基于LabVIEW的雷電波形信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

曹瑞明　劉志華　吳韜

摘 要： 在雷電遠(yuǎn)場(chǎng)電磁環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)中，需要產(chǎn)生一個(gè)與雷電波形一致的電磁場(chǎng)?；贚abVIEW 2012軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種雷電波形信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生國(guó)家推薦進(jìn)行雷電試驗(yàn)的7種用雙指數(shù)函數(shù)擬合的雷電波形和任意實(shí)測(cè)雷電波形的信號(hào)。該信號(hào)發(fā)生器改善了傳統(tǒng)的用模擬電路構(gòu)建的雷電信號(hào)源功能單一和參數(shù)調(diào)節(jié)困難等缺點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)中取得了理想的效果。

關(guān)鍵詞： 雷電波形信號(hào)發(fā)生器； LabVIEW； 任意實(shí)測(cè)雷電波形； 雷電信號(hào)源

中圖分類號(hào)： TN911.7?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）17?0043?03Abstract：In the experiment of simulating remote lightning electromagnetic environment， an electromagnetic field accordant with lightning waveform needs to be produced. A lightning waveform signal generator was developed based on LabVIEW2012 software. It can produce seven signals of lightning waveform fitted by double exponential function and measured in any actual measurement， as well as recommended by relevant government department. It also overcame the defects， such as singleness and difficult parameter adjustment of lightning signal source constructed by traditional analogous circuit. This signal generator achieved expecting outcome in the experiment.

Keywords： lightning； LabVIEW waveform signal generator； arbitrary measured lightning waveform； lightning signal generator

0 引 言

傳統(tǒng)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器只能夠產(chǎn)生正弦波、方波和三角波等幾種標(biāo)準(zhǔn)波形，產(chǎn)生其他波形時(shí)，需要配合較復(fù)雜的外圍電路。隨著近年來(lái)微處理器和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，通過(guò)軟硬件相結(jié)合的方式，已經(jīng)能夠產(chǎn)生較為復(fù)雜的波形，并且信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率有了較大的提高；通過(guò)可視化語(yǔ)言，允許用戶對(duì)生成的波形進(jìn)行自由定義，實(shí)現(xiàn)了可以輸出任意波形的目的。

在模擬雷電遠(yuǎn)場(chǎng)處電磁環(huán)境的實(shí)驗(yàn)中，需要有一個(gè)模擬雷電波形的信號(hào)發(fā)生裝置，因此本文設(shè)計(jì)了一種能夠產(chǎn)生國(guó)家推薦進(jìn)行雷電試驗(yàn)的7種用雙指數(shù)函數(shù)擬合的雷電波形和能夠復(fù)現(xiàn)雷電定位儀的實(shí)測(cè)雷電波形的信號(hào)發(fā)生器。

1 LabVIEW實(shí)現(xiàn)

雷電波形發(fā)生器的程序?qū)崿F(xiàn)采用NI公司的LabVIEW 2012作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。其具有直觀的圖形化操作界面以及豐富的數(shù)據(jù)處理庫(kù)函數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)功能強(qiáng)大和操作靈活的設(shè)計(jì)方案。LabVIEW的開(kāi)發(fā)平臺(tái)結(jié)合NI公司提供的信號(hào)源編程工具包NI?FGEN，能產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的雷電波形。首先利用FGEN工具包的初始化函數(shù)對(duì)雷電波形生成器進(jìn)行初始化，初始化工作包含檢測(cè)硬件是否存在，是否正常工作，并完成硬件內(nèi)部的一些初始化工作；初始化完成后利用FGEN提供的配置函數(shù)將波形生成器配置成適合當(dāng)前要求生成信號(hào)的環(huán)境，其中包含產(chǎn)生信號(hào)的幅度、頻率、相位等配置；配置完成后，調(diào)用生成信號(hào)的函數(shù)，在波形發(fā)生器的相應(yīng)通道生成要求的信號(hào)。軟件設(shè)計(jì)的流程如圖1所示。

主程序首先設(shè)置硬件和波形參數(shù)。根據(jù)所選擇波形參數(shù)類型生成對(duì)應(yīng)波形：若選擇雙指數(shù)波形，則根據(jù)雙指數(shù)函數(shù)參數(shù)，生成指定時(shí)間和點(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)，并構(gòu)建指數(shù)波形；若選擇實(shí)測(cè)雷電波形，則程序會(huì)打開(kāi)文件選擇框，讀取有雷電定位儀實(shí)測(cè)的雷電波形數(shù)據(jù)數(shù)組，根據(jù)指定的時(shí)間間隔構(gòu)建波形；若選擇常規(guī)函數(shù)波形，則直接利用LabVIEW中的基本函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生波形（正弦余弦、三角波、鋸齒波和方波等）。最后將產(chǎn)生的波形顯示，并通過(guò)硬件輸出，同時(shí)具有錯(cuò)誤處理功能。（3） 任意實(shí)測(cè)的雷電波形生成模塊

在波形選擇的下拉框中選擇“實(shí)測(cè)雷電波形”，程序會(huì)自動(dòng)彈出波形文件選擇窗口。選擇需要產(chǎn)生的雷電波形數(shù)據(jù)文件后，通過(guò)調(diào)整信號(hào)的幅度和每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間間隔，即可生成任意實(shí)測(cè)雷電波形信號(hào)。

1.1 程序總體模塊設(shè)計(jì)

總體模塊設(shè)計(jì)模式是采用基于“生產(chǎn)者/消費(fèi)者”設(shè)計(jì)的模式。

模式的框架如圖3所示。此設(shè)計(jì)模式的特點(diǎn)是：多線程，多通道，易于數(shù)據(jù)采集分析處理輸出，界面響應(yīng)不丟失等，是非常經(jīng)典的程序設(shè)計(jì)模式。

項(xiàng)目工程由一個(gè)主程序“雷電信號(hào)發(fā)生器.vi”和子程序“波形生成.vi”“波形輸出.vi”“觸發(fā)條件.vi”“基本波形.vi、設(shè)置模塊.vi、生成實(shí)測(cè)波形數(shù)據(jù).vi、雙指數(shù)波形.vi、雙指數(shù)波形選擇.vi、雙指數(shù)函數(shù).vi、限制幅度.vi組成。

1.2 基本波形

基本波形包含正弦波、余弦波、三角波、鋸齒波和方波， 這里直接采用LabVIEW自帶的波形函數(shù)。此模塊位于程序框圖面板?>編程?>波形?>的“基本函數(shù)發(fā)生器”模塊。該模塊可以生成4種基本波形，可設(shè)置波形頻率、幅值、相位、幅值偏移量、方波占空比、數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)和波形類型等。這里選擇設(shè)置波形類型、頻率、幅值和相位。運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。

1.4 實(shí)測(cè)雷電波形

程序先讀取存有雷電定位儀探測(cè)到的雷電波形數(shù)據(jù)文件中的測(cè)試數(shù)據(jù)。用文件I/O面板中的“讀取電子表格數(shù)據(jù)”，數(shù)據(jù)精度為7位小數(shù)點(diǎn)，雙精度。由于給出的雷電波形數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)格式僅有1列，需要選擇轉(zhuǎn)置，以便把1列轉(zhuǎn)為1行讀取數(shù)據(jù)。從波形參數(shù)中選取兩點(diǎn)數(shù)據(jù)，時(shí)間間隔為1 μs（由于單位是μs，因此需要除以1 000 000），幅值放大倍數(shù)為10倍。讀取的數(shù)據(jù)數(shù)組經(jīng)過(guò)限值之后，和[dt]一起構(gòu)建數(shù)據(jù)波形。生成的一次雷電實(shí)測(cè)波形的運(yùn)行結(jié)果如圖6所示。

2 結(jié) 語(yǔ)

傳統(tǒng)的雷電波形信號(hào)源均采用模擬電路如RC振蕩電路等產(chǎn)生，采用模擬電路，具有電路參數(shù)調(diào)整復(fù)雜、功能單一等缺點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的雷電波形信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生多種標(biāo)準(zhǔn)雷電波形，具有波形自定義、波形選擇便捷的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)界面簡(jiǎn)潔美觀，實(shí)用性強(qiáng)，可用于實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生模擬雷電信號(hào)。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃松嶺，吳靜.虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[2] 豈興明，周建興，矯津毅.LabVIEW 8.2[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[3] 陳紹東，王孝波，李斌，等.標(biāo)準(zhǔn)雷電波形的頻譜分析及其應(yīng)用[J].氣象，2006，32（4）：11?19.

[4] 中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部.GB50054?2010 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

[5] 范福玲，韓建勛.基于LabVIEW的虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，17（4）：26?28.

[6] 張紅光，李正明.基于LabWindows/CVI的虛擬示波器研究與設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（9）：168?170.

摘 要： 在雷電遠(yuǎn)場(chǎng)電磁環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)中，需要產(chǎn)生一個(gè)與雷電波形一致的電磁場(chǎng)?；贚abVIEW 2012軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種雷電波形信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生國(guó)家推薦進(jìn)行雷電試驗(yàn)的7種用雙指數(shù)函數(shù)擬合的雷電波形和任意實(shí)測(cè)雷電波形的信號(hào)。該信號(hào)發(fā)生器改善了傳統(tǒng)的用模擬電路構(gòu)建的雷電信號(hào)源功能單一和參數(shù)調(diào)節(jié)困難等缺點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)中取得了理想的效果。

關(guān)鍵詞： 雷電波形信號(hào)發(fā)生器； LabVIEW； 任意實(shí)測(cè)雷電波形； 雷電信號(hào)源

中圖分類號(hào)： TN911.7?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）17?0043?03Abstract：In the experiment of simulating remote lightning electromagnetic environment， an electromagnetic field accordant with lightning waveform needs to be produced. A lightning waveform signal generator was developed based on LabVIEW2012 software. It can produce seven signals of lightning waveform fitted by double exponential function and measured in any actual measurement， as well as recommended by relevant government department. It also overcame the defects， such as singleness and difficult parameter adjustment of lightning signal source constructed by traditional analogous circuit. This signal generator achieved expecting outcome in the experiment.

Keywords： lightning； LabVIEW waveform signal generator； arbitrary measured lightning waveform； lightning signal generator

0 引 言

傳統(tǒng)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器只能夠產(chǎn)生正弦波、方波和三角波等幾種標(biāo)準(zhǔn)波形，產(chǎn)生其他波形時(shí)，需要配合較復(fù)雜的外圍電路。隨著近年來(lái)微處理器和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，通過(guò)軟硬件相結(jié)合的方式，已經(jīng)能夠產(chǎn)生較為復(fù)雜的波形，并且信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率有了較大的提高；通過(guò)可視化語(yǔ)言，允許用戶對(duì)生成的波形進(jìn)行自由定義，實(shí)現(xiàn)了可以輸出任意波形的目的。

在模擬雷電遠(yuǎn)場(chǎng)處電磁環(huán)境的實(shí)驗(yàn)中，需要有一個(gè)模擬雷電波形的信號(hào)發(fā)生裝置，因此本文設(shè)計(jì)了一種能夠產(chǎn)生國(guó)家推薦進(jìn)行雷電試驗(yàn)的7種用雙指數(shù)函數(shù)擬合的雷電波形和能夠復(fù)現(xiàn)雷電定位儀的實(shí)測(cè)雷電波形的信號(hào)發(fā)生器。

1 LabVIEW實(shí)現(xiàn)

雷電波形發(fā)生器的程序?qū)崿F(xiàn)采用NI公司的LabVIEW 2012作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。其具有直觀的圖形化操作界面以及豐富的數(shù)據(jù)處理庫(kù)函數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)功能強(qiáng)大和操作靈活的設(shè)計(jì)方案。LabVIEW的開(kāi)發(fā)平臺(tái)結(jié)合NI公司提供的信號(hào)源編程工具包NI?FGEN，能產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的雷電波形。首先利用FGEN工具包的初始化函數(shù)對(duì)雷電波形生成器進(jìn)行初始化，初始化工作包含檢測(cè)硬件是否存在，是否正常工作，并完成硬件內(nèi)部的一些初始化工作；初始化完成后利用FGEN提供的配置函數(shù)將波形生成器配置成適合當(dāng)前要求生成信號(hào)的環(huán)境，其中包含產(chǎn)生信號(hào)的幅度、頻率、相位等配置；配置完成后，調(diào)用生成信號(hào)的函數(shù)，在波形發(fā)生器的相應(yīng)通道生成要求的信號(hào)。軟件設(shè)計(jì)的流程如圖1所示。

主程序首先設(shè)置硬件和波形參數(shù)。根據(jù)所選擇波形參數(shù)類型生成對(duì)應(yīng)波形：若選擇雙指數(shù)波形，則根據(jù)雙指數(shù)函數(shù)參數(shù)，生成指定時(shí)間和點(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)，并構(gòu)建指數(shù)波形；若選擇實(shí)測(cè)雷電波形，則程序會(huì)打開(kāi)文件選擇框，讀取有雷電定位儀實(shí)測(cè)的雷電波形數(shù)據(jù)數(shù)組，根據(jù)指定的時(shí)間間隔構(gòu)建波形；若選擇常規(guī)函數(shù)波形，則直接利用LabVIEW中的基本函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生波形（正弦余弦、三角波、鋸齒波和方波等）。最后將產(chǎn)生的波形顯示，并通過(guò)硬件輸出，同時(shí)具有錯(cuò)誤處理功能。（3） 任意實(shí)測(cè)的雷電波形生成模塊

在波形選擇的下拉框中選擇“實(shí)測(cè)雷電波形”，程序會(huì)自動(dòng)彈出波形文件選擇窗口。選擇需要產(chǎn)生的雷電波形數(shù)據(jù)文件后，通過(guò)調(diào)整信號(hào)的幅度和每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間間隔，即可生成任意實(shí)測(cè)雷電波形信號(hào)。

1.1 程序總體模塊設(shè)計(jì)

總體模塊設(shè)計(jì)模式是采用基于“生產(chǎn)者/消費(fèi)者”設(shè)計(jì)的模式。

模式的框架如圖3所示。此設(shè)計(jì)模式的特點(diǎn)是：多線程，多通道，易于數(shù)據(jù)采集分析處理輸出，界面響應(yīng)不丟失等，是非常經(jīng)典的程序設(shè)計(jì)模式。

項(xiàng)目工程由一個(gè)主程序“雷電信號(hào)發(fā)生器.vi”和子程序“波形生成.vi”“波形輸出.vi”“觸發(fā)條件.vi”“基本波形.vi、設(shè)置模塊.vi、生成實(shí)測(cè)波形數(shù)據(jù).vi、雙指數(shù)波形.vi、雙指數(shù)波形選擇.vi、雙指數(shù)函數(shù).vi、限制幅度.vi組成。

1.2 基本波形

基本波形包含正弦波、余弦波、三角波、鋸齒波和方波， 這里直接采用LabVIEW自帶的波形函數(shù)。此模塊位于程序框圖面板?>編程?>波形?>的“基本函數(shù)發(fā)生器”模塊。該模塊可以生成4種基本波形，可設(shè)置波形頻率、幅值、相位、幅值偏移量、方波占空比、數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)和波形類型等。這里選擇設(shè)置波形類型、頻率、幅值和相位。運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。

1.4 實(shí)測(cè)雷電波形

程序先讀取存有雷電定位儀探測(cè)到的雷電波形數(shù)據(jù)文件中的測(cè)試數(shù)據(jù)。用文件I/O面板中的“讀取電子表格數(shù)據(jù)”，數(shù)據(jù)精度為7位小數(shù)點(diǎn)，雙精度。由于給出的雷電波形數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)格式僅有1列，需要選擇轉(zhuǎn)置，以便把1列轉(zhuǎn)為1行讀取數(shù)據(jù)。從波形參數(shù)中選取兩點(diǎn)數(shù)據(jù)，時(shí)間間隔為1 μs（由于單位是μs，因此需要除以1 000 000），幅值放大倍數(shù)為10倍。讀取的數(shù)據(jù)數(shù)組經(jīng)過(guò)限值之后，和[dt]一起構(gòu)建數(shù)據(jù)波形。生成的一次雷電實(shí)測(cè)波形的運(yùn)行結(jié)果如圖6所示。

2 結(jié) 語(yǔ)

傳統(tǒng)的雷電波形信號(hào)源均采用模擬電路如RC振蕩電路等產(chǎn)生，采用模擬電路，具有電路參數(shù)調(diào)整復(fù)雜、功能單一等缺點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的雷電波形信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生多種標(biāo)準(zhǔn)雷電波形，具有波形自定義、波形選擇便捷的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)界面簡(jiǎn)潔美觀，實(shí)用性強(qiáng)，可用于實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生模擬雷電信號(hào)。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃松嶺，吳靜.虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[2] 豈興明，周建興，矯津毅.LabVIEW 8.2[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[3] 陳紹東，王孝波，李斌，等.標(biāo)準(zhǔn)雷電波形的頻譜分析及其應(yīng)用[J].氣象，2006，32（4）：11?19.

[4] 中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部.GB50054?2010 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

[5] 范福玲，韓建勛.基于LabVIEW的虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，17（4）：26?28.

[6] 張紅光，李正明.基于LabWindows/CVI的虛擬示波器研究與設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（9）：168?170.

摘 要： 在雷電遠(yuǎn)場(chǎng)電磁環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)中，需要產(chǎn)生一個(gè)與雷電波形一致的電磁場(chǎng)?；贚abVIEW 2012軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種雷電波形信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生國(guó)家推薦進(jìn)行雷電試驗(yàn)的7種用雙指數(shù)函數(shù)擬合的雷電波形和任意實(shí)測(cè)雷電波形的信號(hào)。該信號(hào)發(fā)生器改善了傳統(tǒng)的用模擬電路構(gòu)建的雷電信號(hào)源功能單一和參數(shù)調(diào)節(jié)困難等缺點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)中取得了理想的效果。

關(guān)鍵詞： 雷電波形信號(hào)發(fā)生器； LabVIEW； 任意實(shí)測(cè)雷電波形； 雷電信號(hào)源

中圖分類號(hào)： TN911.7?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）17?0043?03Abstract：In the experiment of simulating remote lightning electromagnetic environment， an electromagnetic field accordant with lightning waveform needs to be produced. A lightning waveform signal generator was developed based on LabVIEW2012 software. It can produce seven signals of lightning waveform fitted by double exponential function and measured in any actual measurement， as well as recommended by relevant government department. It also overcame the defects， such as singleness and difficult parameter adjustment of lightning signal source constructed by traditional analogous circuit. This signal generator achieved expecting outcome in the experiment.

Keywords： lightning； LabVIEW waveform signal generator； arbitrary measured lightning waveform； lightning signal generator

0 引 言

傳統(tǒng)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器只能夠產(chǎn)生正弦波、方波和三角波等幾種標(biāo)準(zhǔn)波形，產(chǎn)生其他波形時(shí)，需要配合較復(fù)雜的外圍電路。隨著近年來(lái)微處理器和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，通過(guò)軟硬件相結(jié)合的方式，已經(jīng)能夠產(chǎn)生較為復(fù)雜的波形，并且信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率有了較大的提高；通過(guò)可視化語(yǔ)言，允許用戶對(duì)生成的波形進(jìn)行自由定義，實(shí)現(xiàn)了可以輸出任意波形的目的。

在模擬雷電遠(yuǎn)場(chǎng)處電磁環(huán)境的實(shí)驗(yàn)中，需要有一個(gè)模擬雷電波形的信號(hào)發(fā)生裝置，因此本文設(shè)計(jì)了一種能夠產(chǎn)生國(guó)家推薦進(jìn)行雷電試驗(yàn)的7種用雙指數(shù)函數(shù)擬合的雷電波形和能夠復(fù)現(xiàn)雷電定位儀的實(shí)測(cè)雷電波形的信號(hào)發(fā)生器。

1 LabVIEW實(shí)現(xiàn)

雷電波形發(fā)生器的程序?qū)崿F(xiàn)采用NI公司的LabVIEW 2012作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。其具有直觀的圖形化操作界面以及豐富的數(shù)據(jù)處理庫(kù)函數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)功能強(qiáng)大和操作靈活的設(shè)計(jì)方案。LabVIEW的開(kāi)發(fā)平臺(tái)結(jié)合NI公司提供的信號(hào)源編程工具包NI?FGEN，能產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的雷電波形。首先利用FGEN工具包的初始化函數(shù)對(duì)雷電波形生成器進(jìn)行初始化，初始化工作包含檢測(cè)硬件是否存在，是否正常工作，并完成硬件內(nèi)部的一些初始化工作；初始化完成后利用FGEN提供的配置函數(shù)將波形生成器配置成適合當(dāng)前要求生成信號(hào)的環(huán)境，其中包含產(chǎn)生信號(hào)的幅度、頻率、相位等配置；配置完成后，調(diào)用生成信號(hào)的函數(shù)，在波形發(fā)生器的相應(yīng)通道生成要求的信號(hào)。軟件設(shè)計(jì)的流程如圖1所示。

主程序首先設(shè)置硬件和波形參數(shù)。根據(jù)所選擇波形參數(shù)類型生成對(duì)應(yīng)波形：若選擇雙指數(shù)波形，則根據(jù)雙指數(shù)函數(shù)參數(shù)，生成指定時(shí)間和點(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)，并構(gòu)建指數(shù)波形；若選擇實(shí)測(cè)雷電波形，則程序會(huì)打開(kāi)文件選擇框，讀取有雷電定位儀實(shí)測(cè)的雷電波形數(shù)據(jù)數(shù)組，根據(jù)指定的時(shí)間間隔構(gòu)建波形；若選擇常規(guī)函數(shù)波形，則直接利用LabVIEW中的基本函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生波形（正弦余弦、三角波、鋸齒波和方波等）。最后將產(chǎn)生的波形顯示，并通過(guò)硬件輸出，同時(shí)具有錯(cuò)誤處理功能。（3） 任意實(shí)測(cè)的雷電波形生成模塊

在波形選擇的下拉框中選擇“實(shí)測(cè)雷電波形”，程序會(huì)自動(dòng)彈出波形文件選擇窗口。選擇需要產(chǎn)生的雷電波形數(shù)據(jù)文件后，通過(guò)調(diào)整信號(hào)的幅度和每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間間隔，即可生成任意實(shí)測(cè)雷電波形信號(hào)。

1.1 程序總體模塊設(shè)計(jì)

總體模塊設(shè)計(jì)模式是采用基于“生產(chǎn)者/消費(fèi)者”設(shè)計(jì)的模式。

模式的框架如圖3所示。此設(shè)計(jì)模式的特點(diǎn)是：多線程，多通道，易于數(shù)據(jù)采集分析處理輸出，界面響應(yīng)不丟失等，是非常經(jīng)典的程序設(shè)計(jì)模式。

項(xiàng)目工程由一個(gè)主程序“雷電信號(hào)發(fā)生器.vi”和子程序“波形生成.vi”“波形輸出.vi”“觸發(fā)條件.vi”“基本波形.vi、設(shè)置模塊.vi、生成實(shí)測(cè)波形數(shù)據(jù).vi、雙指數(shù)波形.vi、雙指數(shù)波形選擇.vi、雙指數(shù)函數(shù).vi、限制幅度.vi組成。

1.2 基本波形

基本波形包含正弦波、余弦波、三角波、鋸齒波和方波， 這里直接采用LabVIEW自帶的波形函數(shù)。此模塊位于程序框圖面板?>編程?>波形?>的“基本函數(shù)發(fā)生器”模塊。該模塊可以生成4種基本波形，可設(shè)置波形頻率、幅值、相位、幅值偏移量、方波占空比、數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)和波形類型等。這里選擇設(shè)置波形類型、頻率、幅值和相位。運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。

1.4 實(shí)測(cè)雷電波形

程序先讀取存有雷電定位儀探測(cè)到的雷電波形數(shù)據(jù)文件中的測(cè)試數(shù)據(jù)。用文件I/O面板中的“讀取電子表格數(shù)據(jù)”，數(shù)據(jù)精度為7位小數(shù)點(diǎn)，雙精度。由于給出的雷電波形數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)格式僅有1列，需要選擇轉(zhuǎn)置，以便把1列轉(zhuǎn)為1行讀取數(shù)據(jù)。從波形參數(shù)中選取兩點(diǎn)數(shù)據(jù)，時(shí)間間隔為1 μs（由于單位是μs，因此需要除以1 000 000），幅值放大倍數(shù)為10倍。讀取的數(shù)據(jù)數(shù)組經(jīng)過(guò)限值之后，和[dt]一起構(gòu)建數(shù)據(jù)波形。生成的一次雷電實(shí)測(cè)波形的運(yùn)行結(jié)果如圖6所示。

2 結(jié) 語(yǔ)

傳統(tǒng)的雷電波形信號(hào)源均采用模擬電路如RC振蕩電路等產(chǎn)生，采用模擬電路，具有電路參數(shù)調(diào)整復(fù)雜、功能單一等缺點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的雷電波形信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生多種標(biāo)準(zhǔn)雷電波形，具有波形自定義、波形選擇便捷的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)界面簡(jiǎn)潔美觀，實(shí)用性強(qiáng)，可用于實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生模擬雷電信號(hào)。

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