验证 182
7.3.2 冗余网络验证 . 186
7.3.3 VLAN 网络验证 188
第8章 现场总线测控系统开发实例 189
8.1 基于LonWorks 网络的智能楼宇控制系统设计 189
8.1.1 控制系统简介 . 189
8.1.2 系统硬件组态 . 190
8.1.3 系统软件组态 . 192
8.2 基于CAN 总线的电动汽车充电装置智能测试系统设计 200
8.2.1 工作原理 200
8.2.2 系统功能和硬件结构设计 201
8.2.3 系统软件设计 . 202
8.3 基于iCAN 网络的分布式测控系统设计 207
8.3.1 iCAN 协议简介 207
8.3.2 系统整体组成 . 208
8.3.3 系统硬件设计 208
8.3.4 系统软件设计 219
8.4 基于PROFIBUS-DP 总线的流程自动化测控系统设计 230
8.4.1 PCS7 过程控制系统简介 230
8.4.2 SMPT-1000 过程控制实训系统简介 233
8.4.3 新建项目、硬件组态与网络组态 238
8.4.4 SMPT-1000 作为从站与PCS7 通信 248
第9章 无线测控系统开发实例 253
9.1 无线测控系统开发环境 253
9.1.1 PC 上位机开发环境 . 253
9.1.2 Android 上位机开发环境 254
9.1.3 iOS 上位机开发环境 256
9.1.4 鸿蒙上位机开发环境 257
9.2 基于物联网的无线测控系统开发平台 259
9.2.1 国内主要的物联网云平台 259
9.2.2 OneNET 平台搭建及实例创建 . 259
9.3 基于OneNET 平台的无线测控系统开发实例 262
9.3.1 硬件系统设计 262
9.3.2 硬件电路设计 263
9.3.3 软件系统设计 265
9.3.4 软硬件联调 269
参考文献 272