Measurement Studio: практика разработки систем измерения и управления на С#

Магда Ю. С.

Measurement Studio: 

ïðàêòèêà ðàçðàáîòêè 
ñèñòåì èçìåðåíèÿ è óïðàâëåíèÿ 
íà Ñ#

Москва, 2023

2-е издание, электронное

УДК 681.5:004.9NI Measurement Studio
ББК 32.965с515
М12

М12
Магда, Юрий Степанович.
Measurement Studio: практика разработки систем измерения и управления 
на С# / Ю. С. Магда. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 191 с. — Москва : ДМК 
Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital 
Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-385-1

В книге рассматриваются практические аспекты разработки приложений для 
промышленных систем измерения и управления в среде программирования Microsoft 
Visual Studio 2010 с использованием интегрированного пакета Measurement Studio 
фирмы National Instruments. Measurement Studio включает программные средства 
и библиотеки классов, позволяющие разработчикам Visual Basic .NET и Visual C# 
.NET в короткие сроки создавать высокопроизводительные приложения для систем 
автоматизации. Материал книги содержит практические примеры разработки простых 
систем измерения и управления, которые могут служить в качестве «рабочих 
кирпичиков» при работе над комплексными проектами.
Книга будет полезна широкому кругу разработчиков программного обеспечения 
для систем управления, желающих применить программные технологии .NET в своих 
проектах.

УДК 681.5:004.9NI Measurement Studio 
ББК 32.965с515

Электронное издание на основе печатного издания: Measurement Studio: практика разработки 
систем измерения и управления на С# / Ю. С. Магда. — Москва : ДМК Пресс, 2016. — 
190 с.  — ISBN 978-5-97060-195-2. — Текст : непосредственный.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было 
форме и какими бы то ни было средствами без  письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических 
ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность 
приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные 
с использованием книги.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами 
защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.


ISBN 978-5-89818-385-1
© Магда Ю. С., 2012
© Оформление, издание, ДМК Пресс, 2016

ÎÃËÀÂËÅÍÈÅ

Введение ............................................................. 5

Глава 1. Основы создания приложений 
в Measurement Studio ...................................... 8

Использование программы Measurement & Automation
Explorer ...........................................................................................10
 
Задания ..........................................................................................17
Наше первое приложение в среде Measurement Studio ....23

Глава 2. Принципы создания приложений 
на базе шаблонов NI DAQ Windows .............. 31

Непрерывный режим работы NI DAQ Windows 
приложений ...................................................................................35

Глава 3. Измерение параметров сигналов 
в NI DAQ Windows приложениях ................... 50

Сохранение результатов измерений ......................................58
Измерения временных характеристик сигналов ..................62
Использование шаблона NI Windows Application 
в приложениях автоматизации измерений ............................69

Глава 4. Прецезионные измерения параметров 
сигналов в приложениях NI Measurement 
Studio ........................................................... 79

Оглавление

 
Ввод дискретных сигналов .........................................................94
 
Система измерения и анализа температуры 
окружающей среды .................................................................. 105

Глава 5. Синтез сигналов в приложениях 
NI Measurement Studio .................................111

Глава 6. Программирование 
последовательных интерфейсов 
в приложениях NI Measurement Studio .........144

 
Тестирование и настройка последовательных 
интерфейсов .............................................................................. 146
 
Передача данных через последовательный порт 
в приложениях NI VISA ............................................................ 149
 
Чтение данных через последовательный интерфейс 
в приложениях использующих NI VISA ................................. 162

Глава 7. Сетевые коммуникации 
в приложениях NI Measurement Studio .........167

ÂÂÅÄÅÍÈÅ

Пакет программ Measurement Studio фирмы National Instruments 
представляет собой расширение популярной среды разработки 
Microsoft Visual Studio набором программных утилит и библиотеками 
классов, которые позволяют разрабатывать системы измерения и управления 
при помощи популярных языков программирования, таких 
как Microsoft Visual Basic .NET и Visual C# .NET.
Данный программный инструмент позволяет существенно ускорить 
разработку и отладку приложений для систем автоматизации 
с помощью объектно-ориентированных методов построения аппаратных 
измерительных интерфейсов, программных библиотек для 
анализа и обработки сигналов, а также широкого спектра графических 
компонентов пользователя для Windows и Web-приложений.
Пакет NI Measurement Studio предоставляет разработчику широкий 
спектр программных средств и включает следующие библиотеки 
классов .NET:

• 
библиотеку для анализа и обработки сигналов (Analysis). 
В эту библиотеку включены классы, позволяющие выполнять 
цифровую обработку сигналов, их фильтрацию, 
цифровой синтез, а также математические функции общего 
назначения. Эту библиотеку можно использовать для 
анализа и обработки входных сигналов, поступающих в 
систему от датчиков и измерительных преобразователей, а 
также для генерации  выходных сигналов для управления 

Введение

различными устройствами. Кроме того, можно воспользоваться 
многочисленными примерами программного кода, 
включенного в документацию по данной библиотеке классов. 
Более подробно мы ознакомимся с возможностями 
этой библиотеки при разработке примеров приложений.
• 
библиотеку Common. Эта библиотека классов и содержит 
набор классов, которые обеспечивают передачу и преобразование 
данных между различными функциональными 
частями системы автоматизации. С помощью этой библиотеки 
осуществляется взаимодействие между блоками 
измерения, блоками анализа сигналов и интерфейсом 
пользователя приложения.
• 
библиотеку Network Variable. Разработчик может использовать 
эту библиотеку классов для обмена данными между 
сетевыми клиентами и сетевыми серверами.
• 
библиотеку классов MCC-488.2. Эта библиотека оказывается 
весьма полезной, если требуется создать интерфейс с устройствами 
и измерительными инструментами, работающими 
с шиной GPIB. Для использования этой библиотеки необходимо 
предварительно установить драйверы MCC-488.2. 
Для разработки интерфейса с GPIB-устройствами можно 
использовать классы Device и Board.
• 
библиотеку Universal. Для того, чтобы начать работу с 
этой библиотекой, необходимо установить Universal Library 
driver. Классы данной библиотеки используются для создания 
программных интерфейсов с устройствами сбора 
данных (DAQ). Мы будем часто обращаться к этой библиотеке 
в процессе разработки примеров систем измерения и 
контроля.
• 
библиотеку Scan Components. В эту библиотеку включены 
классы для чтения/записи аналоговых (непрерывных) данных 
по нескольким физическим каналам.
• 
библиотеку пользовательских компонентов. Многие специализированные 
пользовательские компоненты управления 
пакета Measurement Studio включаются в библиотеки 
классов Windows Forms и Web Forms .NET. Мы часто 
будем использовать компоненты этих библиотек для визуализации 
результатов измерений и генерации сигналов. Для 
каждого типа измерений Measurement Studio предоставляет 

пользовательские элементы интерфейса, которые можно 
при необходимости размещать и совмещать произвольным 
образом для решения каждой конкретной задачи. Среди доступных 
элементов управления имеются раличные кнопки, 
ручки, линейные и круговые регуляторы, датчики, резервуары, 
светодиоды и измерительные приборы. Широкий 
набор элементов, имеющийся в Measurement Studio, позволяет 
реализовать более информативное представление 
данных, по сравнению с традиционнми приборами. 

Кроме того, NI Measurement Studio включает целый ряд вспомогательных 
инструментов для организации обмена данными с помощью 
сетевых протоколов . Для реализации подобных возможностей в данный 
пакет включены многочисленные библиотеки классов, которые 
интегрируются в среду .NET. Так, например, с помощью библиотеки 
Network Variable разработчик может реализовать алгоритмы обмена 
данными между сетевыми клиентами и сетевыми серверами.
Все примеры приложений для этой книги были разработаны в 
среде Microsoft Visual Studio 2010 Professional с установленным пакетом 
NI Measurement Studio 2010. В качестве операционной системы 
использовалась Windows 7. В качестве аппаратного интерфейса систем 
автоматизации был использован модуль DAQ PCI-6221 фирмы 
National Instruments.

Введение

Для создания эффективных приложений, предназначенных для 
систем автоматизации, необходимо четко представлять себе как 
структуру самого приложения, так и взаимодействие программного 
кода системы автоматизации с аппаратными интерфейсами и операционной 
системой.
В данной главе мы проанализируем ключевые моменты разработки 
систем автоматизации и управления с использованием программной 
среды NI Measurement Studio. В упрощенном виде систему автоматизации 
на базе приложения Measurement Studio можно представить в 
виде схемы, показанной на рис. 1.1.
Как видно из рисунка, наша система автоматизации должна включать 
как минимум аппаратный измерительный интерфейс, в качестве 
которого можно использовать один из многочисленных многофункциональных 
измерительных (DAQ) модулей, выпускаемых промышленностью. 
В данной книге в качестве такого интерфейса мы будем 
использовать модуль PCI-6221 фирмы National Instruments, хотя все 
рассматриваемые проекты можно реализовать с минимальными изменениями, 
используя многочисленные DAQ устройства. 
Для того, чтобы задействовать выбранный DAQ модуль, нужно 
установить его в слот расширения персонального компьютера и инсталлировать 
программное обеспечение нижнего уровня (драйверы 
операционной системы для устройства), а также программы конфигурирования 
устройства высокого уровня для настройки и проверки 
устройства посредством графического интерфейса пользователя. 
Для конфигурирования нашего DAQ модуля используется специ-

Îñíîâû ñîçäàíèÿ 
ïðèëîæåíèé 
â Measurement Studio 1

альная утилита Measurement & Automation Explorer (MAX) фирмы 
National Instruments – ее применение мы рассмотрим более подробно 
в этой главе.

Рис. 1.1
К модулю DAQ можно подключать внешние устройства и/или 
электронные схемы, осуществляющие непосредственное преобразование 
и передачу сигналов от измерительных датчиков в систему 
автоматизации и/или передачу сигналов от системы автоматизации 
к исполнительным устройствам. Модули DAQ можно рассматривать 
как интерфейсы между аппаратной и программной частью системы.
Собственно среда разработки включает в себя MS Visual Studio 2010 
с установленным модулем расширения NI Measurement Studio 2010. 
В качестве операционной системы используется 32-разрядная ОС 
Windows 7, хотя все приложения можно успешно компилировать и 
выполнять и в более ранних ОС, таких как Windows XP или Windows 
Vista. В процессе инсталляции системы NI Measurement Studio в 
Visual Studio добавляются библиотеки классов для обработки данных 
с аппаратных измерительных интерфейсов, а также визуальные 
компоненты пользовательских интерфейсов. После успешной инсталляции 
Measurement Studio можно разрабатывать приложения автоматизации 
с использованием языка C# .NET или Visual Basic .NET.
Перед тем как начинать разработку программного обеспечения нам 
потребуется настроить аппаратную часть при помощи программы 
Measurement & Automation Explorer.

Основы создания приложений в Measurement Studio

Глава 1. Основы создания приложений в Measurement Studio

Èñïîëüçîâàíèå ïðîãðàììû 
Measurement & Automation Explorer

В этом разделе мы рассмотрим вопросы конфигурирования аппаратных 
интерфейсов модулей DAQ с помощью программы 
Measurement & Automation Explorer (MAX). Программа MAX позволяет 
выполнить настройку, конфигурирование и тестирование 
аппаратно-программных интерфейсов, а также калибровку аппаратной 
части устройств DAQ поддерживаемых NI-DAQ/NI-DAQmx. 
С помощью MAX можно просмотреть устройства и инструменты, 
подсоединенные к системе.  
Кроме того, программа MAX позволяет создавать именованые конфигурации 
системы сбора и генерации сигналовв форме «заданий» 
(tasks). Все приложения, разрабатываемые с среде NI Measurement 
Studio, используют задание в качестве программного интерфейса 
для взаимодействия с модулем DAQ. Задание позволяет разработчику 
программного обеспечения абстрагироваться от конкретной 
аппаратной реализации того или иного измерительного интерфейса 
и использовать стандартные программные методы для доступа к измерительным 
интерфейсам.
Все корректно установленные модули DAQ обнаруживаются и 
отображаются программой MAX при запуске. В нашем случае при 
использовании устройства NI PCI-6221 будет отображена следующая 
информация (рис. 1.2):
В окне конфигурации My System в категории Devices and Interfaces 
отображается наш модуль DAQ NI PCI-6221, который фигурирует в 
системе как устройство Dev1. В окне справа отображаются параметры 
устройства в системе Windows (Socket Number, номер слота на 
шине PCI и Bus Number, номер PCI-шины). Эту и более подробную 
информацию об устройстве можно обнаружить, вызвав консоль 
управления ПК (значок Computer → Manage), затем перейти в 
Device Management. Устройства DAQ фирмы NI в консоли управления 
отображаются в категории Data Acquisition Devices (рис. 1.3).

Рис. 1.2

Рис. 1.3

Использование программы Measurement & Automation Explorer

Глава 1. Основы создания приложений в Measurement Studio

После выбора устройства DAQ (PCI-6221, в нашем конкретном 

случае) можно просмотреть о нем детальную информацию и, кроме 
того, обновить при необходимости драйвер. Конфигурация устройства 
в Windows должна быть проанализирована в первую очередь, 
после установки программного обеспечения нижнего уровня (драйверов 
устройств). Программа MAX использует системные настройки 
устройства для конфигурирования DAQ-устройства на высоком 
уровне.

После того, как устройство DAQ появилось в списке сконфигу-

рированных устройств MAX, желательно выполнить диагностику 
работоспособности устройства, выбрав закладку Self-Test в правой панели 
окна MAX. В процессе самотестирования выполняется проверка 
конфигурации аппаратных узлов устройства и доступ к внутренним 
регистрам управления/данных/состояния. Следует отметить, что в 
процессе тестирования не проверяются калибровочные данные устройства – 
используются заводские значения. Для точной калибровки 
устройства должна быть выполнена специальная процедура, предусмотренная 
в программе MAX.

Если тестирование устройства 

прошло успешно, то на экран дисплея 
будет выдано соответствующее 
сообщение (рис. 1.4).

Перед использованием модуля 

DAQ в системе управления/измерения 
нужно обязательно провести 
калибровку устройства. Процесс калибровки 
нужен для того, чтобы, во-
первых, проверить точность измерений, выполненных устройством 
DAQ, и, во-вторых, настроить модуль для работы с минимальной 
погрешностью. Перед началом калибровки желательно просмотреть 
данные по последней калибровке (если устройство выпущено недавно, 
то это может быть заводская калибровка). Кроме того, что очень 
важно, с течением времени параметры любого электронного устройства 
обычно «уходят» в сторону от своих номинальных значений. 
По этой причине желательно периодически выполнять повторную 
калибровку модуля DAQ, о чем будет указано на странице свойств 
Calibration. Саму страницу Calibration можно выбрать, шелкнув на 
закладке Calibration справа внизу (рис. 1.5).

Рис. 1.4