LabVIEW和聲卡控制系統(tǒng)程序設計

盧崇雨 周慶紅

摘 要：LabVIEW作為一種G語言編程軟件的代表，編程方便、易學，擁有成套的控制VI以及對聲卡信號采集與輸出的VI，結(jié)合聲卡可以設計很好的平面控制系統(tǒng)。通過AutoCAD繪制平面圖形，用LabVIEW對圖形數(shù)據(jù)進行采集、去值、排序、控制四大步驟，設計出了良好的平面控制系統(tǒng)程序，結(jié)果穩(wěn)定、精確。

關鍵詞：LabVIEW；平面控制系統(tǒng)；聲卡

1 引言

目前，控制系統(tǒng)的編程軟件非常多，各類編程語言也數(shù)不勝數(shù)，具有代表性的有C語言、C++及匯編語言等，相比LabVIEW軟件來講，由于他們具有嚴格的語言邏輯以及語言規(guī)則，所有在設計、實踐中往往比較復雜，而LabVIEW作為一種G語言，以圖形，線條，結(jié)點的形式進行編程，簡單易學。而且圖形所表示的功能已經(jīng)用完善的代碼集成過，拿來就用，也節(jié)省了大量的工作任務。聲卡作為一種普遍而且常用的材料，能夠在LabVIEW自帶的聲卡VI中得到更好的運用和體現(xiàn)，二者結(jié)合是作為平面控制系統(tǒng)最實用的，最方便的，而且成本較低的體現(xiàn)。

2 LabVIEW軟件介紹

LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是它與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言，LabVIEW采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是LabVIEW的程序模塊。虛擬儀器具備很好的數(shù)據(jù)采集、仿真、數(shù)字信號處理的功能。LabVIEW擁有專門用于控制領域的模塊——LabVIEWDSC以及NI-Motion。除此之外，工業(yè)控制領域常用的設備、數(shù)據(jù)線等通常也都帶有相應的LabVIEW驅(qū)動程序。使用LabVIEW可以非常方便的編制各種控制程序。

3 聲卡介紹

3.1 PCI聲卡

PCI聲卡就是指采用PCI接口的獨立聲卡，PCI是Peripheral Component Interconnect（外設部件互連標準）的縮寫，它是目前個人電腦中使用最為廣泛的接口，幾乎所有的主板產(chǎn)品上都帶有這種插槽。從結(jié)構上看，PCI是在CPU的供應商和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級總線，具體由一個橋接電路實現(xiàn)對這一層的管理，并實現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。

3.2 USB聲卡

USB聲卡在原理上和結(jié)構上與普通的板載聲卡很相似，但是由于USB具有其外置特點，他就沒有了電路體積的限制，所以他能夠通過復雜的模擬電路并采用更好的屏蔽設計從而提高音質(zhì)。脫離機箱，擁有不錯的音質(zhì)使他在性能上，實用性上得到了很大的提升，價格也相對較低，因此我們采用的是USB聲卡作為平面控制系統(tǒng)的輸出部分。

4 LabVIEW程序設計

4.1圖形的數(shù)據(jù)導入程序

通過在AutoCAD中繪制出平面圖形，將其導入到LabVIEW當中，應用到LabVIEW中數(shù)據(jù)采集的VI，能夠較為方便的獲取平面圖形的坐標信息，然后設置相關閾值去除掉無關或者重復的坐標，簡化數(shù)據(jù)，提高平面系統(tǒng)控制速度。

4.2 數(shù)據(jù)的排序整理設計

作為平面控制系統(tǒng)，應該具有良好的控制路徑和軌跡，才能按照工廠或者設計要求做出相應的反應或者動作，系統(tǒng)通過對圖形數(shù)據(jù)的處理后獲取的數(shù)據(jù)，先通過最近值搜索的方法尋找最接近的坐標點，然后用距離公式計算出每一個搜索出來的點到起始點的距離大小，篩選出最小值作為相鄰點，最后能夠篩選出較準確的路徑出來。

4.3 聲卡輸出設計

LabVIEW軟件中有一個和聲卡數(shù)據(jù)采集輸出非常類似的子VI—Generate Sound，通過分析得出PCI聲卡和USB聲卡在LabVIEW中的設置基本類似，所以通過對已有程序的優(yōu)化，改進過后，能夠?qū)⒌玫降臄?shù)據(jù)通過聲卡輸出，所得到的結(jié)果從示波器上可以觀察到是近似的正弦信號。但由于對步進電機的驅(qū)動必須采用一定頻率的脈沖信號，所以接下來我們需要對已獲得的數(shù)據(jù)重新進行處理，將正弦信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號。

4.4 控制系統(tǒng)程序設計

步進電機是由脈沖信號驅(qū)動其運動，其運動速率正比于脈沖信號的頻率，根據(jù)步進電機的參數(shù)通過計算求出步進電機運動距離和脈沖個數(shù)的關系。步進電機在平面X，Y軸的速度比例可以根據(jù)兩點坐標距離差值來確定脈沖個數(shù)。對于控制電機正反轉(zhuǎn)問題就是對坐標求差的結(jié)果做一個判斷，差值為負設置電機反轉(zhuǎn)，為正則正轉(zhuǎn)即可。最關鍵的一個程序設計就是將正弦信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號。

5 結(jié)果分析

通過理論分析，程序設計，實驗測試最終能夠較好的按照一定軌跡[3]還原圖像，在速度，精度上能夠較好的達到一般設計，施工要求。程序比較穩(wěn)定，能快速搜索鄰近點，并能很好的進行電機的控制，輸出波形也符合步進電機工作要求。但是針對平面復雜圖形還需優(yōu)化自己的尋點程序，增強精度，對大數(shù)據(jù)的處理還有待提高，甚至改進更為簡潔快速算法。

6 總結(jié)

LabVIEW和聲卡的平面控制系統(tǒng)具有其強大的發(fā)展空間，在系統(tǒng)設計，軟件優(yōu)化上面都可以進一步改進。在現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展的時代，我們還需要尋找到更為創(chuàng)新，迅捷，低成本的自動控制系統(tǒng)，提高企業(yè)和工廠的運輸效率。未來的3D打印技術也會更快更好的發(fā)展，LabVIEW和聲卡的平面控制系統(tǒng)也許能在發(fā)展完善的道路上，對3D打印行業(yè)起到不可小覷的作用。

參考文獻

[1] 謝志建.PCI聲卡WDM驅(qū)動程序研究與設計[D].中國地質(zhì)大學（北京）：計算機應用技術，2005.9-12.

[2] 孫春龍.基于LabVIEW多通道數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)開發(fā)[D].武漢大學：機械電子工程，2004.7-9.

[3] 鳳俊翔，劉維亭，薛銘剛.基于LabVIEW和AutoCAD VBA的運動控制系統(tǒng).計算機工程與設計，2010，31（23）.