LabVIEW系统

LabVIEW系统（精选12篇）

LabVIEW系统 篇1

0前言

在很多工作领域, 将工程技术应用于温室内进行室内环境各环境因子的测试和控制, 不仅方便省事而且准确可靠更具有说服力。利用传感器技术、自动监测技术、通讯技术、计算机技术来研究日光温室内的温度是这种新模式的一个重要体现, 它为我们了解和继续某一领域的研究提供了一个直观的理解途径。

1 温度测试系统硬件的设计

1.1 温度测试系统硬件部分的设计

硬件部分主要由电源、采集卡、转换器、PC机部分组成, 通常都是计算机通过LTM8520转换模块连接LTM8662多功能监控模块, LTM8662多功能监控模块连接12个DS18B20数字化温度传感器。各个硬件部分以“一线总线”的数字方式传输, 大大减少了系统的电缆数, 提高了系统的稳定性和抗干扰性。

1.1.1 电源

可选电源:交流165~265V AC/15m A或DC12 V/24V/48V。

1.1.2 数据采集卡

本设计采用LTM8662多功能数据采集控制中心。可实现两级通讯网络间的联络, 以及为上位RS-485网, LTM-8662模块作为子站;另一级分别为“ITU总线”可支持8路总共64个ITU混接, 实现采集信息送往上机及控制信息发送到ITU。

1.1.3 转换器

转换器采用单口隔离RS232/485转换模块。

1.1.4 温度传感器

本设计使用的温度传感器是新一代DS18B20数字化温度传感器的防水封装型LTM8877.它的体积更小、更经济、更灵活。直径6X30mm镀鉻铜管, 后端有一段500mm线缆, 无需现场供电, 由LTM8662为其远端供电。直接与LTM8662连接使用。

1.1.5 LTM-8662的连接

通过电路连接把DS18B20数字化温度传感器连接到LTM8662多功能数据采集模块上, 再把该采集模块接到LTM8520转换模块上。最后, 将转换模块接到PC机上, 通过PC机及相关软件采集并记录数据。

2 温度测试系统中数据采集系统软件设计

本系统的软件部分主要进行采集过程的开关控制、端口的选择、发送指令、接收数据、数据处理、显示实时温度值、波形显示以及储存数据。本设计选用了虚拟仪器设计软件Labview实现温室温度的实时采集、显示和储存。Labview以软件为中心, 利用计算机强大的计算、显示和连接能力, 在屏幕上组建用户自己的仪器、仪表, 实现“软件就是仪器”的功能, 主要应用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示和数据储存等领域。

2.1 数据采集软件编程

进入Labview环境下启动采集系统, 为采集系统选择通道, 实现软件与硬件的连接。然后通过VISA Write节点发出采集指令, 开始采集数据。系统判断采集到的数据是否完整, 如果不完整, 缺少数据, 则重新采集数据;如果数据完整, 则对其数据进行处理、显示和储存。最后采集完毕, 关闭采集系统。主程序的工作流程如图1所示。主程序由数据采集子程序、数据分析及显示子程序、储存子程序等组成。

2.2 数据处理

实时采集温度数据并对其进行分析显示、储存是温室温度场测量系统中的重要的一部分。本设计将长英科技公司生产的LTM8662多功能监控模块和美国DALLAS公司生产的数字化温度传感器DS18B20作为前端的温度采集系统, 通过Labview数据采集子程序将采集到的数据传送到计算机。在Labview环境下对温度场数据进行实时处理、显示和储存。该系统充分利用了Labview的强大功能, 实现了长时间连续采集、处理、实时的显示数据, 储存数据, 增强了人机交互性, 可靠、方便、快速地实现对温室温度的测量。

3 总结

自然环境是随四季变化的, 所以在某些对温度要求较高的发展领域, 需要我们能准确、快速的测试温度情况。以Labview为软件平台, 传感器、数据采集卡、转换器、PC机为硬件组成的这套测试系统操作容易, 开发维护方便, 具有较强的通用性和适用性。

参考文献

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[4]谭海林、刘凯、黄文明、孙大明.[J].农机化研究.2008, (4) ;251-252.

LabVIEW系统 篇2

11月18日17:31

注：NI 全国有奖征文大赛获奖文章

应用领域：

产品测试

挑战：

在有限的预算和时间内，设计一套高度集成、多功能、稳定可靠的自动测试系统用于通信线路测试产品的参数校准和功能测试。

应用方案：

采用NI公司基于LabVIEW的虚拟仪器平台和Agilent公司的34401A六位半数字万用表，通过定制的接口硬件和信号调理模块构建功能完善的自动测试系统，集成了数字I/O、仪器控制、数据采集、信号发生及调理功能，结合使用LabVIEW开发的自动测试软件完成测试任务所需的数字仿真及测试控制、基本参数的测量及参数校准和各电路模块的功能测试，实现了用一台测试设备测试4种单板的设计要求，真正做到了一机多用，降低了测试成本。

使用的产品：

LabVIEW7.0，DAQ7.0，DIO-96 DIO卡，NI6014 DAQ卡，TNT4882C ASIC PCI-GPIB接口卡 介绍

测试头作为电话系统用户环路集中测量系统的前端设备，除对电话线路的电气特性参数进行测试外，还可对用户话机、交换机用户板的功能进行测试，测量系统的后台分析软件通过分析返回的测量结果，对用户线路故障进行判断、定位，为准确、快速排障提供可靠依据，该设备可通过MODEM、RS-232口或TCP/IP口与测量中心连接。广州瑞达公司的测试头是基于VME总线的线路测试设备，由电源/接口板、控制/通信板、多功能测量板、交互测量板四个子模块和带VME总线无源背板的机箱构成，其核心模块多功能测量板由采用三端测量法和带线驱动的3位半数字万用表、电容测试仪、纵向平衡测试仪以及P噪声计组成，为保证最终产品的.测试精度和质量，该设备在设计中设置了十余个需校准的参数及上千个需测试验证的参数，同时其通信模块和外部接口的功能也要逐一验证，我们通过采用DIO96仿真CPU及VME总线的读写操作来控制被测板使之处于所需的测试状态;采用NI6014 DAQ卡产生测试所需的0~1200Hz、0dBm~10dBm的单音信号和标准DTMF信号以及采集被测信号并结合LabVIEW的信号分析功能实现对单音信号频率及幅度、测试信号源相位差的测量和DTMF信号的译码;此外采用GPIB控制的Agilent公司的34401A高精度万用表完成对各种基本参数的测量。通过使用LabVIEW开发的自动测试软件来有机整合上述虚拟仪器资源，成功构建了满足该产品4块板的功能测试及参数自动校准的自动测试设备。 (本网网收集整理) 注：所有文章下载后需用Adobe Acrobat Reader(5.0或更高版本)浏览

LabVIEW系统 篇3

关键词:电阻率层析成像 ERT ActiveX MatlabLabVIEW

中图分类号:TM1文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2010)06-080-02

1引言

电阻率层析成像技术(ERT)是近年来发展起来的一种新型的成像技术,它采用空间敏感阵列电极,通过施加激励电流并测量边界电压以建立敏感场和获取物场信息,运用图像重建算法再现物场内部的分布状况,从而得到场内物质的分布及其随时间的变化规律,实现被测物场的可视化测量.由于其非侵入性,同时结构简单、设备成本低廉,目前已在医学、地球物理、矿藏探测等领域得到了应用.

LabVIEW是美国NI公司开发的图形化编程的虚拟仪器软件平台,其用户界面丰富灵活,非常容易和各种数据采集硬件集成,可广泛用于工业控制、测量、仿真等;而MATLAB是美国MathWorks公司开发的面向工程和科学运算的交互式计算机软件,拥有强大的数据处理功能,应用领域广泛。两者的结合一方面能够发挥LabVIEW控制、采集方面的优势,另一方面也能够应用MATLAB解决复杂计算问题的能力,同时给算法的改进预留足够空间,充分发挥各自的特长。

ERT的基本原理与方法

如图1所示,一个ERT系统由若干个模块组成,包括激励源、多路复用切换开关模块、激励测量电极阵列模块、数据采集模块、控制模块、图像重建模块等等。在投影控制模块控制下,激励源信号通过多路复用切换开关模块施加在样本某一对预定的激励电极上,样本其他部分的电极上便有了相应的响应信号,各个电极上的信号通过多路复用切换开关模块选通,并由数据采集模块采集入电脑,得到一次投影数据;换用下一组激励测量电极进行激励和数据测量得到下一组投影数据;如此反复,可以得到各个待测电极在不同激励条件下的响应信号,称为一组投影数据;对这组投影数据进行图像重建得到检测样本的ERT图。

图 1 ERT系统构成

在ERT中,上述的激励测量过程称为投影过程,各次投影的激励电极和测量电极的选择及其变换方式称为ERT投影模式,激励和测量信号值序列称为投影数据,由投影数据反算出被测结构电阻率分布的过程叫ERT图像重建过程。

LABVIEW与MATLAB混合编程

LabVIEW中调用MATLAB的方法主要有ActiveX技术应用、动态数据交换(DDE)、库函数调用等。当用大型算法时,必须明确输入、输出数据的具体类型,而且要尽量减少数据传输量和启动Matlab自动化服务器的次数,因此ActiveX技术适于较大的应用程序开发。本文中采用的是ActiveX技术。

ActiveX自动化是基于组件对象模型COM(Component Object Model)的技术,允许应用程序或组件控制另一个应用程序或组件的运行。Matlab支持ActiveX自动化技术。通过Matlab自动化服务器功能,可在其它应用程序中执行Matlab命令,并与Matlab的工作空间进行数据交换。借助此特性,把LabVIEW与Matlab结合。

调用Matlab7.2的ActiveX接口。主要使用MLAppClass类提供方法和属性:执行Matlab命令使用Execute方法;传送数据到Matlab使用PutFullMatrix, PutCharArray,PutWorkspaceData方法,从Matlab中获取数据使用GutFullMatrix, GetCharArray,GetWorkspaceData方法;设置命令窗口的可见性使用Visible属性;关闭Matlab服务使用Quit,delete方法。

当用大型算法时,必须明确输入、输出数据的具体类型,而且要尽量减少数据传输量和启动Matlab自动化服务器的次数,因此ActiveX技术适于较大的应用程序开发。

基于MATLAB和LabVIEW的ERT实时成像系统设计

本系统采用Keithley 2400作为系统的激励源,恒流激励。通过Keithley 7002程控切换机箱及Keithley 7011开关卡构成切换开关系统,进行激励和采集控制,由PCI-6251采集卡将数据采集到计算机。软件部分以LabVIEW为主体,通过调用GPIB驱动发送切换开关控制指令,通过DAQ-MX调用PCI-6251进行数据采集,并通过ActiveX控制Matlab对投影数据进行反演。

2电极投影

LabVIEW系统 篇4

关键词：轴重,信号调理,数据采集,LabVIEW

汽车轴重仪是测量各类车辆的轮重、轴重、整车重量的检测设备之一, 而目前使用的大都需要多只称重传感器, 通过某种机构, 将承重平台支承起来, 当载荷加到承重台后, 传给多个 (4个以上) 承重点上的称重传感器, 从而实现称重测量[1], 如佛山分析仪有限公司生产的FZZ-9010A汽车轴 (轮) 重试验台。此类轴重仪由于传感器的数量多及相应的配套结构复杂, 因而成本高, 这种传感器一般测量出汽车同轴的左右轮重, 再计算出轴重, 对一些同时需要四个车轮轴重的测量极不方便, 同时传统的轴重仪通常采用单片机控制, 程序设定之后更改困难, 软件系统更新不够灵活。针对上述轴重仪存在的不足, 设计制作出结构简单、成本低廉、适应性好及灵活性更高的一种基于Lab VIEW的新型轴重仪, 从而实现四车轮轮重与轴重同时测量的图形化测量系统。该系统的优点是界面友好可视化程度高、软件系统灵活适应性好以及测量精度高等, 同时可以设置载荷量, 具有超载自动报警功能。

1. 轴重数据采集系统的硬件构成

在该检测系统中, 为了准确的测量四个车轮的轴重, 并独立显示, 故需要四只传感器和各自的调理电路和以及计算机系统及安装传感器与支承车轮的台架。

1.1 结构原理

测试台架结构原理如图1所示, 测量时将锁紧螺栓5卸掉, 传感器处于正常工作, 车轮直接处于支承台面2上, 导向板螺栓4保证传感器受力始终是竖直方向。车重经过压力传感器转化为电压信号经信号线3输出, 再经过调理电路和采集卡, 最后进入计算机系统进行处理和显示。

1-支承台面;2-传感器;3-信号线;4-导向螺栓;5-锁紧螺栓。

1.2 传感器选择

传感器的选择取决于受力形式、系统准确度、称量范围、稳定性、线性范围、灵敏度、频率及响应特性、使用状态和现场的使用条件。根据试验台要求测量的轴重范围, 选择蚌埠市天光测控仪表生产的S型拉压传感器。该压传感器能够承受拉、压力, 具有精度高、输出对称性好、结构紧凑等优点。

1.3 电路的设计及仿真

传感器把压力信号转变为电信号。S传感器为应变片式, 信号调理为电压激励, 同时采用低通滤波型。信号调理器由信号调理机箱、信号调理模块和信号连接端口组成[2]。

1.3.1 压力传感器调理电路

信号调理电路在测试系统中的作用至关重要, 是决定测试结果的关键环节, 影响测试精度[3]。S型拉压力传感器由四片应变片连接成“惠斯登”电桥, 受到压力时电桥阻值发生变化, 输出电压信号, 输出信号范围为4~20mv, 故需设计出具有滤波、放大和光电隔离功能的电路, 使信号放大到采集卡正常工作的电压范围±10V。这里使用高精密集成运放OP07和线性光耦器HCNR201以及合适的电容、电阻等电子元件, 调理电路如图2所示。

1.3.2 仿真与Multisim参数设置

对调理电路在Multisim中进行仿真, Multisim是一款交互式电路模拟软件, 它提供了多种常用的虚拟仪表, 用户可以通过这些仪表观察电路的运行状态, 观察电路的仿真结果。对上述调理电路在Multisim内设置一激励信号源进行仿真。

电压激励源设置:

AC:1

DC:0

Voltage (RMS) :10m V

Frequency:60Hz

1.3.3 仿真结果

Multisim瞬态仿真结果分析见图3所示。

仿真结果表明达到调理电路的要求, 对压力传感器信号进行放大和滤波, 将毫伏级的信号放大到了±10V之内, 达到了采集卡的采集范围, 然后经过光电隔离由采集卡传输给采集系统, 光电隔离电路将采集卡和传感器分开阻断高压峰值的影响, 保护了采集卡。

1.4 数据采集卡的选择

数据采集卡的选择要考虑的指标有通道数量、分辨率和采集速率[3]。此检测系统选用美国NI公司生产的NI DAQpad-6016多功能数据采集卡就可以满足使用要求。NI DAQpad-6016是一款支持模拟和数字输入的16通道数字采集卡, 其采集率可以达到200k/s, 分辨率为16bits, 输入范围±10V, 能连续、高速地获取数据, 并大批量无遗失地传输数据, 改采集卡是USB接口, 方便与计算机连接进行数据采集, 完全可以满足车辆制动性测试系统的要求。采集系统结构见图4。

2. 功能的实现

采集系统的功能通过Lab VIEW8.2的创建菜单实现。Lab VIEW是一种用图标代码来创建应用程序的开发工具, 它提供了大量的显示和按钮控件, 用户只需连接代表各功能模块的图标即可建立自己所需的应用程序, 因此可缩短系统程序开发时间, 为实现仪器编辑和数据采集系统提供便捷途径[4]。软件部分只要实现的功能是信号的采集和处理, 其处理流程图如图5所示。

2.1 系统界面

利用Lab VIEW前面板提供的各种显示控件, 按用户提供的要求编辑显示界面, 把枯燥的测量数据通过友好的界面呈献给用户, 把复杂的操作隐藏在前面板后面[5], 方便用户的使用。本数据采集系统显示界面如图6。界面分三部分显示, 第一部分显示车辆四个车轮各自的轮重数值和前后桥轴重, 第二部分数据回放功能, 对保存的测量数据进行回放显示, 第三部分包括对采集系统进行操作的一些设置按钮, 实现对系统的标定、复位、保存、回放和停止等功能, 同时显示车辆的总重量, 自动辨认出车辆是否超载。

2.2 实时采集

根据设计好的前面板, 在Lab VIEW的程序框图里进行连线, 程序框图包括运算和和显示程序、标定程序、保存程序和回放程序, 如图7所示。用一个While循环控制数据的连续采集, 用索引数组将采集进来的四个传感器的信号进行分离和软件滤波, 同时用图形和数值显示测量的结果, 再进行运算显示前、后轴重和总载重, 把总载重与国家规定的数值进行比较判断是否超载, 并通过指示灯显示, 最后按照要求对采集的数据进行分析、处理和保存等。

3. 结论

1) 为汽车轴重测量开发了实时、动态采集显示系统。在试验结果中表明:该测量平台与传统固化单片机测试平台上开发的测试系统相比, 具有实时动态、扩展性和兼容性的特点, 响应速度快、测量精度高, 体现出虚拟仪器和计算机配合使用在数据采集、分析和处理上的优势, 为轴重测试提供了一种新的思路和先进的测试技术。

2) 基于Lab VIEW开发出的汽车轮重测量系统, 通过实验测试, 静态计量准确度III级, 测出的效果完全达到《中华人民共和国机动车安全技术运行条件 (GB7258-2004) 》在这一标准中明确规定的所有出厂车和在用车的轴重测量标准[6], 方便求出汽车制动力占轴重的百分比, 也便于用重量反应法进行车辆质心高度的测量。满足汽车制造、运输、修理及检测部门必需的要求。

3) 在编程语言上, 选择美国NI公司的Lab VIEW8.2图形化语言进行数据采集系统的开发, 是得整个测试平台具有人性化, 测量界面友好大方, 易于操作, 提高工作效率。

参考文献

[1]杜金萍, 李彦华, 李慧民, 苏敏.ZZY-一10型汽车轴重仪的研制[J].河北工业大学学报, 2000, 29 (5) :107-110

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LabVIEW系统 篇5

Liu混沌系统的LabVIEW仿真研究及其电路设计

分析了Liu混沌系统动力学特性,设计了基于虚拟仪器Liu混沌系统的软件系统,给出了基于虚拟仪器技术实验系统的拓扑结构,并进行了硬件电路的设计以及相关的电路实验研究.虚拟仪器技术为研究非线性系统提供了可行的方案,此实验系统具有良好的`实验效果,与传统的自治混沌系统相比,此系统具有参数调节方便、易实现、可靠性高,实时性好等优点.

作 者：刘兴云 LIU Xingyun 作者单位：湖北师范学院,湖北,黄石,435002;湖北大学,材料科学与技术学院,湖北,武汉,430062刊 名：现代电子技术 ISTIC英文刊名：MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE年，卷(期)：200831(9)分类号：O415.5 TM132关键词：Liu混沌系统 虚拟仪器 LabVIEW 自治混沌系统

LabVIEW系统 篇6

（清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京，100084）

随着汽车保有量的不断增加，空气质量问题越来越引起人们的重视，同时排放法规日益严格，这些都要求汽车发动机在运行过程中具有良好的排放性能。因此，在发动机标定过程中，实时获得不同转速、负荷下的各项排放数据，将有助于发动机排放性能的优化。

LabVIEW是一种工业标准图形化编程工具，具有数据采集与分析、信号发生与处理、输入输出控制等功能［1］。在LabVIEW中开发的程序被称为VI（虚拟仪器），包含前面板、程序框图以及图标三部分。其中，前面板是图形化用户界面，该界面上有交互式的输入和输出两类控件，用于数据输入和观察量输出的设置；程序框图是实现VI逻辑功能的图形化源代码；图标/连线端口用于将程序定义为子程序，以利于在其他程序中调用［2］。

本文以LabVIEW作为编程工具，设计开发燃气发动机排放数据采集系统。

1 试验硬件系统

试验用燃气发动机为东风汽车有限公司生产的EQD210N－20单点电控天然气喷射发动机。

电控系统采用实验室自己设计的ECU，具有传感器信号处理、工况判断、运算处理、执行器控制信号输出等功能，完全满足发动机运行需求。

排放测量采用的是HORIBA公司生产的排气分析仪 MEXA-7100FX， 可以测量 CO、CO2、THC、CH4、NOx等。其测量精度较高，可选择量程范围广，响应快速稳定［3］。

数据采集采用NI公司的USB-6009多功能数据采集卡。其有8路模拟输入通道（14位分辨率，48 KS/s）,2路模拟输出通道 （12位分辨率，150 KS/s），12条数字I/O线，32位分辨率计数器。可采集排放仪输出的模拟信号，通过USB口传输到上位机，供LabVIEW程序进行处理。试验硬件系统构成如图1。

2 程序设计模式

在LabVIEW程序设计中，常用的程序设计模式有： 状态机 （State Machine）、主/从结构（Master/Slave）、生产者/消费者结构（Producer/Consumer）、队列消息结构 （Queued Message Handler）、启动界面（Launcher）等［2］。 本文将以 Anthony Lukindo 改进的队列状态机［4］为架构，进行系统软件的开发设计。

2.1 状态机

状态机是LabVIEW程序设计中最常使用的设计模式之一，可以清晰地实现任何状态图之间的转移，常用在“决策”算法中，例如监测、控制和诊断等。状态机包含三要素：状态、事件和动作。

状态机程序框图，主要有一个主循环和一个Case结构组成，并利用移位寄存器来实现状态间的转移［2]。其中，主循环为While循环，用于维持状态机的运行，主循环里面包含一个条件结构，用于对各个不同状态进行判断，实现状态间的转移［5］。

2.2 生产者/消费者结构

生产者/消费者结构主要用于数据的处理，循环之间通过队列来传递数据。

数据采集系统，一般包括数据采集、数据分析和结果显示三个步骤。若通过数据流直接将这三个步骤连接起来,即每进行一次采集数据都要经过数据分析及显示后才能开启第二轮采集，则数据分析引起的时间延迟有可能增大数据采集的周期，更有甚者造成数据的丢失或重复利用等问题。采用生产者/消费者结构的数据采集系统,通过并行的方式实现多个循环。其中一个循环不断地采集数据(生产者),另一个循环不断地处理数据(消费者)，这两个循环通过消息队列进行通信,彼此之间不产生干涉，从而可以很好地解决这些问题［5]。

2.3 队列状态机

队列状态机是把所有要执行的状态存在队列中，并将状态名与状态机的每个状态进行一一对应,以达到控制状态转换顺序的目的。当某一状态执行完成，其状态名称将会从队列中删除，同时依据运行时状态的动作或触发的事件，新的状态名将会被添加到队列中［6］。本文采用Anthony Lukindo改进的队列状态机［4］，其结构示意图如图2所示。

从图中可以看出，该队列状态机由事件结构2、状态结构3和并行运行的子程序4.1-4.3组成，并通过队列引用1相互连接。具体的实现步骤：1.1获得子程序4.1-4.3的状态引用；1.2为通过 “元素出队列”VI获取队列中的第一个元素，并将该元素从队列中删除；1.3为通过 “按名称解除捆绑”VI获得状态名和数据；1.4为将获得的状态名与 “EXIT”的比较，相同时则停止循环；1.5为队列管理子VI；2.1为前面板动作产生的指令，将所需跳转至的状态名称添加到队列中；3.4为条件case结构；3.5为程序代码；3.6 为下一个状态序列［6］。

3 软件设计

软件部分具有数据采集、实时显示、数据保存等功能，并采用模块化的编程思想，利于程序的拓展。

3.1 数据采集

为了能够测量不同转速和负荷下的发动机排放数据，需要分别设计转速、进气歧管绝对压力、排放数据三部分的测量方案。

3.1.1 转速测量

为了能够测量发动机的转速，一般都在曲轴上安装一个齿盘和一个曲轴转角传感器。本实验使用的天然气发动机采用的是22个7°的齿，齿与齿之间的间隔有21个为8°，剩下一个为38°。

本文采用可变磁阻式曲轴转角传感器，主要参数输出电压幅值/转速为400 mV/60r/min。经过实验室自己设计ECU的信号处理，可将转速信号处理为0～5V的方波。用USB6009测量时，使用其32位计数器功能，下降沿触发，就可对方波个数进行计算。通过计算单位时间内收到的方波个数就可以计算出发动机当前转速。测量方案如图3所示。

采用LabVIEW进行编程，转速采集程序如图4所示，因共有22个齿，故采用移位寄存器的方法实现第1齿和第22齿的时间记录，每当前后齿数相差等于22时，进入转速计算结构中，容易得到转速n=（r/min）

3.1.2 进气歧管绝对压力测量

采用进气歧管绝对压力传感器来测量进气歧管的压力，ECU根据此信号判断进入发动机的空气量和发动机的负荷，本实验采用的传感器可测量的压力范围为20～200 kPa，压力传感器的输出范围在0～5 V范围内，经滤波后可以直接被USB6009的AD转换口接收，从而计算出发动机负荷状态。

3.1.3 排放数据测量

MEXA-7100FX排气分析仪在对发动机尾气分析过程中，会输出相应的电压信号 （0～5 V），使用USB6009进行AD采集，即可完成对排放数据的采集。

3.2 程序功能实现

由于转速、进气歧管绝对压力、排放均能由USB-6009完成采集，因此将其封装成子VI，采用基于队列状态机进行编程。如图5所示，主程序接受数据采集子VI传递来的数据，并实现数据实时显示、数据保存功能，而数据(转速、压力、排放)采集封装在子VI中。

在数据采集子VI中，如图6，将DAQ采集到的数据和状态一起捆绑成簇，当保存按钮为假时，只以队列的形式将数据和“Get the Data”状态传送至主程序，实现数据的实时显示；当保存按钮为真时，采用顺序结构，依次将 “Get the Datas”和 “Save the Datas”状态传送至主程序，从而实现数据的实时显示和保存功能。前面板如图7。

3.3 数据的保存

由于实验中需要实时保存转速、进气歧管压力、排放（HC、CO、NOx）等数据，通道多，数据量较大，为方便数据保存和管理，采用TDMS(Technical Data Management Streaming)文件格式保存数据。TDMS文件，采用二进制数据格式，具有占用磁盘空间小以及支持数据流高速写盘的特点，是NI公司近年来重点开发的测试测量数据存储格式［7］。其有三层结构:文件、组和通道，每个文件下可以设置多个组，每个组可以设置多个通道。在文件、组和通道上，都可以定义相应属性以及添加若干附加信息，利于数据查询和管理［6］。

在本系统数据存储中，每次只有一个文件，以采集的次数为组名，以转速、压力以及HC、CO、NOx分别为通道名；数据读取时，以组名依次读取每个通道的数据。

3.4 数据处理

在数据处理过程中，采用基于动态链接库DLL的TDMS文件的Matlab处理方法。为了更好地推广TDMS文件，NI公司提供可供Matlab调用并处理TDMS文件的DLL动态链接库。首先通过Matlab中loadlibrary函数载入动态链接库nilibddc.dll和头文件 nilibddc_m.h［8］，接着通过 uigetfile 函数选取需要读入Matlab的TDMS文件，然后通过calllib函数调用DDC_GetDataValues函数可以得到TDMS文件中的原始采集数据，并可将其读入到Matlab环境中，最后就可以运用Matlab强大的数据分析功能进行相关数据分析[7］。TDMS文件导入Matlab的NOx排放分析图，如图8所示。

4 结语

本文以LabVIEW队列状态机为主体结构，设计开发了发动机排放数据采集系统。该系统能够实时采集发动机转速、负荷及排放数据，并具有数据显示、保存的功能，响应速度快，且可以避免采集数据的丢失，为发动机标定提供完整的数据。在后续数据处理过程中，采用基于DLL文件的Matlab读取TDMS文件的方法，不仅发挥了TDMS文件的优势，而且便于利用Matlab进行数据处理。

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［7］陈宏希.TDMS文件及其 Matlab读取方法［J］.兰州石化职业技术学院学报，2010，10（4）：28-30.

LabVIEW系统 篇7

传统的方法实现起来简单且成本低,被广泛用于日常生活中。但是这种方法同样存在着巨大的缺陷:在实验中, 往往需要频繁的改变环境的温度,以达到分析测试的需要, 而继电器切换的方式无论是使用多路选通开关还是比较器都只能控制温度在某几个点的范围内变化,而且电路一旦设计完成,再改变设定点温度就显得很复杂,而且设定的温度参考点越多,电路就会越复杂。同时,这样的测试方法无法做到精确控制温度的变化,想要得到某一温度下的测试参数,还需要配备温度传感器和配套控制程序,这样成本反而会提高。

使用LabView与温度采集、温度控制设备组成的温度控制系统可以精确地测量和控制环境的温度变化、在广域范围内及复杂的测试生产环境下实现快速灵活的调节。使用LabView的图形化设计语言设计温度控制系统的程序具有直观、开发周期短、添加改变设置灵活等优势。开发工具自带的高亮显示功能更是能够省去仿真软件的开发时间,在尽可能短的时间内达到令人满意的效果。

一、设计原理

温度控制系统的基本原理是:先通过采集设备得到温度数据,之后再通过某种途径将采集到的温度数据传送给分析控制软件;分析控制软件会对得到的数据进行分析,通过运算得到一定的控制逻辑;最后分析控制软件会根据运算得到的控制逻辑发送控制指令到相应的设备,使设备加热或者制冷,达到温度控制的效果,完成一次温度控制的循环。

二、系统组成

温度控制系统主要由三部分:温度采集装置、分析控制软件、温度控制设备组成。

(一)温度采集装置

温度采集装置的本质是一个温度传感器,传感器的输出电压或者电流会随着环境温度的变化发生规律的变化,通过读取这些输出的变化,可以得到外界环境的温度。除此之外, 温度采集装置还需要具有通信、储存或者显示功能中的至少一种功能来将测量到的温度信息提供给工作人员,以便工作人员能够通过分析这些数据最终达到控制的目的。温度采集装置的一般模型是:温度传感器、单片机(子控制、处理系统)、通信芯片(或显示器、储存卡)。

在温度控制系统中,应以便捷、实时、减少人工损耗为目的,从而一般采用温度采集装置与分析控制软件进行通信的方式将采集到的温度数据提供给工作人员。

温度传感器分为模拟传感器和数字传感器两种。模拟传感器会输出某一范围内的电压或者电流信号。数字传感器会每隔一段时间输出一段数字序列,其中含有测量到的温度信息。两种传感器各有各的优缺点:模拟传感器更加具有实时性,而且只要传感器的线性度足够好,配备高精度的A/D转换芯片可以使得测量精度达到很高。缺点是设计电路时需要考虑信号的干扰以及如果使用并行A/D会占用较大的单片机资源。数字传感器可以具有USB/ 串口/IIC等接口所以占用单片机的接口资源较少。但是相对的实时性较差,而且受到芯片本身接口的影响,数据采集的方式相对固定、不易更改。传感器的选择可以根据具体的测试要求确定。

(二)分析控制软件

分析控制软件主要需要实现的功能有:读取采集设备采集到的数据;分析数据产生控制逻辑;发送控制指令等。在这基础上可以添加显示、储存、报警等功能。

由于温度控制系统适用的条件一般是多路、复杂的条件。所以分析控制软件需要有足够的健壮性和灵活性。

(三)温度控制设备

温度控制设备最基本的要求是能够响应软件的指令。同时最好能够再此基础上有向软件反馈的机制,反馈的内容包括指令响应情况以及运行状态查询。

其它的组成部分也包括湿度采集设备、气压采集设备,因为有些生产测试条件的温度变化需要参考湿度、气压等因素。

三、系统实现

根据系统组成,将温度控制系统划分为下位机采集传输以及上位机监控存储两个部分,系统结构框图如图1 所示。

(一)系统硬件电路设计

基于LabView温度控制系统,其下位机温度采集显示部分主要组成为:主控制器AT89S52;温度传感器采集电路;串口通信电路;ISP下载口;数码管显示电路。

1.主控制器AT89S52

AT89S52 是一种低功耗、性能高的CMOS 8 位微控制器,具有8K可编程Flash存储器,与C8051 指令和引脚完全兼容。AT89S52 具有4 个I/O口,32 跟I/O口线。

2.温度传感器采集电路

该系统采用DS18B20 数字温度传感器,用以作为AT89S52 的数据源,其可将采集到温度转换为数字信号,通过I/O接口直接传递给单片机。DS18B20 支持单总线接口, 测温范围:-55°C~+125°C。可以将多个DS18B20 并联在一条数据传输线上。本系统采用8 路DS18B20 进行多点测温,并将采集到的数据通过单线传输给单片机P0 口。

3.数码管显示电路

采用4 位共阳数码管用以作为本系统的显示模块。4 位共阳数码管,是指八段发光二极管的正极连接在一起,而阴极对应的各段分别控制。数码管的选通由4 个PNP的三级管决定,此数码管特点是复用A-G和小数点数据位,若选通其中任何一个,只需将其对应的口输出低电平即可,其四位数码管显示电路如图2 所示。

4.串口通信电路

采用RS232 将采集好的温度数据经单片机处理后传输到PC上位机,实现与PC机进行交互。根据需求以及RS232 管脚标示,只需接通RS232 的三根管脚(接地、数据接收、数据发送);此外,需要外接MAX232 芯片进行电压转换,以便将TTL电平转换成可以和电脑串口相匹配电平,即5V转为12V。串口通信电路如图3 所示。

四、系统软件实现

根据系统所需要实现的具体功能绘制程序流程图,如图4 所示。

(一)下位机软件实现

以AT89S52 为主控芯片的下位机部分,主要用以实现温度的采集、数码管显示以及通过串口将温度传输给上位机的功能。

1. 温度采集

DS18B20 虽为单总线控制,接线方便,但使用过程中, 要注意时序控制应精确,以免显示结果错误或无结果显示的问题。

DS18B20 初始化,DS18B20 必须在开始接收工作信号前480us时间内保持低电平;之后由上拉电阻将电平拉高, 保持15us到60us;接着DS18B20 会自动将电平拉低,并将信号返回单片机。在正确初始化之后可以编写DS18B20 的读写模块,并可在此基础上实现温度的读取。在开始采集工作后,温度数据可在其内部直接转换为数字信号,每隔200ms往主机发送一次数据。发送的数据由高低电平组成, 共占16 位,其中高4 位无效,低4 位为小数位数据,第11 位为符号位,4-10 为整数位。

2.数码管显示

系统中所用的是4 位共阳数码管,且A-G公用,由于数码管工作时一次只能选通一个,需通过改变选通使其选择不同的数码管来达到四个数码管循环显示的效果,使不同数码管能够分别表示十位、个位、小数位,因此要注意数码管之间的延时问题。

3.串口通信

使用串口进行通信时,需根据通信协议,设置正确的初始化函数。

(二)LabView监控存储数据

系统上位机部分采用LabView平台,LabView的VISA资源可通过图形化编程语言实现串口通信的功能,包括串口初始化、串口打开、串口写、串口关闭等,同时绘制出的虚拟监控画面最终可实现远程监控的功能。用图形化编程语言, 使得编程过程形象具体,便于编程人员上手。

按照通信协议在LabView上实现串口通信功能时,需设置波特率、字节位数、停止位、握手信号等,如图5 所示。

为实现实时监控的功能,此处根据不同条件,把不同通道的温度输入到簇的不同位置,从簇绑定好后接受到的波形图就会达到八路同时显示的效果。

为保证数据存储,便于日后查询,此处设计电子表格进行存储。因本系统想要实现的具体效果是希望能够在同一个文档后面追加新的保存数据,所以打开、创建、替换文档控件的操做输入选用open or create,且在该控件后加入设置控件,使其能够在文档尾部续写数据,文档保存设计结构如图6 所示。

五、效果分析

测试过程在室内进行,通过LabView平台,可以实现对温度的实时监控,实时监控的内容包括温度波形监控,以及温度数值显示,通过通道的选取,可以按需确定所要监控的通路。LabView监控页面效果显示如图7 所示。

六、结语

LabVIEW系统 篇8

在居民生活或者工业的应用中, 很多大长度管道一般都弯曲、深埋地下, 测量较为困难。传统的测量方法一般是运用手工丈量, 劳动强度高, 且准确率低。通过查阅文献可知, 已有一些研究采用激光测量的方式测量管道长度[1,2,3,4], 但是其激光设备成本高, 且无法实现弯折管道测量;也有相关研究采用声波定位的方式测量[5,6], 通过声波在管道传播的距离来实现管件长度的测量, 但其无法实现单端测量, 且无法适用于弯折管道测量;也有文献采用声波共振原理测量管道长度[7], 但其系统采用时域音频信号, 测量时间长, 需3 分钟的测量时间, 且因基于STC89C52 单片机系统, 测量精度也较低, 实验误差为1.5%以下。因此, 作者开发一款基于Labview的管道长度测量系统, 以管道内空气柱的共振原理为理论基础, 以笔记本电脑声卡作为数据信号采集装置, 采用快速傅里叶 (FFT) 频域分析法, 具有成本低廉、测量时间短、精度高以及抗干扰强的优点, 解决了弯曲管道的长度和深埋地下的管道长度的测量等难题。

1 测量原理

当声波为低频波时, 也即存在管道直径d与波长 λ 比小于0.5时, 声波在管道内传播可看成一维平面波。当沿着管道传播的方向的激发声波与反方向传播的反射声波叠加时, 在管道内形成了驻波产生共振。其中管道的长度与声音共振的频率相关, 通过公式推导可知

管道末端封闭

管道末端开放

2 管道长度自动测量系统设计

此测量系统主要包括两部分, 硬件部分以及软件部分。由拾音器模块、声音播放模块和笔记本电脑构成系统的硬件部分, 基于Labview的数据处理分析构成软件部分。

2.1 硬件设计

2.1.1 拾音器MSMAS42Z传感器

声音信号的采集是该系统的关键, 对于该系统传感器需要满足的条件有: (1) 灵敏度高, 能够较好的声压信号。 (2) 对不同频率的响应较一致, 即对相同响度的不同频率采集到的响应较一致。

本系统选用MSMAS42Z拾音器传感器, MSMAS42Z是由敏芯微电子技术有限公司生产的微型麦克风传感器, 该麦克风传感器性能优越, 具有较好的响应曲线, 从图1 中可看出, 从250Hz至450Hz的响应曲线都比较平缓, 响应较为一致, 失真率较小。满足系统的灵敏度和响应一致性的要求。

2.1.2 声音播放装置

采用音箱型号为MD-95, 该型号的音箱使用较为普遍, 容易购买, 价格低廉。由信号发送装置驱动该音箱, 信号发送装置为普通的USB闪存盘, 里面装载了特制的音频信号。该音频信号是由Adobe Audition特殊调制的音频信号, 是由频率为250Hz到450Hz的间隔为0.5Hz的正弦波信号合成的音频信号。合成该信号的各个频率的振幅都相同, 以保证激发信号的一致性。

2.1.3 声音采集模块

声音采集部分主要为笔记本电脑的声卡, 在文章中采用Realte ALC269 High Definition Audio声卡, 声音信号通过笔记本电脑的麦克风输入端口将数据输入声卡。该声卡集成于笔记本电脑, 价格低廉, 相比较价格昂贵的数据采集卡, 具有更较大的价格优势[8,9]。

2.2 软件设计

2.2.1 软件的结构设计

管道长度测量系统的软件结构示意图如图2 所示, 软件工作流程图如图3 所示。

在Labview强大功能的支持下, 大大的简化了系统的结构, 只需一个操作界面就能实现数据的采集、处理以及显示, 使得管道的测量操作极大的简化。所有的操作在前面板上即可实现, 测量系统的操作界面如图4 所示。

2.2.2 数据处理核心

由MSMAS42Z传感器采集到的声压信号为时域信号, 为得出管道的共振频率, 需要利用FFT算法对时域信号进行计算方可得出频域信号。因此, 本系统调用Labview的FFT频谱算法模块, 计算频域信号。

一方面考虑到传感器对较低的音频信号响应较差, 另一方面由于高频音频信号不可当成简单的平面波导致不适用于本系统, 因此数据处理模块首先需要对时域信号进行滤波处理。本数据处理核心采用带通滤波器, 分别过滤掉频率高于450Hz和低于250Hz的频率。

3 测量结果

通常情况下, 闭口测量会比开口测量更为繁琐, 如闭口测量需要密封末端端口, 因此为了满足管道测量的方便性, 本系统选用单端开口测量, 将拾音器和扬声器放置于管道的同一端口, 此种测量方式便于操作, 仅需单端放置测量系统即可测量管道的长度。图5是将采集到的音频信号进行了FFT算法变换后的频谱图。在系统设计要求中, 利用滤波器过滤掉了250Hz以下和450Hz以上的频率, 因此本系统也选取250Hz~450Hz之间的共振频率作为计算数据进行计算。由图5 可以清楚看到管道的空气柱的共振频率, 其中管道的相邻共振频率之间有着固定的差值, 从而由公式 (2) 可以计算得出管道的长度。

在实验中, 本测量系统分别了2m到10m的直管和弯折管, 部分管道的测量结果如表1 所示。由表1 可见, 在已测的各种管件中, 很容易看出, 相比较已知的管道长度, 测量的管道长度的相对误差均处于0.7%以下, 符合实验误差范围内, 具有较高的实用价值。

4 误差分析

本测量系统的误差来源主要有:

(1) 工作环境的声速影响

由于本系统利用单端开口测量公式 (2) 来计算管道长度, 由公式 (2) 可知参数声速的准确性会对测量精度结果产生较大的影响。本系统定义声速为340m/s, 但在实际现场的声度会受到温度、空气密度等影响, 从而影响测量的精度。

(2) 硬件系统的局限性

当采用FFT算法计算共振频率时, 其准确性与拾音器的性能、声卡的采样间距、处理器的运算速度等因素有关。任何硬件系统都无法完全消除误差, 因此会对实际测量结果产生误差。

(3) 管端修正误差

由公式 (2) 可知, 当采用单端开口测量时, 需要增加一项修正项△l, 由于该修正项本身存在近似误差和管内径测量误差, 因而对管长测量产生影响。

5 结束语

(1) 基于强大的Labview虚拟仪器技术, 结合管内空气柱与声音的共振的基本理论, 通过FFT算法精准的计算出共振频率, 本系统实现了管道的自动化测量, 测量误差小, 实验相对误差均小于0.8%, 测量误差小。 (2) 本系统核心组成部分为Labview软件, 其硬件部分为简单的传感器的电路以及笔记本电脑, 而笔记本电脑已经普及, 同时利用声卡作为数据采集系统相比较昂贵的数字采集卡具有成本低廉的优点。 (3) 本系统抗干扰能力强, 工作稳定, 容易携带, 方便于在各种室外环境中进行作业。同时由于采用单端测量, 可以避免在诸如深埋地下管道等无法确定管道另外一端口的测量难题。 (4) 基于笔记本的强大处理能力, 在熟练操作的情况下, 整个测量时间仅为15 秒, 就能实现管道长度的快速测量。 (5) 本测控系统, 自动化程度高, 大大简化了操作, 降低了科研人员的工作强度, 具有较广的市场前景。

摘要：文章基于Labview软件开发环境, 其测量原理采用管道内声波的共振原理以及快速傅里叶算法 (FFT) 。硬件部分包括一台笔记本电脑、一台声音激发装置和一个数据采集装置;软件部分包括数据分析处理、数据通讯、系统配置等模块。试验表明, 本系统能实现全自动化测量管道长度, 测量时间短, 仅需15秒钟就能实现自动化测量, 在所测量的实例中, 相对误差均在0.7%以下。

关键词：Labview,管道长度,FFT,声卡

参考文献

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[8]尚晓辉, 王健, 刘锐, 等.基于Lab VIEW的声卡数据采集与实时处理系统设计[J].军事通信技术, 2012 (2) .

LabVIEW系统 篇9

改革开放至今, 人民生活水平的不断提高, 人们对个人居住环境和生活健康意识的不断提高, 对汽车的乘坐和驾驶的舒适性越来越受到人们的密切关注, 噪声太大、振动太强的汽车不仅会对驾驶人员、乘客的健康带来严重的影响, 更会对周围环境产生声污染。

因此, 在现阶段激烈竞争的市场上, 汽车制造企业对降低车辆噪声已成为新的竞争焦点与技术发展方向。另外, 国际市场越来越严格的汽车噪声标准对汽车的准入设定了更高的限制。在这样的大背景下, 车辆的振动控制性能正在成为汽车研发过程中最为重要的性能指标, 也是用户最为关心的整车性能指标之一, 汽车振动噪声控制水平将会成为汽车技术改革的重点, 与之相关的分析、测试等也将成为汽车工程关注的焦点[1,2]。

1 监测系统功能框架设计

根据发动机工作状态的特点以及发动机工作过程中对驾驶员和乘客最有影响的要素考虑, 本课题针对发动机的四气缸工作位置机体外壁温度和四气缸相同位置外壁X、Y、Z三方向振动加速度进行监测, 并利用飞轮转速使得监测实验人员对发动机工况高低有一个直观的感受。本课题设计的系统构架主要包括了:温度监测组、振动监测组、转速监测组、数据采集设备总成、便携式计算机和虚拟仪器开发软件系统[5]。

通过图1所示, 传感器安装布置位置, 实现过程监测系统四大核心部分:温度、转速和振动加速度的监测, 各个监测对象程序框架总结构设计如图2所示。

通过图2可知, 该系统中几个模块组主要实现发动机工作过程中的振动加速度、转速和温度的实时监测、数据显示、数据报警、状态参数输出等功能, 通过这些功能使发动机缸壁振动加速度、发动机转速、发动机缸壁温度能够实时的显示在操作人员的计算机上, 并可根据实际情况设置相应的危险预警值, 使发动机在非正常工作状态时得到有效的控制。

2 硬件系统设计

通过对本设计监测对象特点的了解, 选用研华公司开发的PCI-1710数据采集卡 (采集卡可以测得最小电压变化范围为5mv) , 并配套PCL10168数据线缆和ADAM-3968接线端子盒;振动加速度传感器选用Quatronix ULT2003压电式离心加速度传感器及配套Quatronix CM3502恒流源模块提供稳定的电压信号输出;飞轮转速传感器选用SHANGFO N1H-5C-70霍尔转速传感器, 最大测量频率可达15000Hz;发动机缸壁温度监测选用中旺PT100铂热式贴片式温度传感器。具体传感器规格参数如表1所示。

3 软件系统设计

3.1 发动机缸体振动监测模块设计

参考Quatronix ULT2003压电式离心加速度传感器及Quatronix CM3502恒流源模块输出电压, 利用Lab VIEW中0-1随机数模块并乘常数10, 仿真振动传感器输出电压信号0~10V[6], 通过添加数值显示模块、数值输入模块、滑动杆模块、波形显示器、指示灯模块、比较模块、运算模块和累加计数模块实现振动监测各个功能, 具体程序功能流程及Lab VIEW程序连接如图3、图4所示。

通过完成图4可以实现振动信号的仿真、实时振动加速度值显示、设置振动预警值和计数振动报警次数的功能, 通过12对程序组即可仿真四缸体三个方向 (X、Y、Z) 加速度值实时状态。由于缸体重力方向静态加速度值为当地重力加速度值, 因此, Z方向预警值输入控件最小值设置为9.8g, 最小增量值强制设置为1g, 最大值设置为100g。

3.2 发动机缸体外表面温度监测模块设计

参考铂电阻贴片温度传感器输出电压信号, 利用Lab VIEW中0-1随机数模块乘常数5, 仿真温传感器输出电压信号0~5V, 通过添加数值输入模块、数值显示模块、滑动杆模块、旋钮显示器、温度计显示器、比较模块、布尔模块、选择开关模块、创建表格模块、写入测量文件模块、运算模块和累加计数模块实现温度监测各个功能, 具体程序功能流程及Lab VIEW程序连接如图5、图6所示。

通过完成图6程序VI连接图可以实现温度信号的仿真、实时温度显示、设置温度预警值、计数温度报警次数、温度数据输出等功能, 由于发动机缸壁温度值有限, 因此报警温度数值输入控件最大值设置为500℃, 由于PT100铂热电阻温度传感器识别的温度最小变化为0.5℃, 因此, 对温度检测程序组中预警温度数值输入控件最小增量值设置为0.5℃, 通过程序相同的四对程序组即可仿真四缸体温度监测状态过程[7]。

3.3 发动机飞轮转速监测模块设计

参考N1H-5C-70霍尔式转速传感器高电平输出为2V的方波信号, 因此使用Lab VIEW仿真信号模块和0-1随机数模块仿真霍尔式转速传感器方波信号, 通过添加单频测量、数值显示模块、数值输入模块、滑动杆模块、波形显示器、指示灯模块、比较模块、运算模块和累加计数模块实现转速监测各个功能, 具体程序功能流程及Lab VIEW程序连接如图8、图9所示。通过完成图9可以实现转速信号的仿真、实时转速信号显示、转速值曲线记录、设置转速预警值和计数转速报警次数的功能。在实际发动机运转过程中由于发动机转速通常最大控制在5000转以下, 因此, 利用0-1随机数模块乘常数5000及仿真信号模块仿真频率最高5000Hz的方波信号, 报警转速数值输入控件最大值设置为5000r/min, 另外报警转速数值输入控件最小增量值设置为1r/min。

3.4 软件用户界面设计

根据发动机工作需要监测的参数类型, 将监测程序主界面分为两个主要区域, 第一区域主要为温度监测区域, 第二区域为转速区域和12个振动监测区域。温度监测区域主要包括了工作进度显示条、传感器电压值、四缸温度计控件、温度数值记录表、温度数值记录控制按钮组、报警温度数值记录表、报警温度设置控件、报警温度计数器。转速监测区域主要包括了工作进度显示条、转速传感器波形图、转速值曲线图、转速表、转速数值显示器、转速报警设置控件、转速报警计数器。12个振动加速度监测区域主要包括了工作进度显示条、12个加速度曲线图、加速度报警组, 具体系统界面如图9、图10所示。

4 结语

本文简单论述了基于虚拟仪器Lab VIEW的汽车发动机运行监测系统软硬件设计, 利用温度、转速和振动传感器及相应的数采卡, 组建了一台汽车发动机运行监测系统。通过对发动机工作过程中对噪声和发动机性能最为重要的几个参数实时监测, 提高了发动机监测的精确性和可视化程度。

由于实验条件限制, 在开发阶段只通过0-1随机数模块和仿真信号模块对温度、转速和振动加速度进行了仿真计算, 证实方案是可行的。因此, 在实际应用过程中采集工作只需要建立在相应的硬件基础上将程序中0-1随机数模块及仿真信号模块替换成研华DAQ-NAVI模块并对相应程序做简单的设定即可, 程序组无需大范围改动。该监测系统的实际运用不但可以提高对发动机工作数据的监测便捷性, 还可以在实验室教学过程中提高学生对汽车运行过程中发动机转速、温度和振动对汽车运行影响程度更直观的理性认识。

参考文献

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[2]林逸, 马天飞, 姚为民, 等.汽车NVH特性研究综述[J].汽车工程, 2002, 24 (3) :177-186.

LabVIEW系统 篇10

关键词：虚拟仪器,LabVIEW,信号与系统,实验系统

实验对于培养学生的实际操作能力和解决分析问题的能力至关重要。而对于多数工科课程,实验需要配置多套仪器设备,而且投资巨大,这对于经费紧张的普通院校难以满足,因此造成仪器设备缺乏和陈旧等现象,严重影响实验教学[1]。随着计算机和网络技术的发展,由美国NI公司推行的虚拟仪器技术得到了广泛的应用,虚拟仪器逐渐取代传统测试仪器已成趋势。信号与系统是通信、仪器仪表和电子信息类专业的基础课,重点研究确定性信号经线性时不变系统传输与处理的基本概念和基本分析方法[2]。在实践性较强的信号与系统课程中运用虚拟仪器技术,以计算机为硬件系统,构建集成化信号与系统虚拟实验系统,代替传统仪器仪表,利用其强大的信号分析与处理功能和友好的用户界面不仅可节省仪器设备的经费投入,也有助于提高实验教学水平[3]。

1 虚拟仪器技术及LabVIEW简介

虚拟仪器技术由美国国家仪器公司NI(Nation Instruments)提出,其核心思想是“软件即是仪器”,就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件完成各种测试、测量和自动化的应用。结合计算机硬件、软件开发系统、接口硬件构成虚拟测试系统,与传统仪器相比,具有充分利用计算机资源,开发和维护成本低、开发效率高、易于实现自动化、智能化和网络化等优点[4]。

美国NI公司推出的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrumention Engineering Workbench)是一种图形化编程语言的开发环境,被广泛地应用与工业、学术和实验室,被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW使用的是图形化编辑语言C语言编写程序,产生的程序是框图的形式[7]。

2 虚拟实验系统设计

以计算机为硬件平台,以LabVIEW8.6为软件平台,开发一个“信号与系统”的虚拟实验系统。

2.1 结构框图

虚拟实验系统能够完成信号产生、滤波、频谱分析、调制解题、卷积和抽样等,即包括3个大模块:(1)典型信号产生。(2)信号时域分析。(3)信号频域分析[5]。其结构框图如图1所示。

设计的虚拟实验系统主要包括8个实验,点击对应的布尔控件即可进入实验子模块,同时实验系统主界面还包括登录框、系统简介、帮助、退出系统控件,以及运行指示、登录状态的指示灯。虚拟实验系统的主界面如图2所示。

2.2 程序设计

本次设计的虚拟实验系统包括8个实验模块,现在主要介绍4个实验模块。

2.2.1 虚拟信号发生器

信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器,本设计的虚拟信号发生器包括周期信号和非周期信号,其中周期信号包括正弦波、三角波、锯齿波、方波,而且其幅值、频率、相位、方波的占空比可调;非周期信号包括斜坡信号、冲激信号、Sinc信号、脉冲信号,幅值等参数可调,而且公式信号可以根据输入波形公式产生任意波形;另外,设置了是否添加噪声的布尔控件,噪声幅值可调,而且设置了均匀白噪声、高斯白噪声、泊松噪声、周期性随机噪声等,通过下拉列表可以选择添加噪声类型。该虚拟示波器可以可以用于信号发生器的认识、信号及信号类型的认识等教学实验,操作方便、能够直观地观察到各种波形[6]。虚拟信号发生器的前面板如图3所示。

2.2.2 信号调制与解调

在通信系统中,信号从发射端传输到接收端,为实现信号的传输,往往需要进行调制与解调。载波信号的幅值、频率、相位可以随信号成比例的改变,因而对应就有振幅调制、频率调制、相位调制。本实验模块是振幅调制,面板如图4所示。

2.2.3 验证采样定理

在进行模拟/数字信号的转换过程中,当采样频率fs·max≥信号中最高频率fmax的2倍时,采样后的数字信号能够完整地保留了原始信号中的信息,一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍,这就是采样定理,又称奈奎斯特定理。设计的验证采样定理模块一方面直观地再现了模拟信号到数字信号的转换过程,即经过了抽样信号离散化;另一方面验证了抽样定理,即设定固定的模拟信号幅值和频率,更改采样频率,当采样频率fs和信号频率f满足fs≥f时,才能得到正确的离散信号。验证抽样定理模块的前面板如图5所示。

2.2.4 滤波器

巴特沃斯滤波器是滤波器的一种,其采用的是巴特沃斯传递函数,有低通、高通、带通、带阻等多种滤波器类型。设计的滤波器是巴特沃斯滤波器,根据下拉列表可以选择低通、高通、带通、带阻等滤波器类型。使用了LabVIEW自带的仿真信号源,添加噪声后得到仿真信号,然后选定滤波器类型,并且设置低截止频率、高截止频率,得到滤波后的信号的波形。滤波器模块的前面板如图6所示。

2.3 生成应用程序

为了开发的虚拟实验系统脱离LabVIEW开发环境,方便安装使用,将labVIEW文件生成应用程序。即保存labVIEW文件,新建项目,导入文件;右键点击生成应用程序规范,在源文件栏将文件加入,并且将子VI,dll等文件都一起导入,点击生成应用程序。

3 结束语

利用计算机硬件和LabVIEW8.6软件,设计了“信号与系统”的虚拟实验系统,该虚拟实验系统可以用于课程的实验教学,实现学生对信号的认识以及了解信号处理的方法。该虚拟实验系统利用虚拟仪器技术,充分利用计算机资源,将虚拟仪器技术用于实验教学,一方面降低了实验成本,另一方面生动直观的实验操作也将提高教学水平。

参考文献

[1]王怀兴.基于LabVIEW的信号与系统仿真实验系统设计[J].湖北第二师范学院学报,2009,26(2):76-78.

[2]郑君里,应启珩,杨为理.信号与系统:上册[M].2版.北京:高等教育出版社,2000.

[3]李香萍.虚拟仪器在实验教学中的应用[J].实验室科学,2009(5):128-129.

[4]王小玲.基于PC的虚拟仪器在信号与系统实验中的应用[J].西南民族大学学报:自然科学版,2004,30(6):848-852.

[5]罗文秋,赵四化.基于LabVIEW的“信号与系统”实验系统设计[J].北京印刷学院学报,2010,18(6):51-54.

[6]王丽君,刘悦,黄永亮,等.基于LabVIEW的虚拟信号发生器及示波器的设计[J].华北水利水电学院学报,2010,31(3):56-59.

LabVIEW系统 篇11

【关键词】LabVIEW；车载移动通信系统；电磁兼容性；自动测试系统；数据库

一、引言

随着市场的新需求和国防事业的发展，车载移动通信系统的集成度越来越复杂，尤其是初级战术互联网和战术互联网的提出和应用，为车载移动通信系统的发展提供了广阔的应用前景。为此，对车载移动通信设备的测试和数据处理提出了更高的要求。本文针对车载通信设备的自动测试和数据库处理系统进行研究，主要内容是通信系统的电磁兼容测试，包括对频谱仪、分析仪等各种测试仪器的测试参数的自动设置以及对测试数据进行分析、处理、显示、存储等。

二、简介

随着电子技术的飞速发展，电子系统的集成度和可靠性要求不断提高，系统内设备数量急速增多，工作频段不断扩展，各设备间的干扰也越来越严重，要使得系统中的多种设备正常工作，对系统设备的自动化测试和数据处理越来越受到关注。例如，在电磁兼容性的研究中，为了评估系统的电磁兼容性，主要方法是电磁兼容测试，通过对系统测试的结果进行分析就可以得出电磁兼容性的结论。也就是说对电子系统电磁兼容性的评估，主要依赖于对系统的测试结果进行有效的分析。然而，采用人工的方法对频谱等分析仪器进行操作并将让测试人员对测试的数据结果进行后期计算、分析和整理，操作烦琐、自动化程度低。

基于LabVIEW的车载移动通信设备的自动测试和数据库处理系统，是基于NI GPIB卡计算机自动测试分析系统，与传统的测试系统相比具有性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成功能等特点，是一种可以由用户自定义的基于PC技术的测试和测量解决方案。自动测试系统的开发离不开功能强大的编程工具，选择卓越的开发平台可以减少测试系统软件编制的难度，缩短系统开发周期。LabVIEW是一种开发虚拟仪器的理想平台，因为它为用户提供了一个简单易用的程序开发环境，是特别考虑了开发工程师的需要而专门设计的。LabVIEW提供的强大功能让用户可以非常方便地连接各种各样的硬件产品和其它软件产品。

三、系统架构

1.测试系统的硬件组成

对测试仪器的自动控制、操作以及对测试数据的自动分析处理，主要是计算机与仪器间的通信。自动测试系统的硬件部分主要由测控计算机、测试仪器如频谱仪、GPIB接口卡等组成。系统硬件组成如图1所示，测控计算机和频谱仪由GPIB接口卡连接通过GPIB总线完成通信和数据交换。根据测试项目的不同，测试仪器如频谱仪后端所连接的各种设备有所不同。本系统适用于测量各种电子、电气设备是否符合标准规范的要求，可用于通信设备各种项目的自动化测试。

2.测试系统的软件控制流程

在自动测试系统中，软件的设计包括以下几个部分：

（1）测试软件由数据采集、数据后处理和对数据的库操作三个模块组成；

（2）采取快捷便利的参数设置，包括测试标准的选择，测试配置的提示，测试参数的设置；

（3）依据测试要求，频谱仪的参数可以通过计算机控制变化；

（4）完整的测试结果报表功能，测试中的所有参数和测试结果图都可以有选择的形成报告进行保存文件或打印；

（5）测试中采集到的数据可以自动存入测试数据库，以便组成测试参数管理系统；

（6）要考虑可扩展性，软件中要预留端口，以便扩展软件中的功能；

（7）界面要美观友好，操作性强，软件的测试流程如图2所示。

3.软件功能的实现

在这部分介绍一下软件的模块化结构 ――数据采集模块、数据后处理模块、数据库模块以及数据库的操作。

测试软件的数据采集模块是在测控计算机与仪器通过GPIB/USB接口卡连接完好的基础上，由模块中的仪器驱动将测试仪控制起来，从而将测试时所必须设置的一些参数通过这个模块传递给测试仪器，而后将测试仪器采集到的测试数据通过GPIB卡传回模块，从而完成数据的交换，实现计算机与仪器间的通信。

数据后处理模块主要是对由仪器采集而来的原始信号进行一定的处理，从而得到我们想要的结果。这个模块能够自动将测量的信号电压转换需要的量值，即自动设置校准系数，并可用不同形式的坐标显示出信号的特征参数分布，同时自动与相应标准值进行比较，判别信号是否超标并在图中表示出信号特性与标准值的关系等等。

数据库模块可以将每次测试时的一些状态，如测试人员、测试时间、测试项目等和测试时仪器的一些参数设置，等数据连同测试结果曲线存入数据库内，分次对应起来，并可在模块中对以往的测试数据进行查询和调用，方便形成大型的数据库管理系统。

对数据库的操作，通过基于购买的LabVIEW软件平台以及相应的软件工具包进行软件开发来实现的。在LabVIEW中通过ActiveX技术对Microsoft Access数据库进行访问是十分方便的，它可以充分利用Access提供的各种方法和属性，并可以实现对数据库的实时操作。本软件实施数据库操作的流程图如图3所示。在这个模块中首先通过LabVIEW中含有的ActiveX子模板，与ActiveX服务器相连，然后打开一个自动化（Automation Open）节点函数，从而可以打开一个与ActiveX服务器相连的Refnum。然后将该Refnum传递给模板中的其它节点函数，并通过对节点函数功能的调用实现对ActiveX控件或者嵌有ActiveX控件的应用程序的对象、属性、方法、事件的访问，实现数据库操作的如存储、添加、删除和查询等具体功能。当所有操作完成后，关闭数据库，即实现了整个数据库操作功能。

数据库模块是对测试的各种参数以及测试数据的存储，以便以后的对测试数据进行重显，对测试的结果进行客观的评估，为车载电子设备的性能以及系统特性提供参考。为系统性能的进一步提高提高理论依据。

四、结束语

车载移动通信设备的自动化测试和数据分析是近年来倍受关注的课题。尤其是在系统的电磁兼容性方面，对后期数据的处理是一个十分复杂而有庞大的工程，因此借助先进的测试硬件，一个功能强大、操作方便、性能稳定的测试软件必不可少。LabVIEW所具有的简单、方便的特点，是传统文本编程语言所不具备的。通过合理构造任务队列，充分利用模块式的编程工具，可以方便、灵活地实现多任务调度，快速、高效地构造较为复杂的测试程序。同时利用LabVIEW强大的计算能力，可以最大限度地满足测试系统的性能要求。

参考文献

[1]胡军.车载通信系统电磁兼容测试与互连性能评估[J].西安电子科技大学学报，2007.

[2]乔瑞萍，林欣等议.Lab VIEW7实用教程[M].电子工业出版社，2005.

[3]汤仕平，等.电磁兼容自动测试软件开发平台及其应用[J].安全与电磁兼容，2005，04：58-61.

[4]汤仕平，等.电磁兼容自动测试系统软件改进研究报告[J].中国国防科技报告，2004

LabVIEW系统 篇12

步进电机、交流电机、直流电机等各种各样的电机在当代的工业生产中有着很重要的作用,如何保证电机高效安全稳定运行不可忽视,所以对于电机的监测也成为一个必要的环节［１］。由于在负载模拟器项目的研制中主要关注电机的温度、转速、扭矩这3个参数, 故本设计重点对这3个参数进行监测。

数据采集系统设计常用的软件有LabVIEW、 VC6.0、MATLAB和BASIC等,虽然这些软件都可以实现人机界面的设计和程序设计,但这些软件之间又有明显的区别［２］。VC6.0、MATLAB和BASIC采用的机器语言都是基于文本的语言产生代码,在编程时会需要大量的程序代码,如果程序很复杂则编程时很容易出错,并且在出错之后不易修改。 而Lab- VIEW所使用的G语言是图形化的框图程序,主要是利用流程图或者框图,很少使用程序代码来编程,且其所使用的模块都是工程师、技术人员和学者所认识的图形、专业术语和概念［３］。所以利用LABVIEW在G语言的开发环境下进行编程大大提高了编程的效率, 只要逻辑好,一个框图也可以实现很多功能。本文根据需要设计了基于LabVIEW的电机监测系统,并进行了实际系统监测验证。

1电机监测系统硬件选型

本文对YC71电动机进行监测,其额定功率为250 W,额定电压为220V,额定转速为2 800r/min,2级。

1.1采集系统方案设计

在电机上安装温度、转速和扭力传感器,将采集到的电机各信号经过数据采集卡处理后传输到LabVIEW所设计的人机界面进行数据和波形显示,从而完成对电机的实时监测。电机监测系统结构框图如图1所示。其主要包括两个部分:基于LabVIEW的上位机数据采集系统和实现PC机与采集传感器的连接调试。

1.2电机参数采集传感器选型

(1)温度传感器选择。根据电机实际情况最终选择NTC热敏电阻温度传感器作为电机温度采集传感器。该传感器具有精度高、反应灵敏和耐湿性高的优点,不仅适用于室内,在室外也同样适用;其精度为-1%~1%,温度范围为-4 ℃~+110 ℃,阻值范围为0.1kΩ~500kΩ。

(2)转速传感器选择。根据电机的应用环境选用霍尔速度传感器监测电机转速。该传感器通过霍尔原件将这些变化的电压以脉冲的形式输出,从而转变为速度信号的原理来进行测量。 选用主要芯片为LM393的3144霍尔传感器模块实现电机的转速测量。其电源电压为4.5 V~24 V,输出负载电流为25mA,工作温度范围为-30 ℃~120 ℃。

(3)扭矩传感器。扭矩传感器是将电机运转过程中对发生扭转的机件进行检测,这些机件会产生扭转力矩,如果扭转力矩过大,很容易损坏机件。根据实际情况选用了TB-N1901扭矩传感器,其测量范围为0N·m~500N·m,精度为0.3%。

1.3采集板卡选择

根据以上传感器类型及实际需求选用NI公司的PCI-6024E作为采集板卡,其接线方式为PCI的总线方式,采样率为200ks/s,分辨率为12位,最大量程为-10V~10V,提供16路模拟输入,2路12位模拟输出,8条数字I/O线和2个24位计数器等功能。

2监测系统上位机软件设计

2.1上位机软件结构

监测系统上位机主要实现电机温度、转速和扭矩的显示及存储调用功能。监测系统上位机软件流程如图2所示。

2.2数据采集人机界面的设计

基于LabVIEW平台的虚拟仪器程序设计都离不开前面板(数据采集人机界面)的设计、后面板图形化框图程序(数据采集程序)的设计和模块连接设计3个部分。本设计的数据采集人机界面和数据采集程序设计分别如图3、图4所示。数据采集人机界面包括:物理通道,即采集卡的通道;最大电压与最小电压,即输入电压的量程;数据采集卡的采样率;数据采集卡的实际采样率;每秒模数转换器采样数,是AD的采样速率;上限/下限,即通道信号数值上限与下限设置;报警模块,即信号数值超出上限或低于下限进行报警;采集数据,即对采集到的信号进行波形显示。

2.3登录人机界面设计

数据采集系统是操作人员使用的软件,为了保证数据的安全性,设计了登录界面和登录程序,即用户只有在输入正确的用户名和密码的条件下才能进入采集系统界面,使用该系统进行数据的采集和历史数据显示。

2.4历史数据显示人机界面设计

在采集系统中,历史数据的存储是必不可少的,而且为了便于对电机任何时刻的运行情况进行分析,还需要对历史数据进行读取,不仅可以手工现场操作读取,还可以远程在线查询。查询的方式为在采集界面点击历史数据按钮进入历史数据显示界面,输入要查询的时间段,然后点击数据显示进行查询。如果要显示所在时刻的数据可以点击数据采集按钮,如果需要退出系统则点击退出登录即可。

对于历史数据的查询主要还是通过波形图进行显示,本设计针对电机的温度、转速和扭矩分别制作了对应的3个波形显示图如图5所示,历史数据显示程序设计如图6所示。

2.5监测系统仿真

由于一般的数据采集卡都比较昂贵,最少的也要千元以上,当在LabVIEW上设计好软件部分之后,如果直接接硬件设备,则会在软件不稳定运行的情况下损害数据采集卡,因此进行软件部分的仿真是必要的。 PCI-6024E的仿真图如图7所示。

3监测系统的运行与调试

系统的调试不仅需要对软件设计的数据采集系统进行调试,而且还需要实际连接上电机进行联机调试。 具体分3步来实现:

(1)硬件设备安装,包括传感器在电机相应位置的安装、传感器输出端子与采集卡的链接及数据采集卡与PC机链接等。

(2)数据采集系统初始化,包括采集卡软件匹配、 3个传感器通道的选择及相应参数设置等。

(3)数据采集与显示。将设置好的参数DAQ助手保存,然后在设计的程序框图中将设置好的DAQ助手模块接入程序框图中,打开前面板,点击运行,出现登录界面,在用户名中输入“qiaojunfu”,在密码处输入“123456”点击登录。登录成功后进入数据采集系统界面进行参数设置,包括通道选择Dev1/ai0、通道的最大值100和最小值0;采样率1 000、实际采样率1 000.00、每循环采样点数1 000、最大电压5V和最小电压-5V。设置完成后点击开始采集按钮进行电机实际运行参数采集,电机监测系统采集到的数据如图8所示。

如果需要历史数据分析电机的运行情况,则需要进入历史数据界面读取数据。进入历史数据采集界面后,选择输入一个已经采集过的时间段,例如调试选区的时间段为 “D:program file(x86)2015.6.18:10: 42”然后点击显示数据,运行结果如图9所示。当查询结束后,如果需要退出界面,则点击“退出登录”按钮, 退出系统。

4结论

本设计适用于常用电机的实时监测,不仅可以采集数据、保存数据,而且还可以对历史数据进行读取, 如果超出参数设定值报警灯会闪烁。同时加入了登录界面,使得数据的安全得到保障。本设计的数据采集系统采集精度高、反应灵敏、稳定可靠,可以实时同步监测电机的温度、转速和扭矩,其应用前景较为广阔。

摘要：设计了一套基于LabBVIEW的电机监测系统。系统选用NTC热敏电阻传感器、霍尔传感器、扭力传感器分别对电机温度、转速和扭力进行检测,由NI PCI-6024E数据采集卡把各项数据处理后上传到上位机,上位机采用LabVIEW编写了登录界面、数据采集系统界面和历史数据显示界面等对电机状态进行监测,保证电机安全、稳定运行。通过实际系统测试证实该系统能快速、准确地测出电机的温度、转速和扭矩等参数,对电机监测的应用具有较强的参考价值。