基于虚拟仪器技术的激光接收器测试系统

基于虚拟仪器技术的激光接收器测试系统（通用12篇）

基于虚拟仪器技术的激光接收器测试系统 篇1

摘要：本文介绍一种手机翻盖耐久性测试系统。该系统由National Instruments公司的PXI-8186控制器、PXI-7344、UMI-7764、YASKAWA公司的SGDL-04AS伺服单元和SGML-04AF12伺服电机以及基于虚拟仪器的用户界面组成。该测试系统使用虚拟仪器使系统规模最小化，提高系统的稳定性且易于维护和扩展，操作界面友好。

关键词：虚拟仪器;测试系统;伺服单元;伺服电机

Key words: Virtual Instrument; Measurement system; Servo Pack; Servo Motor

手机翻盖耐久性测试即将待测翻盖手机重复开合预设的次数，然后观察手机的各部分性能是否完好，这在翻盖手机的生产过程中是相当重要的一环。以往采用气动方式的系统运行速度较慢(约为每2秒1次)且操作界面不够友好。本文介绍的基于虚拟仪器技术的手机翻盖耐久性测试系统采用NI Motion 控制模块控制伺服电机进行驱动，运行速度可达到原来的4倍多且同时可对4部手机进行测试，而采用National Instruments公司的虚拟仪器(LabVIEW)进行开发，使操作界面非常友好。

在测试过程中操作人员针对每批不同型号的手机在初次测试时可使用微调功能将各个参数调整至理想值，并且可将这些参数存成相应的配置文件以备以后测试同样型号手机时使用，这样大大减少了每次测试时的重复操作，提高了系统的自动化程度。

1. 系统原理及概述

1.1 运动控制原理

运动控制的原理简单来说即由运动控制模块发出控制信号，如脉冲信号和模拟电压量等，这两种控制信号分别对应于位置控制模式和速度控制模式，伺服电机在相应的模式下接收到控制信号便能按照预定的方式运动。但是电机的运动存在误差，特别在模拟的速度控制模式下，因此需要电机发出编码信号反馈到运动控制模块，使运动控制模块能够根据实际的运动情况做出相应的补偿来消除累计误差，这一点对于本系统这样需要长时间连续运行的系统来说尤为重要。下图为运动控制的简单原理示意图：

1.2 系统概述

本系统利用NI Motion 控制模块对伺服电机运动进行速度控制，按照用户设置的参数驱动相应的拨片、拨杆控制手机翻盖的开合。整个系统框图如图2所示：

整个系统由两部分组成：运动控制部分和测试平台部分。运动控制部分由NI PXI控制器和运动控制模块NI PXI-7344发出运动控制电压信号V-REF，通过NI UMI 7764接至伺服电机驱动器。测试平台部分包括两套独立的平台，每套平台有一组电机控制4台待测手机翻盖的开合(见图3)。全部4台电机的控制信号分别由NI PXI-7344的4轴提供。每台电机上均有编码信号反馈至运动控制模块以形成闭环控制回路，另有Forward Limit和Reverse Limit信号反馈至运动控制模块用以确定系统的初始位置以及防止电机运动超出极限位置。

2. 硬件连接

硬件配线包括伺服单元与伺服电机的连接、运动控制模块与伺服单元的连接。其中伺服单元与伺服电机的连接有专用的电缆和相应的端子定义，与伺服单元和伺服电机的的类型有关。下图是运动控制模块与伺服单元的`连接以及限位信号的连接图：

图4 运动控制模块与伺服单元及限位信号连接示意图

3. 软件结构和功能

整个软件是在National Instruments公司的面向对象的图形化编程语言LabVIEW 7.1下开发完成的，从上到下分为三层：高层通讯层，中层运动控制层，以及底层的驱动程序和开发环境支持。

底层开发环境和驱动程序接口是由软硬件厂商提供的，包括LabVIEW 7.1图形化编程环境和运动控制板卡的驱动程序。中层的运动控制层是在LabVIEW环境下编程实现电机的运动控制，包括电机运动位置、速度以及对于本系统整体的运动流程。高层的通讯层是用于将用户设置的各项参数传递到运动控制层，同时将用户所需信息如当前运动速度、剩余时间等反馈到用户界面。

4. 基于虚拟仪器的操作界面

本系统使用LabVIEW 7.1设计了友好的操作界面，如图5所示：

基于虚拟仪器技术的激光接收器测试系统 篇2

激光在大气传输过程中，会受到大气环境等因素的影响，以至会产生光束漂移。对于激光制导、激光测量、激光通信等应用系统，光束的捕获、跟踪的精确度对于接收装置非常重要。为了解决此问题，2010年在课题预研过程中已开发出利用四象限探测器来实现接收连续光光斑的跟踪瞄准，对发射端的连续光信号实现了有效跟踪。但是根据实验发现，缓慢变化的背景光是瞄准系统最大的噪声源，所以该系统已经无法满足更高的性能要求。在高速跟踪系统中，缓慢变化的背景噪声信号可作为平稳信号处理，因此本文提出采用激光脉冲信号来作为跟踪信号，以有效抑制背景噪声的影响，大大提高系统的抗干扰能力。本系统以MSP430高性能单片机为核心，采用专用集成电路设计信号各部分信号处理电路，系统具有体积小、响应快、成本低、适用性好的特点，可方便集成于光电系统的各类接收装置中，对于激光应用有较大的参考价值[1]。

1 系统设计

系统主要由光电探测器、前置放大电路、带通滤波电路、次级放大电路、A/D转换电路、控制单元和执行机构等七部分组成。系统总体设计如图1所示。

四象限光电探测器(QD)可以理解为四个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标排列而成的光电探测器件，常用于激光制导或激光准直中，它包括各种规格的硅光电池以及类型各异的四象限光电二极管等。接收的激光光束经过前端光学系统后在四象限探测器上成像，当目标成像不在光轴上时，探测器各象限输出的信号强度不同。根据各象限上能量分布的比例可计算出目标的亮度中心位置，以确定目标的空间位置。四象限探测器的输出电压等级一般在m V以下，为抑制输出信道中可能混入传感器输出信号的噪声，需要在接收装置的前端，尤其是靠近传感器敏感单元的位置进行前置放大以提高传感电路的输出信噪比。在后续信号调理电路中，为了减少背景光噪声的干扰，需要设计滤波电路以提取有效信号，滤波器的频率特性由输入信号的特征决定;为了与A/D采样电路匹配，同时提高信号的采集精度，一般需要设计次级放大电路对信号进行二次放大;数据采集过程由单片机控制，并由控制器对各路采集的数据进行相应的处理，按照预设的逻辑程序，控制执行机构动作，以保证光束接收器处于良好的接收位置[2,3,4]。

2 系统单元的设计

2.1 探测器及前置放大电路

本系统中采用PACIFIC SILICON SENSOR的QP50-6-18u型四象限光电二极管探测器作为前端探测单元。该探测器的单芯片结构上的四个单独感光面面积均为12.3mm2(共阴极)，圆形敏感面直径为7.98mm，以18μm的间隔分成四个象限。探测器的工作波长为0.4μm～1.1μm，对900nm波长的光信号达到最大的响应输出。

QP50-6-18u四象限探测器最大反相电压为50V，同时输出四路模拟电流信号，因此系统中选用基于OP27精密运放构成的I/V转换放大电路实现前置放大，输出四路模拟电压作为有效测量信号。实验中，选用波长为632.8nm的He-Ne激光器作为实验光源，在发送端调制成1k Hz的脉冲光，QP50-6-18u四象限探测器对此波长光信号的输出可以达到0.40A/W，为最大响应度的63%，光电转换效率较高，且可见红光有利于实验现象观察，能够满足系统的调试需求。用四象限探测器作为定位传感器时，检测结果准确性和光斑大小有关，如果光斑很小只能在某一个光敏面上，整个定位就不准确。因此，系统需要利用前置光学系统将入射光信号调成大小合适的光斑。前置电路及其输出实验波形如图2所示。

2.2 带通滤波电路

在实验中，输入激光信号为1kHz的脉冲光，为避免外界的平稳光及电路中的噪声等干扰，同时提取有用信号，系统中设计了带通滤波器，将前置电路的输出信号过滤为基频正弦波输出。系统中选用MAX267来设计有源带通滤波电路。MAX267是MAXIM公司生产的4阶开关电容滤波器，内部含有两个独立的2阶滤渡器，每个独立滤波器均由开关电容构成，其特性参数及性能相同，可以通过简单的级联扩展为4阶、6阶等滤波器。使用MAX267进行带通滤波器设计时，仅需接入外部时钟信号即可实现切比雪夫、巴特沃斯及贝塞尔等带通滤波器的设计。本系统中在MAX267外部增加了部分电阻和电容，组成了反馈带通滤波器，其中心频率为1kHz，增益约为1.2。MAX267的使用非常方便，可通过它的12个可编程输入引脚实现对中心频率、工作方式、截止频率、品质因数的设置。本系统设计的带通滤波器及其输出波形如图3所示。其中品质因数的设定编码为1110100，外部频率与中心频率之比的设定编码为0000，即比值为100.53。由于电路中的外部频率为100kHz，因此带通滤波器的中心频率约为1kHz，满足系统的设计要求。经实验验证，完全可以满足系统信号的要求，输出的电压信号质量高[5]。

2.3 次级放大电路

系统中选用MAXIM公司的MAX4194芯片来设计次级放大电路。MAX4194是一种低电压、低功耗、低噪声、高精度的可变增益仪用放大器，它具有低失调电压和失调电压漂移，温度稳定性良好等特点。它主要用于低电平信号放大、数据采集系统，良好的直流特性和交流特性使得MAX4194非常适合驱动A/D转换器，是各种高速数据采集系统的理想选择，完全适合用于多种类型的光信号探测系统中。MAX4194仅需要外接一个精密电阻RG就可以设置放大倍数。MAX4194芯片的内部集成了精密的运算放大器和激光调整的精密电阻，具有很高的精度和优异的性能。MAX4194是在传统的三运放组合方式改进的基础上研制的仪用放大器，提供了双极差分输入，输入偏移电流很低，非线性误差很小。差分放大倍数为，

式中，RG为外接精密电阻。

MAX4194的输出电压与参考端REF有关，系统中将REF端接地，这样可以使放大器有效消除共模成分。放大器的输出电压为对地电压，外接电阻的大小根据探测器输出信号范围、滤波电路输入输出信号范围、A/D转换电路输入信号范围来确定。实验中，选取RG=10kΩ，则次级放大电路的增益设置为6[6]。

2.4 A/D转换电路

决定系统跟踪精度的一个重要因素是四通道模拟信号的采样同步性及采样精度。探测器输出信号为四通道同步信号，为保证准确测量各通道的信号参数，保持各路输入信号间的相位关系不变，以获取光斑在探测器上的准确位置，应该对四个通道的信号同时采样。虽然MSP430控制器内部集成了A/D转换模块，但考虑到为了提高控制器的响应速度以及提高四通道的同步采样一致性，因此选用了ADI公司的AD7656作为本系统的外置A/D转换器。AD7656是高速低功耗16位逐次逼近型ADC，它包含有6个采样保持器，允许6通道同时采样的，电压输入范围可以设定为±10V或者±5V。AD7656的采样速率可达到每通道250ksps，而系统的有效信号为1kHz，即每个周期的信号能够采样250个数据点，最大误差率小于0.01%，完全满足本系统的设计要求。基于课题背景，文中采用4路同时触发采样，采样完成后再分别读出数据，输出方式采用并口方式，有利于单片机快速读取数据，提高系统的实时性[7,8]。

2.5 执行机构

系统中的执行机构采用二维直线电动平移台，电动平移台由滑动部分、传动部分和电机部分构成。其中滑动结构采用精密直线导轨，传动结构采用精密滚珠丝杆，适合于高稳定性、重复精确定位的机构。驱动装置选用两台0.9°/1.8°的2相42步进电机，选用32细分工作状态，以提高移动精度。平移台的精密滚珠丝杆的导程为2mm，则平移台的移动精度为:

步进电机的驱动电路采用东芝公司的PWM斩波型两相步进电机驱动芯片THB6064H来实现。该芯片可设计出高性能、多细分、大电流的驱动电路，在低成本、低噪声、高速度的设计中应用效果较佳。本文的步进电机驱动电路以THB6064H为核心，配合简单的外围电路实现步进电机的驱动，驱动电路如图4所示。

由于步进电机的驱动电流大，开关频率高，为了抑制对低压电路部分的影响，驱动电源采用独立配备的24V电源模块，仅驱动电路中的控制部分采用与其他电路相同的电源。图4中，VMA、VMB端口是步进电机的驱动电源引脚，设计时应接入瓷片去耦电容和电解电容用来稳压。OUT1A、OUT2A、OUT1B、OUT2B端口分别为步进电机的2相输出接口，由于此芯片内集成了续流二极管，因此输出口外不需要再接，这样就可以使电路板的布线空间缩小，减小控制器的体积。NFA、NFB端口连接0.25Ω/2W大功率检测电阻，用于步进电机A、B两相的相电流检测。OSC1A、OSC1B端口所接的1000pF电容决定了斩波器频率为44kHz。由于步进电机在低频工作时，可能会伴有较大的振动和较大的噪声，可以通过细分驱动来解决，THB6064H的M1、M2、M3端口为细分设置引脚，本系统中设定为101，即实现了32细分。驱动输出的电流调节和衰减方式调节都可通过外接拨码开关来实现，电路简单，方便可靠。驱动电路由单片机直接控制，由单片机根据工作方式输出相应的控制信号，实现了步进电机工作模式、工作状态的控制[9]。

2.6 控制单元

系统的控制核心单元选用的是TI公司推出的MSP430单片机。MSP430系列单片机是16位超低功耗、具有精简指令集的混合信号处理器。MSP430将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，具有片内资源丰富、处理能力强、功耗低的特点。MSP430F1××系列该系列单片机具有内置的FLASH存储器，片内集成A/D模块、定时器模块、模拟比较器、PWM等。MSP430-F1××系列的开发相当简便，利用单片机的JTAG接口，可以在PC上实现程序的下载及调试，极大方便了系统的开发和维护工作。本系统中使用的单片机型号是MSP430F149，该芯片内置2个16位定时器Timer_A3和Timer_B7,2个具有中断功能的8位并行端口P1和P2,4个8位并行端口P3～P6;一个模拟比较器，8路12位A/D转换器;片内有60kB的FLASH程序存储器，2kB的RAM;256字节的信息FLASH，可用来存储各种参数，一般无需外加存储器。MSP430F149完全可以满足本系统的使用要求[10,11]。

3 系统程序设计

系统采用MSP430F149单片机作为控制核心，该单片机采用精简指令集，只有27条核心指令，指令周期可达125ns，开发环境采用的是IAR公司提供的Embedded Workbench集成环境，使用C语言编程。程序流程如图5所示[12]。

4 结束语

本文在原系统的研究基础上进行了改进，采用四象限光电二极管探测器作为探测单元，MSP430单片机作为控制单元，利用更好性能的电路模块构成了激光脉冲跟踪接收系统，大大提高了系统的抗干扰能力和工作性能。本文给出了完整的系统设计方案，采用高性能专用集成电路，优化了程序流程，并且在实际工作中，可以根据需要，很方便将本系统方案移植到新的工作环境。该系统已调试成功，并进行了应用试验。在试验中，光斑产生位移时，二维电动平移台能够及时响应动作，自动调整位置以对准接收目标。本系统的研究成果已经应用在透射式能见度仪的开发中，保证了能见度仪的工作性能和工作环境要求。本系统的开发对于光电探测技术、光通信技术的广泛应用提供了重要的支撑和参考。

摘要：在原系统基础上,基于四象限探测器(QD)构建了激光脉冲自动跟踪接收系统。采用高性能的放大电路、滤波电路、A/D转换电路及精密步进系统,以低功耗单片机MSP430为控制核心完成系统的设计。脉冲信号有效抑制环境噪声的干扰,大大提高了系统的抗干扰能力。二维跟踪精度达到3μm,视场的跟踪角精度为0.3mrad,满足设计要求,对于激光技术的应用具有较大的参考价值。

关键词：激光脉冲,单片机,自动跟踪,瞄准,光电检测,定位,控制

参考文献

[1]冯龙龄,邓仁亮.四象限光电跟踪技术中若干问题的探讨[J].红外与激光工程,1996,25(1):16-21.

[2]西尔瓦诺.多纳特.光电仪器:激光传感与测量[M].西安:西安交通大学出版社,2006.

[3]邓仁亮.光学制导技术[M].北京:国防工业出版社,1992.

[4]刘欣.基于半导体激光光纤组件的直线度测量方法与系统研究[D].北京:北方交通大学,2003.

[5]MAXIM.MAX267Datasheet[EB/OL].http://www.maxim-ic.com.cn/.

[6]崔海朋.基于MSP430的SLED控制系统的设计[J].今日电子,2009,5:68-70.

[7]宋浩然,赵铁龙.AD7656的原理及在继电保护产品中的应用[J].电子技术应用,2007,33(4):55-58.

[8]章伟聪,等.基于AD7656开发高压容性设备绝缘介损的信号的采集系统[J].宁波大学学报,2009,22(2):217-221.

[9]刘立国,等.基于THB6064H的步进电机闭环控制电路设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2011,3:37-38.

[10]郭玉辉,等.基于MSP430F149单片机的真空远程控制系统[J].仪表技术与传感器,2004,8:24-25.

[11]秦龙.MSP430单片机应用系统开发典型实例[M].北京:中国电力出版社,2005:15-72.

基于虚拟仪器技术的激光接收器测试系统 篇3

关键词：虚拟仪器 测试技术 融合性教学 信号分析与处理

为了使学生更好地学习“测试技术”这门课程，很多学校针对这门课的传感器与敏感元件的工作原理及其应用这部分教学内容购置了相应的教学仪器，安排了许多传感器性质认知的实验，使学生能够亲身体验到使用传感器测量物理参数的过程。但是对于信号的采集和分析处理，特别是从信号的时域分析变换到对信号的频域分析这部分教学内容，涉及的名词较多，理论性较强，概念也极为抽象，使得这部分内容成为了“测试技术”课程的教学难点。为解决这个难题，利用虚拟仪器强大的信号产生和分析函数和方便直观的面板控件，让学生能够像对传感器性质认知那样通过做仿真实验，直观地理解信号的组成、信号的频域分析、加窗处理和相关特性分析等核心知识点。

不同于一般的由教师编写好仿真软件后让学生运行软件做实验，为了使学生更好地理解实验原理，掌握信号的分析方法，就要让学生参与到仿真实验软件的设计中来，这样既可通过实验帮助学生掌握理论知识，又教会了学生利用虚拟仪器软件分析学习中遇到的问题，锻炼了学生对知识的应用能力，达到更好的实验效果，实现了“融合性教学”，将理论知识和软件工具的使用同时教给学生。

一、循序渐进将对信号时域分析转换为频域分析的仿真实验设计

仿真实验的设计思想是在让学生自己完成仿真软件编写的同时，还要理解和体会软件本身所展示的理论知识，因为软件编写的过程也是对课堂理论知识学习的过程。但是在这之前大部分的学生并没有接触过虚拟仪器，因此要使学生在短短的2个学时内，既要完成实验软件的编写，还要理解和完成实验内容是有一定难度的。但是随着计算机的广泛普及，如今的学生对计算机及软件编程的相关概念如建立一个工程、文件管理和编辑、控件、库函数等相关概念并不陌生。美国NI公司的虚拟仪器Labview软件开发平台，具有强大的界面设计控件库和函数库，采用图形化编程，只需循序渐进的加以引导，就能让学生在很短的时间里掌握一些简单的虚拟仪器程序（以下简称vi）的编写。

实验从设计最简单的虚拟信号发生器入手，让学生既体验了vi的设计过程，又能直观的了解到幅值、频率及相位等参数对改变信号波形的影响。

（1）首先，带领学生图设计一个如图1所示的虚拟信号发生器vi，在这个vi中第一步要指导学生如何在Labview的函数选择面板上选择“基本函数发生器”。其次，对于频率、幅值和信号类型控件只需将编程线圈分别移到“基本函数发生器”的“频率”“幅值”和“信号类型”三个引脚上选择创建三个输入控件即可，这样可省去控件选择和连线的麻烦。最后，在前面板指导学生找到“波形图”控件，并返回到程序框图面板，将“基本函数发生器”的输出端与“波形图”控件的输入端连接，图1所示的虚拟信号发生器vi就完成了。

（2）用同样的方法在图1（a）的程序框图上再添加2个控件和算子，就可方便的求出“均值”“均值方根”等时域波形的特征值（如图2所示）。

（3）有了前两步的基础，将上例程序框图面板中的“基本函数发生器”换成“公式波形”函数，删去“信号类型”连线及控件，在“公式波形”函数的公式引脚创建“formula”公式输入控件，就设计好了一个波形合成的vi。为了让学生将谐波与频域的频谱线对应起来，在“公式波形”函数的输出端进一步添加一个波形图控件和一个FFT频谱（幅值-相位）函数并连接，结果如图3所示。 这样通过以上三个步骤，一个波形合成与频谱显示的vi就编写完成了。这个vi的操作面板如图4所示。

根据推导，方波的富氏级数展开式如公式1.1所示，展开式表明方波是由各次谐波叠加而成的。

学生在做实验时只要将公式中的各次谐波逐项的输入到图4的波形合成公式（formula控件）中并运行，就可看到波形叠加合成的过程，并且可看到每输入一次谐波，频谱图上就多了一条谱线，这样就将时域的合成波形与频域的谱线对应起来，学生就不难理解信号的组成成分是由不同频率的谐波叠加而成的概念了。而且可以看到随着叠加谐波次数的增加，合成波就越接近于理想的方波。当谐波次数高到一定数值时，高次谐波对信号合成的影响忽略不计。

二、信号相关性质认知的仿真实验设计

信号相关性质认知的仿真实验设计思路，主要是体现通过展示所求相关函数的波形来说明自相关性质和互相关函数的性质。图5是求两个信号的自相关和互相vi的程序框图，图中采用2个“基本函数发生器”产生信号1和信号2的波形。分别采用Labview的“AutoCorrelation.vi”求信号1的自相关波形，用“CrossCorrelation.vi”求两个信号1和信号2的互相关波形，并且分别用2个波形图控件显示自相关和互相关的波形。

为方便观察，将信号1信号2的原始波形通过一个信号合并器放在同一个波形控件中显示。为使“AutoCorrelation.vi”和“CrossCorrelation.vi”进行相关计算更精确，在某些情况下需归一化。该vi提供偏差和无偏差两种归一化。分析时要注意将这两个算子vi的归一化端创建一个输入型的normalization枚举控件，并选择无偏差归一化进行相关计算，以保证计算波形的正确性。这个vi的前面板如图6所示。 通过在图6选择不同频率不同波形的信号1和信号2，可以观察到选择信号1不同波形时的自相关波形，和两个不同频率周期信号以及周期信号与随机信号的互相关函数为零的性质。

三、结束语

课堂教学的学时总是有限的，除了上述两个实验外，利用Labview还可以设计出如采样定理原理、窗函数与谱泄漏、信号的调制与解调等多种vi，来帮助学生直观的理解抽象的概念。

通过虚拟仪器软件上机实验，学生初步掌握了编写vi的方法，学生只要在自己的电脑上安装虚拟仪器软件设计平台，再给学生配以适当的讲义，学生便可自己完成以上vi的设计，这样既教会了学生使用虚拟仪器软件工具，又使得学生在编写一个个vi的过程中运用了课堂上所学到的理论知识，达到了融合教学的目的。

参考文献：

[1]熊诗波，黄长艺.机械工程测试技术基础[M].北京：机械工业出版社，2013.11.

[2]邹大鹏，吴百海，龙建军.广东工业大学学报（社会科学版）：基于虚拟仪器技术实现测试技术教学改革的研究[J].广东省广州市， 2007，（07）：104-106.

[3]蔡共宣.虚拟仪器技术引入测试技术教学的研究与实践[J].装备制造技术，（02）：170-171.

基于虚拟仪器技术的激光接收器测试系统 篇4

根据地铁反恐实战模拟演练的需要,以地铁火灾事件处置为例,采用游戏引擎技术,开发了地铁3维虚拟演练系统,对地铁内部环境进行了逼真模拟,在3维环境下,实现了信息查询、多媒体信息关联展示、动态视频调用等功能,并可以动态操作控制3维虚拟对象,进行事件的`动态处置,在基于3维的虚拟演练方面,做了有益的探索与尝试.

作 者：贺日兴 李家龙 董红路 张皓 丘京松 张瑾 HE Ri-xing LI Jia-long DONG Hong-lu ZHANG Hao QIU Jing-song ZHANG Jin  作者单位：贺日兴,李家龙,董红路,张皓,HE Ri-xing,LI Jia-long,DONG Hong-lu,ZHANG Hao(北京市公安局信息中心,北京,100740)

丘京松,张瑾,QIU Jing-song,ZHANG Jin(北京动力时空科技发展有限公司,北京,100083)

刊 名：地理信息世界  ISTIC英文刊名：GEOMATICS WORLD 年，卷(期)：2008 06(3) 分类号：P208 关键词：地铁反恐   虚拟演练   游戏引擎技术   3维  

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基于虚拟仪器技术的应变测量 篇5

基于虚拟仪器技术的应变测量

作者：李东占 侯 力 郭焕刚 薄立朗

来源：《现代电子技术》2009年第15期

摘要：虚拟仪器技术在信号测试测量领域的应用越来越广泛，设计基于虚拟仪器技术的应力应变检测系统，介绍双孔梁应变检测原理、硬件组成，以及利用LabVIEW软件实现该系统功能的程序流程和具体的设计过程，给出应变测量程序和低通滤波电路。该系统简单易用，通过对双孔梁的应变测量实现了对其端部受力的测量。

美容仪（激光美容仪器）广告语 篇6

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光电无创，美丽再现。

美的魅力，心的演绎。

澳玛美容仪器，改变你一生的形象。

这一刻，美丽与你不再遥远。

澳玛，把美丽带回家!

澳玛完美72变!

澳玛美容仪，美丽全方位。

年轻不再是梦想，不老不再是传说。

澳玛美容仪器，美丽源自高科技。

追求美丽，是澳玛的天性。

美丽，意想不到地在发生。

奇迹就在一瞬间。()

澳码给力，终身美丽。

光电速美，领先地位。

基于虚拟仪器技术的激光接收器测试系统 篇7

随着计算机技术的迅猛发展,虚拟仪器技术在仪器测试技术领域得到了广泛的应用,已经成为21世纪测试技术与仪器技术发展的一个重要方向,并且不断地延伸到研究、制造和开发等众多领域。在雷达测控领域,各类雷达性能指标测试的数字化、标准化、通用化自动测试一直是业界研究的课题,基于GPIB通用总线接口和网络接口的虚拟仪器技术有力地支持了新一代雷达指标测试技术的研究。本文所涉及的雷达指标测试功能主要包括完成对各种抛物面雷达和方向图、差方向图、雷达轴比、雷达增益、雷达差零深、差斜率、差线性度、第一副瓣电平、3 dB点波瓣宽度以及10 dB点波瓣宽度的指标的自动化测试和计算,对所采集的数据进行图形化显示,并以可视化报告的形式打印出相关的测量曲线和特征点信息。测试系统成功地涵盖了“HP”,“RS”,“AGILENT”等三个系列的频谱仪及矢量网络分析仪,基本覆盖了常用的频谱仪和矢量网络分析仪类型。

1 系统组成

根据测试系统需求,雷达测试系统经过设备选型、设备接口论证、软件方案论证、关键技术攻关、测试软件研制和不同型号雷达测试实验六个阶段,结合目前使用的各类频谱仪种类,GPIB接口为标准配备的占到90%以上,高低速接口并存也是一个不容忽视的因素,以及实时控制系统均为标准机型的特点,雷达自动测试系统选择了成本低、效率高、兼容性强的硬件接口,整个系统由笔记本电脑、高速GPIB通信卡、电平转换器、便携式喷墨打印机和自行研发的基于GPIB通用总线接口的虚拟仪器技术测试软件系统组成。系统组成框图如图1所示。

2 雷达方向图测试方法

基于国军标的雷达统一测试方法是测试系统的一个难点,基于国军标的雷达方向图测量方法有三大类六种方法,第一类是测试场测量所采用的等高架测试场测量方法、源雷达高架的斜式测试场测量方法、反射测试场测量方法和缩距场测量方法;第二类是现场测量所采用的利用人工运动员测量方法;第三类是平面扫描近场测量所采用的展开法。这三类测量方法各有其适用范围,这里对常用的测试场测量方法进行简要介绍。

测试场测量包含等高架测试场测量方法、源雷达高架的斜式测试场测量方法、反射测试场测量方法和缩距场测量方法。其中等高架测试场测量方法要求测试场地面平坦,能够尽量屏蔽周围干扰,这种测试方法大多只能适合于微波暗室的测试环境。

源雷达高架的斜式测试场测量方法是在试验场常用的一种方法。斜式测试场测量示意图如图2所示。

具体测试方法和步骤如下:

(1) 源雷达架设在高塔上,被测雷达及定位装置架设在地面上,源雷达垂直方向图的第一零点指向几何反射点,架设高度应满足以下条件:

$h\ge 4D(1)$

(2) 源雷达与被测雷达之间的斜距满足以下公式:

$R\ge {\rm K}(D+d){}^2/\lambda (2)$

当d≤0.4D时,允许:

$R\ge {\rm K}D{}^2/\lambda (3)$

式中:R为测试距离;D为被测雷达口径最大线尺寸;d为源雷达口径最大线尺寸;λ为最短工作波长;K为根据具体测量精度要求而定的系数,但不得小于2。

3 基于GPIB的虚拟仪器技术

基于IEEE 488和IEEE 488.2协议GPIB总线的虚拟仪器技术是系统开发的关键。

雷达测试系统虚拟仪器技术能够利用高性能的模块化硬件,在兼容不同型号频谱仪的基础上结合特殊专业特点对仪器进行二次开发,结合所研制的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用,满足测试系统对同步和定时应用的需求。因为基于虚拟仪器技术的频谱仪软件开发是第一次,如何攻克这项技术成为关键的环节。

所谓虚拟仪器,就是用户在通用计算机平台上,根据测试任务需求,定义和设计仪器的测试功能,使得使用者在操作这台计算机时,就像是在操作一台他自己设计的测试仪器,实现了计算机与测试仪器的一体化。虚拟仪器的出现,打破了传统仪器由厂家定义,用户无法改变的工作模式,使得用户可以根据自己的需求,设计自己的仪器系统。与传统仪器相比,虚拟仪器在经济性、灵活性、扩展性和可维护性等方面都具有独特的优势,实质上代表了一种创新的仪器设计思想。

虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素,硬件功能是获取被测的物理信号,提供信号传输的通道。模块化I/O硬件以其效率高、接口全为主要特点,无论PCI,PXI,PCMCIA,USB或者是1394总线,都是模块化的I/O硬件的标准接口。软件则是实现数据采集、分析、处理、显示等功能,并将其集成为仪器操作与运行的一体化环境。

总体上而言,虚拟仪器硬件技术以VXI,PXI等先进的计算机接口总线发展为标志,而软件技术则以VISA,SCPI和IVA等最新标准和LabVIEW,LabWindows/CVI等先进开发平台为核心,构成一个比较完整的虚拟仪器技术体系,使用正确的软件工具并通过设计或调用特定的程序模块,可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。LabVIEW软件不仅能轻松方便地完成与各种软硬件的连接,更能提供强大的后续数据处理能力,设置数据处理、转换、存储的方式,并将结果显示给用户。

虚拟仪器技术是以一种全新的理念来设计和发展的测试技术,它主要用于自动测试、过程控制、仪器设计和数据分析等领域,其基本思想是在仪器设计或测试系统中尽可能用软件代替硬件,即“软件就是仪器”。它是在通用计算机平台上,根据用户需求来定义和设计仪器的测试功能,其实质是充分利用计算机的最新技术来实现和扩展传统仪器的功能。

基于IEEE 488和IEEE 488.2协议GPIB总线的虚拟仪器软件的开发,由于LabVIEW商用软件投入成本较高,而且专用于雷达测试的功能并不多,在此条件下,自行开发一套适合于雷达测试专用的虚拟仪器软件成为一个迫在眉睫的任务。雷达测试系统是基于虚拟仪器技术的通用消息基接口来实现的,下面简要介绍虚拟仪器总线数据采集的常用方法。

基于虚拟仪器总线数据采集的方法通常可以分为两种,一种是通用接口的消息基接口,另外一种是寄存器基接口。消息基接口的作用是通过总线传送命令,从而控制仪器硬件的操作;通用寄存器基接口是由寄存器简单的读写来控制仪器硬件的操作。根据现有设备所涉及的设备的具体情况,利用消息基接口进行设计,具体消息基接口的框图如图3所示。

4 实际应用结果

通用虚拟仪器的软件接口开发取得了圆满的成功,它的研制成功使得以后对专用测试仪器设备的通用统一开发成为可能,实际应用证明是行之可靠的,可供技术人员在组建基于虚拟仪器技术的数据采集器时参考使用。

通用雷达和方向图、差方向图、雷达轴比、雷达增益、雷达差零深、雷达差斜率以及差线性度的指标自动化测试离不开雷达半功率波束宽度的自动计算和测试时雷达最佳运行速度的自动计算,计算是该系统的主要功能,能否很好地完成该项功能,统一的雷达测试方法是十分关键的。在GJB3308-98,GJB3310-98的基础上,结合长期以来的实际测试工作经验,形成了本测试软件的测试方法,通过在试验场现场的测试结果来看,测试数据和数据分析结果均达到或优于人工测量结果。关于测试方法的模型,由于篇幅关系,就不一一列举了。最后给出具体和方向图、差方向图测量结果输出图形,分别如图4,图5所示。

摘要：介绍了基于GPIB虚拟仪器技术的雷达自动测试系统的硬件构成和软件设计方法。通过对虚拟仪器技术的深入研究,重点论述了虚拟仪器技术的特点及其对本系统的有力支持,同时对雷达和方向图、差方向图、雷达轴比以及增益等雷达分系统性能测试方法也进行了详细的论述,并通过几个典型的软件设计模型分析了影响测试结果可靠性的诸多因素和环节。

关键词：虚拟仪器技术,通用接口总线,分贝方向图,轴比,算法

参考文献

[1]林继鹏,茹锋.虚拟仪器原理及应用[M].北京:中国电力出版社,2009.

[2]张麟兮.雷达目标散射特性测试与成像诊断[M].北京:中国宇航出版社,2009.

[3]庄钊文,袁乃昌,莫锦军,等.军用目标雷达散射截面预估与测量[M].北京:科学出版社,2007.

[4]弋稳.雷达接收机技术[M].北京:电子工业出版社,2005.

[5][美]巴顿.雷达系统分析与建模[M].北京:电子工业出版社,2007.

[6]余成波.虚拟仪器技术与设计[M].重庆:重庆大学出版社,2006.

[7]李江全.虚拟仪器设计测控应用典型实例[M].北京:电子工业出版社,2010.

[8]杨运强.测试技术与虚拟仪器[M].北京:机械工业出版社,2010.

[9]张重雄.虚拟仪器技术分析与设计[M].北京:电子工业出版社,2007.

基于虚拟仪器技术的激光接收器测试系统 篇8

练习、考试”三个过程。

【关键词】:仿真、实训演练、系统设计

中图分类号:TP391.9 文献标识码: A文章编号:1003-8809(2010)-08-0189-01

1. 系统开发背景

铁路信号设备种类多,现场作业难度大,技术含量高,培训工作由于职工数量多,使用中的设备不能动,现场实验设备数量少,加之一线职工的文化层次的差异,造成对职工实训演練的工作难度增大,系统全面地掌握类似技能其周期就更长。虚拟仿真技术可将原本平面静态的文字、图形、作业流程及实训演练等内容以三维仿真方式来表现,配合文字、图像、动画、视频、声频、音效等数字资源,模拟仿真信号设备现场工作环境,把原本枯燥无味的学习模式变成三维仿真交互手段来实现。激发了培训者深入了解的兴趣,提高学员的学习效率,缩短学习周期,解决现场实做内容培训工作的难题。

2.系统设计特点

本系统采用先进的三维虚拟现实技术实现信号设备的仿真与传统的仿真系统相比,具有以下优点:

(1)、用计算机实现信号设备操作的完全三维软件仿真,节约成本,无需建实验室。

(2)、在电务段局域网环境下,实现多用户任意计算机终端登陆后,都可以使用本系统的全部仿真功能。

(3)、采用最新开发的BS嵌套CS架构和BS三维引擎,真正实现了网络环境浏览器方式的三维仿真。计算机终端采用浏览器方式,使用简单方便,同时具备CS的速度与功能。

(4)、本系统在一个软件平台下,实现不同设备的仿真,设备种类全。当增加新设备后,可单独开发该设备的仿真模块即可,完全满足电务段的培训需求。

(5)、本系统针对每个信号设备具有三维仿真练习库,试题库,改变了传统的学习考试方式,实现了信号设备练习、考试的实做仿真,并实现实做考试的自动评分。

(6)、自动记录、统计、查询学员的学习时间、练习内容、考试成绩等。

3.系统表现形式(角色)及模型

3.1角色定义

通过对项目提出方提供的脚本分析,本系统定义如下角色:

虚拟三维仿真(矢量模型)类。直观性更强,效果更好 ,使原本枯燥无味的知识变成双向互动的学习。激发了浏览者的兴趣。

360度物体型三维全景类。互动操作,真实性极强。

平面动画类。原理关系表现明了、色彩鲜明、动感强烈、逻辑关系把握准确,与传统的图例模式相比浏览者更容易理解。

图片表现类。直观真实。

视频表现类。观看性强、信息量大。

3.2系统表现模型

通过电务仿真实训演练系统,解决实做培训工作的难题。给使用者提供一个互动的学习环境,提高使用者的业务素质;给培训者创造一个高效崭新的学习方法,不断提高电务职工维修设备的质量水平及分析判断处理故障的能力,为行车安全的良好运行保驾护航。

参考资料:

基于虚拟仪器技术的激光接收器测试系统 篇9

（武警石家庄士官学校 河北 石家庄 050061）

【摘 要】虚拟现实技术可以广泛应用在教学活动中，并且可以带来切实可观的效果。以虚拟现实技术为发展趋势的信息技术日新月异，当它被应用到教育领域时，能够提供逼真的实验环境和事件场景，内容组织安排特别强调学生主动参与来构建知识结构，使学生由“被动听讲”转变为“主动学习”。文章旨在分析探索以虚拟现实技术为基础、以交互式为导向的数字教学模式。

【关键词】数字教学；虚拟现实技术；交互式；教学模式

虚拟现实技术具有超越现实的虚拟性。它是伴随多媒体技术发展起来的计算机新技术，虚拟现实技术的发展和应用，使人机交互更好地与日常生活经验相契合，为交互式的教学方法提供了技术支持。通过研究人的行为，运用交互式的教学方法，探究以虚拟现实技术为代表的先进技术在未来数字教学模式中的应用。

1.虚拟现实系统的构成 虚拟环境 它由虚拟环境发生器所产生，且可让使用者通过传感器件和作用器件与之交互，这种交互的结果是使用者有全身心进入这一环境的感觉。

传感器件 它将虚拟环境中的物体的形、动作、声音等进行转换，使人能获得视觉、听觉、触觉等多方面的感觉。这些感觉与他以往在实际环境中的感觉一致。

人 虚拟现实实质上是一内含反馈的闭环系统，只有人的存在才能使这一反馈环路有效成立。所以人是VR系统中不可缺少的成分。人通过传感器件感受虚拟环境的存在.又通过作用器件去影响虚拟环境，使其作出相应的变化。

虚拟环境发生器 它能产生使用者所需要的虚拟环境，且能通过作用器件传来的作用信息。了解使用者的位置和动作。并对已产生的虚拟环境作出相应的修改。

虚拟现实所建立的虚拟环境是基于真实数据数学模型组合而成的，技术标准严格遵循项目设备的标准和要求，建立一个逼真的三维场景，对设施进行真实的“再现”，可以使学员在虚拟场景中人机交互，同时可以减少理论或实践知识掌握不周全造成的设备损坏和安全事故，提高了项目任务的学习质量。

2.虚拟现实技术与交互式教学分析（1）人机交互。人机交互的方式可以分为数据交互、图像交互、语音交互和行为交互四类，其中行为交互是当今社会研究的重点，它是指通过身体的姿态和动作来表达意思。计算机通过用户行为能够预测用户想要做什么，并以此来满足用户的需求。现代教学，教的内容趋于多样化，学生的需求也趋于多样化、多层次，每个学生的个体差异也更为突出，怎么针对这些新的特征，利用更好的交互技术，使教与学的内容在数字化的平台上，更好地照顾学生的个性化特征和需要，更好地实现教师个体与学生个体之间以及学生群体之间的相互交流、互动学习就变得尤为重要。

（2）现代教育与数字教学。数字教学是指教师和学习者在数字化的教学环境中，遵循现代教育理论和规律，运用数字化的教学资源，以数字教学模式培养适应新世纪需要的具有创新意识和创新能力的复合型人才的教学活动。随着计算机和互联网技术的日益发展及应用，数字教学模式主要应用于多媒体教学和网络教学领域，并逐渐深入到学习的方方面面。

3.交互式数字教学模式构建 基于虚拟现实技术的交互式数字教学模式，能够通过虚拟现实技术，以文本、图片、影像、声音、数据采集及感应技术、影像及数字感知内容为主要交互媒体，以自然式的交互方式，配合可互动操作的动态信息、仿真模拟、各种感觉与知觉的数字反馈技术，多维度、多媒体、多人互动式地展示IM及时通讯、留言板等多种形式的数字内容，以教学的核心内容为课程组织的基础，构建适应当下以数字信息为主要教学内容的互动式教学模式。基于虚拟现实技术的交互式教学模式的构建主要从以下几个方面入手：

（1）提供多维度的丰富教学资源。有效传播多种媒体的多样化信息，提高学生对于教学内容的注意力。虚拟现实的技术能够为交互式数字教学模式设计立体的教学模式效果，将课堂理论教学、实验室教学、企业基地等实地教学相结合，理论专题研讨、案例教学、技术实践小组协作等多种教学方法交叉，利用虚拟现实技术呈现理论公式。实现教学的开放性、时效性、针对性和实战性，提供多维度的丰富的教学资源。

（2）实现交互式因材施教的个性化教学。参与式教学的交互教学模式能够充分调动学生的积极性，构建虚拟现实的实验学习环境，根据每个学生的个性特点及专长，搭建适合学生的个性化教学实验环节，模拟搭建实验环境，让学生充分展开想象，模拟仿真其实验效果，预演实验结果，有助于提高学生对于课程内容的参与度和认知程度。另外，学生还可根据自身的兴趣点，专项选择适合自己发展特点的学习内容，个性化地定制学习内容。教师可根据每个学生的学习情况，跟踪分析其学习结果，对症安排辅导及进一步深入学习的内容，提高学习效率，增强交互式学习的效力。

（3）建设富有特色的网络教学平台，提供丰富多彩的专题知识和扩展的学习资源。由于当前各学科发展变化都比较大，各学科间相互交叉，学生的知识涉及面也越来越广泛，综合性强，新兴交叉学科与原有学科之间的传承变化都面临着很大的挑战。由于教学的具体内容和对象变化非常迅速，很多问题在课堂上只能点到为止。因此，充分利用虚拟现实的技术，搭建交互式的数字教学平台，可以有效管理丰富多样与不断发展变化的教学资源，为学生提供进一步了解相关知识的课余辅导材料，有效整合、分享国内外各名校的免费教学资源，提供学校各学科教师间、各届学生间以及校企之间的有效沟通平台，形成分享式与定制式结合的学习资源库。

4.总结 随着三网合一以及云计算等信息技术的发展成熟，基于虚拟现实的网络学习资源库也变得更为可行。专题知识由各教师提供最新的相关领域的理论、实践方法等内容，并要随时更新。这些资源库能够有效地传承文化，整合教学资源，为师生及校企、社会提供帮助。总之，基于虚拟现实技术的交互式数字教学模式，必将全面推动教学质量的提升。

参考文献

[1] 《通用分布式虚拟现实软件开发平台的研究》邓志东，于世良。系统仿真学报，2008，20（12）

基于虚拟仪器技术的激光接收器测试系统 篇10

摘要：首先，针对闪存Flash的存储编程特点，提出一种基于虚拟扇区的闪存管理技术，使系统对Flash的擦写次数大大降低，从而提高Flash的使用寿命和整个系统的性能。然后，通过嵌入式系统电子名片管理器，介绍这一技术的使用。随着闪存的广泛应用，对Flash的有效存储管理将有很大的实用意义和社会效益。

关键词：闪存Flash 虚拟扇区VSS 存储管理 扇区分配表SAT

引言

随着嵌入式系统的迅速发展和广泛应用，大量需要一种能多次编程，容量大，读写、擦除快捷、方便、简单，外围器件少，价格低廉的非易挥发存储器件。闪存Flash存储介质就是在这种背景需求下应运而生的。它是一种基于半导体的存储器，具有系统掉电后仍可保留内部信息，及在线擦写等功能特点，是一种替代EEPROM存储介质的新型存储器。因为它的读写速度比EEPROM更快，在相同容量的情况下成本更低，因此闪存Flash将是嵌入式系统中的一个重要组成单元。

然而，由于Flash读写存储的编程特点，有必要对其进行存储过程管理，以使整个系统性能得以改善。

1 闪存Flash的存储编程特点

Flash写：由1变为0，变为0后，不能通过写再变为1。

Flash擦除：由0变为1，不能只某位单元进行擦除。

Flash的擦除包括块擦除和芯片擦除。块擦除是把某一擦除块的内容都变为1，芯片擦除是把整个Flash的内容都变为1。通常一个Flash存储器芯片，分为若干个擦除block，在进行Flash存储时，以擦除block为单位。

当在一个block中进行存储时，一旦对某一block中的某一位写0，再要改变成1，则必须先对整个block进行擦除，然后才能修改。通常，对于容量小的block操作过程是：先把整个block读到RAM中，在RAM中修改其内容，再擦除整个block，最后写入修改后的内容。显然，这样频繁复杂的读-擦除-写操作，对于Flash的使用寿命以及系统性能是很不好的，而且系统也常常没有这么大的RAM空间资源。一种基于虚拟扇区的管理技术可以有效地控制Flash的擦写次数，提高Flash的使用寿命，从而提高系统性能。

2 基本原理

2.1概念

VSS(Visual Small Sector)，虚拟小扇区：以它为单位读写Flash内容。

VSS ID(Visual Small Sector Identity)，虚拟小扇区号：只通过虚拟扇区号进行存储，不用考虑它的真实物理地址。

SI(Sector Identity)，分割号：一个擦写逻辑块中物理扇区的顺序分割号。

BI(Block Identity),块号：Flash芯片中按擦除进行划分的块号。

SAT(Sector Allocate Table)，扇区分配表：一个擦写逻辑块中的扇区分配表。一个SAT由许多SAT单元组成，一个SAT表对应一个Block，一个SAT单元对应一个VSS。

每个SAT单元最高两位为属性位，后面各位为VSS ID号。如果一个SAT单元由16位组成，则VSS ID最大可以达到16×1024;而如果SAT单元由8位组成，则VSS ID最大可以达到64，具体约定由应用情况而定。

2.2 实现原理

把每个block分为更小的虚拟逻辑块(visual small sector)，称为虚拟扇区，扇区大小根据应用而定。每个block前面的一固定单元用于记录本block中扇区分配的使用情况(即扇区分配表)，包括扇区属性及扇区逻辑号。图1为逻辑扇区划分示意图。

在进行数据读写和修改时，以虚拟扇区块的大小为单位。要修改某一扇区的数据时，先读出这个扇区的内容，重新找一个未使用的扇区，把修改后的内容写入这个新扇区。然后，修改原来扇区的属性值为无效，修改这个新扇区的属性为有效，拷贝VSS ID号到新扇区对应的SAT单元中。

这样，当某一个block中的SAT属性都标为无效时，才对当前block进行擦写。可见，以虚拟扇区大小为单位的存储管理，对Flash块的擦写次数可大大减少，从而提高了系统性能。

(本网网收集整理)

3 VSS管理实现要点

3.1 常数部分

#define BLOCKSIZE 128*1024 //可根据Flash型号修改

#define SECTORSIZE

512 //可根据Flash型号及应用情况修改

#define MAX_BLOCK 8 //可擦除块个数

#define MAX_SI_1B 255 //每个可擦除块中有效SI个数

#define SATSIZE 510 //扇区分配表大小

#define VSS_MASK 0XC000 //VSS属性屏蔽值

#define VSS_FREE 0XC000 //VSS为未使用的属性值

#define VSS_VALID 0X4000 //VSS为有效的属性值

#define VSS_INVALID 0X0000 //VSS为无效的属性值

3.2 数据结构部分

unsigned char VSS_Table[MAX_BLOCK][MAX_SI_1B/8];用于记录Flash中各个block的使用情况。数组中的某位为1，表示相应sector为未使用;否则，为已经写过，系统通过这个表可以跟踪各个block的使用情况。

3.3 函数功能部分

1) Flash_Format//擦除整块Flash存储介质。

2) Flash_Init()//对VSS管理系统参数进行初始化，填充VSS_Table表，统计Flash的使用情况。在系统复位初始时调用。

3) Block_Erase(int blockID)//擦除块号为block ID的块。

4) Find_VSS(int vss)//查找VSS所在的block ID及分割号SI。

5) Get_Addr(int vss)//取得VSS所在的物理地址。

6) Scan_SAT(int blockID)//整理块号为block ID的SAT，填充VSS_Table[]。

7) Flash_Read(long addr,char *pdata,int len)//从物理地址为addr的Flash处读取len个字节到pdata。

8) Flash_Write(long addr,char *pdata,int len)//写pdata中长度为len的数据到指定地址为addr的Flash中。

9) Read_Sat(int bi)//读取块号为blockID的SAT。

10) IsValid(vat)//检查本SAT单元属性是否有效。

11) IsFree(vat)//检查本SAT单元属性是否未使用。

12) IsInvalid(vat)//检查本SAT单元属性是否无效。

13) Read_VSS(addr)//从地址为addr处读一个VSS。

14) Write_VSS(addr,*pData)//把pData中的内容写到从地址addr开始的一个VSS中。

4 计算VSS ID的物理地址

要对某个VSS ID进行读写操作，必须先找到其物理地址。

定位某个VSS ID物理地址的过程如下。

① 查找这个VSS ID所在的块号(BI)以及在这个块中所处的分割号(SI)。

从第一个block开始，搜索这个块的SAT表。首先搜索属性，只有属性为有效的才比较VSS ID号。如果条件满足，记录所在的块号BI及SAT的位置，即扇区分割号SI;否则，block号增加，继续按照上面步骤查找。

bFound=0;

for(int i=0;i

{//读取对应block的SAT表

psat=ReadSat(i)

for(j=0;j

{//分析每个SAT单元

sat=*psat++;

if(IsValid(sat))//比较属性是否有效

{//比较逻辑号是否相等，相等设置标志退出

if(Equal(sat,VSSID)){bFound=1;break;}

}

}

if(bFound){bi=i;si=j;break;}//找到后记录块号和分割号退出

}

②找到VSS ID所在的块号及分割号(SI)后，这个VSS ID的物理地址为：

ADDR=整个Flash的偏地址+

BLOCKID*BLOCKSIZE+SATSIZE+SI*SECTERSIZE。

5 应用

应用于名片记录管理系统：由于名片记录很大，而且记录很多，存在常常修改的情况，因此可以使用Flash作存储介质。

名片记录结构为：

struct CARD

{

char name[10]; //姓名：10字节

char position[15]; //出职务：15字节

char companyname[40]; //公司名称：15字节

char mobilephone[11]; //手机号码：11字节

char homephone[15]; //家庭电话：15字节

char officephone[15]; //办公电话：15字节

char Email[30]; //邮件地址：30字节

char homepage[30]; //公司主页：30字节

char remark[40]; //备注：40字节

｝card_record;

每个名片记录大小为：181字节。

对于1MB的Flash，分为8个block，每个block为128KB(131072字节)。

针对以上情况，作如下分配：

每个扇区大小为181字节;

SAT大小为1432字节，每个SAT单元用16位(2字节);

分为716个扇区，也相当于1个block能存716条名片记录，则131072-1432-716×181=44字节为空闲。

常数定义部分修改如下：

#define blockSIZE 128*1024 //每个block大小

#define SECTORSIZE 181 //每个扇区大小

#define MAX_SI_1B 716 //每个可擦除块中有SI个数

#define SATSIZE 1432 //扇区分配表大小

#define VSS_MASK 0XC000 //VSS属性屏蔽值

#define VSS_FREE 0XC000 //VSS为未使用的属性值

#define VSS_VALID 0X4000 //VSS为有效的属性值

#define VSS_INVALID 0X0000 //VSS为无效的属性值

约定：首先对名片进行编号，且约定名片的编号对应于VSS ID逻辑号。

a) 记录增加。增加一个记录时，根据提供的VSS ID号，首先查找这个记录号是否在使用。如果还没有使用，首先查找这个记录号是否在使用。如果还没有使用，则申请一个未使用的VSS，把相在内容写入这个VSS，修改其对应的.SAT单元，写入有效属性值和VSSID号;否则，进入记录修改过程。

b) 记录删除。要删除一个记录时，根据提供的VSS ID号，查找SAT表。如果找到，修改其对应的SAT属性为无效;否则，说明这个记录不存在。

c) 记录查找。①由VSS ID号进行的查找：根据提供的VSS ID号，查找所有的SAT表中属性为有效的VSS ID，返回相应的BI及SI。②根据名片的用户名查找：检测所有的SAT表中属性为有效的VSS ID，得到相应的BI及SI，由BI及SI定位到指定Flash物理地址读入用户各到RAM中，比较是否相等。如果相等，读取并返回SAT单元的VSS ID;否则，继续查找。

d) 记录修改。当要修改一名片记录时，由VSS ID先把这个记录读入到RAM中，然后修改其内容，重新找一个未使用的扇区，把修改后的内容写入到这个新扇区中，并拷贝其VSS ID

号到这个新扇区对应的SAT单元，修改其属性为高，修改原来的扇区属性为无效。

结语

卫星电视接收技术小测试 篇11

一、填空题：（每空1分，共20分）

1、卫星电视信号频率分为C波段和Ku波段，其中C波段频率范围是________，Ku波段频率范围是________。

2、卫星电视信号分为________和________两种极化方式。

3、我国的卫星电视频道是通过________、________和________三个卫星传输的。

4、Ku波段信号一般用________天线接收，C波段信号一般用________天线接收。

5、常用的C段高频头本振频率为________，Ku段单本振高频头本振频率为________，Ku段双本振高频头，低本振频率为________，高本振频率为________。

6、我国的直播卫星名称是________,该星即将发射并定位于同步静止轨道的________经，________度。

7、将信号从地面送到卫星上的地球站叫________站，接收卫星信号的地球站叫________站。

8、场强相同的情况下，接收机的接收门限越高，则要求高频头的增益越________，或者天线的口径越________。

二、选择题：（每题2分，共20分）

1、家用卫星接收系统中，高频头采用( )

A、专用电源线供电

B、和中频信号共用同轴电缆供电C、不用电源

2、偏馈天线采有正装法时，其仰角应比实际计算的仰角（ ）

A、大B、一样 C、小

3、目前凤凰卫视在以下哪个卫星哪个波段中解密播出( )

A、亚洲2号C波段 B、亚洲3S号C波段

C、亚太6号Ku段

4、115.5°E的卫星是( )

A、亚洲2号 B、鑫诺2号 C、中星6B

5、在赤道地区接收卫星电视信号时，其天线仰角是( )

A、 90度 B、180度 C、0度

6、高频头极化方式转换采用( )开关

A、12V B、22k C、13/18V

7、一个DisEqc转换器最多可转换天线数量为( )

A、2个 B、4个 C、8个

8、当天线没对好卫星时，将显示( )

A、信号强度和品质均为零度

B、有一定的品质但信号强度为零

C、有一定的信号强度但品质为零

9、当采用一锅双星同时接收两个卫星信号时，以下最为合适的双星组合是（ ）

A、亚洲2号和亚洲3S号 B、亚洲2号和亚太6号

C、亚洲3S号和亚太2R号

10、在我国，目前个人收视卫星电视节目是（）

A、随意接收 B、不能接收

C、有条件接收（即需要办一定的手续）

三、判断题：（每小题2分，共20分）

( )1、高频头线极化不正确就一定收不到信号。

( )2、一般情况下，C段高频头比Ku段高频头体积大。

( )3、双极化高频头垂直极化部分电路损坏后，只要将极化角旋转90度仍可以用水平极化的部分的电路收到垂直极化信号。

( )4、同一颗卫星，用数字方式比用模拟方式能传输更多套的节目。

( )5、现阶段卫星数字节目视频压缩方式是MPEG-1。

( )6、一个高频头如果用17K来标明其温度噪声系数，那一定是Ku段高频头。

( )7、高频头简称LNB，卫星数字接收机称IRD。

( )8、正馈天线使用在C波段时的增益比使用在Ku波段时的增益低。

( )9、同洲3188C接收机在接收已知频率的信号时，一定要输入符号率。

( )10、卫星电视接收机在使用时，如果同轴电缆芯线与屏蔽线短路有可能损坏接收机。

四、简答题：（共25分）

1、什么叫极化频率复用技术？有什么优点？ （8分）

2、C段和Ku段中f中频、f本、f下行关系如何？请用公式写出来（7分）

3、目前我国村村通卫星直播平台用哪颗卫星进行？在什么频段？是加密的还是解密的？个体接收一般用多大口径的天线？（10分）

五、看图答题：（共15分）

基于虚拟仪器技术的激光接收器测试系统 篇12

随着现代化多层建筑的不断兴建, 电梯已成为重要的交通运输工具。曳引机作为电梯的动力部件, 直接关系到电梯的使用性能和安全性。因此曳引机的性能测试, 成为产品生产、研发、出厂检测不可或缺的环节[1]。传统的曳引机测试方法主要是采用直流电机电阻能耗给曳引机提供负载的方式。整个测试过程由人工控制, 人工记录数据, 不但效率低, 测试结果也易受人为因素的影响。此外, 由于曳引机的型号、规格繁多, 需要测试的项目也比较多, 给测试工作带来困难。

美国国家仪器 (national instruments, NI) 公司在上个世纪80年代提出了“虚拟仪器 (virtual instruments, VI) ”的概念[2]。虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化信号传感器系统和用于数据处理、过程通信以及设计图形用户界面的软件组成的测控系统, 它把仪器的核心部件由传统的硬件转移到软件, 使软件成为这类仪器的核心[3]。

基于虚拟仪器技术设计的曳引机测试系统, 既能提高系统的自动化程度, 又能充分利用计算机的运算、处理、储存优势, 解决人工管理繁杂问题。本文以测试系统为平台, 针对曳引机不同性能的测试, 开发相应的测试子模块, 给曳引机的测试工作带来极大的扩展性, 降低了测试成本。

1 测试系统结构

从整体功能上可将测试系统分为测量系统和控制系统2部分。测试系统的结构组成如图1所示。测量系统以虚拟仪器技术为核心, 由PXI控制器、采集卡和互感器组成, 主要完成测试过程的信号测量、数据处理等功能;控制系统由PLC、负载试验台子模块、脉动试验台子模块以及扩展子模块组成, 主要完成设备状态监视、设备控制等功能。负载试验台子模块完成曳引机的空载、负载、过负载、温升、失步检测;脉动试验台子模块完成曳引机的反电动势谐波分析、脉动力矩分析、制动器制动性能检测;当上述两个子模块不能满足测试需求时, 可开发一个或多个新的测试子模块, 添加到扩展子模块。测试系统以PXI控制器作为上位机, 上位机通过OPC通讯完成对PLC的监视和控制。由PLC控制测试子模块对被测曳引机进行测试, 测试数据由传感器送到采集卡, 采集卡通过PXI总线将数据传给上位机, 上位机完成数据处理和存储, 并自动生成实验报告。

2 测试系统的硬件设计

根据测试系统结构, 分别设计各个部分的硬件, 设计的硬件满足5 kW~45 kW曳引机的测试要求。

2.1 上位机硬件设计

系统上位机采用PXI总线, 并引用PXI嵌入式控制器和PXI测量设备。硬件采用基于PXI总线功能强大的模块化虚拟仪器, 充分发挥了PXI总线的优势。本文采用凌华的PXI-3950控制器和PXIS-2508机箱。PXI-3950是专为PXI平台混合测试系统而设计研发的PXITM嵌入式控制器, 采用Intel Pentium M或Intel CoreTM2 Duo处理器, 能够为各种测试和测量应用提供稳固的操作环境;PXIS-2508机箱可以兼容PXI和CompactPCI规范, 提供1个系统槽和7个外设槽来满足系统随时扩展的测试需求。

2.2 数据采集硬件设计

对于不同类型的信号需要使用不同性能的采集卡, 基于曳引机测试的信号需求, 选取凌华PXI-2022采集卡。采集卡提供了8/16通道差分输入, 16位A/D转换器, 采样速率可达250 kHz, 可满足测试系统模拟量采集需求;采集卡提供2通道32位计数器可满足测试系统脉冲信号采集需求。在多采集卡的应用场合, 可通过PXI总线触发实现多卡同步采集, 使系统的应用极具灵活性。凌华还提供了32位LabVIEW驱动程序, 将PXI数据采集卡与LabVIEW软件开发平台结合在一起。

2.3 负载试验台子模块硬件设计

负载试验台硬件为交直流电机对拖系统, 结构如图2所示。一般曳引机额定转速都小于255 r/min, 若要通过高转速的直流机模拟负载, 必须为对拖系统配置变速箱。被测曳引机通过矢量控制型变频器驱动, 直流电机通过四象限运行的直流驱动器驱动。

负载试验台工作原理:试验中直流电机为被测机的动力输出提供负载, 并吸收被测机的机械能量, 直流驱动器通过控制直流电机的上网电流控制被测机的扭矩, 实现被测机的负载、过负载、温升、失步性能的测量[4]。

2.4 脉动试验台子模块硬件设计

脉动试验台子模块是以曳引机作为原动机直接拖动被测曳引机, 结构如图3所示。曳引机通过矢量控制型变频器驱动, 被测曳引机为从动机。为满足反电势和脉动力矩测量的范围需求, 试验中被测曳引机转速和功率必须要小于等于曳引机的转速和功率。

脉动试验台工作原理:反电动势谐波分析试验中变频器为速度模式, 曳引机为被测曳引机提供均匀的转速, 测量系统则自动测量被测曳引机进线绕组端电压及谐波分量;脉动力矩试验中曳引机调节自身的输出转矩, 并为被测曳引机提供小于40 r/min的转速, 同时测量系统自动记录转轴上转矩的波形;制动器性能试验中制动器抱闸, 再由曳引机拖动被测曳引机进行旋转, 同时测量系统自动记录转轴上的波形, 并计算静摩擦力和动摩擦力的大小。

3 测试系统软件设计

测试系统软件主要完成控制系统和测量系统的人机界面的开发, 具体开发的软件功能如图4所示。

测试系统软件在LabVIEW平台上进行二次开发设计, 运用LabVIEW模块化设计的思想, 依据系统软件功能划分为相对独立的功能模块, 继而对各功能模块进行开发设计[5]。

测试系统软件采用顺序流程结构设计, 工作流程图如图5所示。程序首先初始化运行各功能模块, 并通过NI OPC Server和PLC建立通讯, 各功能模块处于就绪状态;然后由用户选择曳引机规格, 程序则调用该规格参数并发送到下位机, 如往变频器中设置被曳引机的额定电流、额定电压、额定功率、电机极对数等参数;再由用户选择试验台及测试项目, 程序则调用不同的试验功能模块, 之后程序判断是否开始测试;测试开始以后, 程序控制下位机开启设备, 同时测量系统开始测量试验信号并对数据进行处理、保存直至测试结束。

4 测试系统验证

为验证测试系统的准确性, 对曳引机进行了负载性能测试, 将得到的数据与日本横河WT3000功率分析仪测得的数据进行比较。

4.1 实验仪器

采用横河WT3000高精度功率分析仪、日置电流互感器和品致电压互感器作为实验测量仪器。

4.2 实验过程

由用户选择曳引机规格和试验测试项目, 测试开始。软件给下位机发送试验开始指令, 下位机通过系统反馈的实际转矩来调节被测曳引机的负载。当上位机收到数据采集指令后, 系统自动采集数据, 与此同时人工打印WT3000的测量数据。

4.3 实验结果

实验结果如图6、图7、图8、图9所示:图中LV为测试系统测量结果;WT3000为横河仪器测量结果。从图可以看出, 两种测试方法获得的电流、电压、功率功率因素和输入功率数据误差都很小, 说明测试系统准确性比较高。

5 结语

测试系统以虚拟仪器技术为核心, 通过软硬件的无缝集成, 以合理的配置实现了曳引机各项性能测试要求[6]。经实际应用表明该系统在测试效率、测试精度、灵活性、可靠性等方面具有优越性, 解决了传统测试方法存在的人为误差和工作效率低等问题。同时该测试系统采用模块化设计可以方便地进行软硬件的扩展。除现有的两个测试功能子模块以外, 还可根据实际需要, 开发出新的扩展模块, 充分体现了灵活性和可扩展性的特点。该测试系统为曳引机性能测试提供可靠的技术支撑, 在实际应用中有较高的参考价值。

参考文献

[1]贾宇辉, 丁飞, 王孝洪, 等.电梯曳引机测试系统设计[J].机械与电子, 2005 (4) :27-29.

[2]伍星华, 王旭.国内虚拟仪器技术的应用研究现状及展望[J].现代科学仪器, 2011 (4) :112-116.

[3]陈鸿雁, 赵明富, 李太福.组件技术在虚拟仪器开发中的应用[J].自动化仪表, 2004, 25 (3) :42-44.

[4]商中梁.富士电机VG7变频器和RHC逆变器在交流永磁同步电机测试平台上的应用[J].电梯工业, 2007 (5) :41-45.

[5]数据采集编程指南中篇[M].美国国家仪器公司, 2012.