基于LabVIEW的計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉麗 王山

摘要：本文基于LabVIEW虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境，研究以LabVIEW圖形化軟件為平臺(tái)的監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。介紹了虛擬儀器的組成部分，主要包括信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡、LabVIEW軟件。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器? LabVIEW? 數(shù)據(jù)采集

本文主要是運(yùn)用基于LabVIEW的計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)給定外部信號(hào)的監(jiān)測，監(jiān)測系統(tǒng)主要由個(gè)人計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、LabVIEW軟件組成。外部給定溫度和光亮信號(hào)，首先經(jīng)過傳感器將溫度和光亮信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，然后將處理過的信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集卡采集到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行顯示，涉及硬件平臺(tái)的選擇，數(shù)據(jù)采集的設(shè)置，以及采集模塊的設(shè)計(jì)與顯示界面的設(shè)計(jì)，利用LabVIEW圖形化的編程功能設(shè)計(jì)的人機(jī)交互式界面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與顯示。

1 虛擬儀器的構(gòu)成

通過計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能進(jìn)行傳統(tǒng)儀器控制面板的模擬，并且將表達(dá)輸出的檢測結(jié)果用多種形式來進(jìn)行表達(dá)，將計(jì)算機(jī)的軟件功能進(jìn)行利用來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的運(yùn)算和分析以及處理，這便是虛擬儀器的實(shí)質(zhì)。LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境的簡稱，是一種面向最終用戶的工具，采用圖形化的編程語言，用圖標(biāo)和連線來代替文本，使程序變得直接而形象。

硬件以及軟件是虛擬儀器的最基本的要素。將真實(shí)世界中的被測信號(hào)取得并且使用傳感器使得被測信號(hào)完成到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換這一過程，經(jīng)由信號(hào)調(diào)理模塊使得信號(hào)進(jìn)行放大以及濾波等處理，最后完成其送至數(shù)據(jù)采集卡完成采集，這就是硬件的功能。硬件的功能是軟件是虛擬儀器最核心的技術(shù)，虛擬儀器是以LabVIEW軟件為基礎(chǔ)的，在LabVIEW軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大的圖形化編程功能。

2 監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)以及接口設(shè)備組成了虛擬儀器的硬件平臺(tái)。如圖1所示：

大多情況之下，經(jīng)由傳感器來完成信號(hào)的獲得都要經(jīng)過調(diào)理這樣才可進(jìn)入到數(shù)據(jù)采集設(shè)備。放大、隔離和濾波以及激勵(lì)與線性化等均包含在信號(hào)調(diào)理功能內(nèi)。對(duì)于多路模信號(hào)來對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化測量便是數(shù)據(jù)采集，以獲得大量數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析以及處理。采集板卡被程序初始化這一步驟要在數(shù)據(jù)采集之前便完成，數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)的中間環(huán)節(jié)是板卡上以及內(nèi)存當(dāng)中的Buffer。但是對(duì)于Buffer的是用與否以及是不是使用外觸發(fā)啟動(dòng)以及停職抑或是同步一個(gè)操作還是需要注意的。

3 監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)采集在LabVIEW中的實(shí)現(xiàn)

在LabVIEW當(dāng)中，使軟件以瀏覽器的形式來使得數(shù)據(jù)采集設(shè)備和其通道得以配置的是名為Measurement

&Automation Explorer的軟件。

數(shù)據(jù)采集主要是利用采集助手來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能的，在安裝了DAQmx后，函數(shù)選板中“測量I/O”子選板下會(huì)出現(xiàn)一些函數(shù)，用于數(shù)據(jù)采集。如圖2：

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圖2? 數(shù)據(jù)采集函數(shù)

在LabVIEW的后面板上放置數(shù)據(jù)采集助手函數(shù)，就會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)測試任務(wù)對(duì)話框，選擇測試類型、通道，確定之后會(huì)出現(xiàn)采集助手對(duì)話框，對(duì)測試信號(hào)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置后，單擊確定，數(shù)據(jù)采集助手圖標(biāo)下面出現(xiàn)數(shù)據(jù)端口，這樣就可以執(zhí)行采集任務(wù)并將數(shù)據(jù)返回。

本文采用多通道同時(shí)采集，所以利用拆分信號(hào)函數(shù)將各路分開，最后將各個(gè)輸出接線端口與顯示控件連接。單樣數(shù)據(jù)采集程序如圖3所示。

3.2 程序設(shè)計(jì)

虛擬儀器開發(fā)主要都是使用LabVIEW，所以LabVIEW擁有在外觀以及功能上和傳統(tǒng)儀器面板相似的控件，在前面板上的放置可以十分方便，并且可以隨意地調(diào)整其大小和顏色以及風(fēng)格。有極其豐富的界面設(shè)計(jì)組件還有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理函數(shù)只是LabVIEW所具有的第一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，而且作為圖形化編程的LabVIEW十分易于掌握。VI是LabVIEW的核心，其擁有一個(gè)人機(jī)對(duì)話的界面，也就是常說的前面板以及與源代碼功能相似的程序框圖。來自程序圖的指令經(jīng)由前面板來進(jìn)行接收，其控件模擬了儀器的輸入裝置且將數(shù)據(jù)提供給了VI的程序框圖，而模擬了儀器的輸出裝置的指示器顯示了由程序圖取得抑或是產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。圖4以用戶登錄界面的程序設(shè)計(jì)為例簡單介紹了LabVIEW的編程。

在圖4用戶登錄的界面這一程序當(dāng)中，要求進(jìn)行正確的用戶名還有密碼的輸入，若連續(xù)三次輸入錯(cuò)誤，則自動(dòng)退出操作界面。

4 小結(jié)

虛擬儀器是現(xiàn)代測試系統(tǒng)的一種表現(xiàn)形式，是現(xiàn)代測控系統(tǒng)最先進(jìn)最快捷的工具。本課題目的主要是了解如何組建一套虛擬儀器系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的監(jiān)測。首先利用傳感器將外部信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)其進(jìn)行放大、濾波等處理，最后利用數(shù)據(jù)采集卡采集信號(hào)并將其在計(jì)算機(jī)上顯示出來。重點(diǎn)在于軟件的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，熟悉LabVIEW語言，能夠編寫程序框圖，完成監(jiān)測系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

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