基于LabVIEW的VI—9ch信號(hào)檢測系統(tǒng)

高翔

隨著檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的信號(hào)檢測儀器由于硬件的局限性以及使用的不方便，已經(jīng)不能滿足眾多應(yīng)用的情形，因此硬件要求不高、應(yīng)用更加方便的虛擬儀器檢測系統(tǒng)正逐漸在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中得到應(yīng)用。本文介紹了基于LabVIEW的信號(hào)檢測系統(tǒng)，包括其硬件的組成和軟件的實(shí)現(xiàn)。其中在軟件的人機(jī)交互界面中，以示波器功能為主要目標(biāo)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，使采集的信號(hào)更加能夠直觀方便的顯示出來，同時(shí)系統(tǒng)還具備儲(chǔ)存功能，方便觀察之前的數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】傳感器 檢測 LabVIEW

LabVIEW實(shí)際上是一種基于計(jì)算機(jī)的測試儀器，其出現(xiàn)和廣泛使用對(duì)測控儀器產(chǎn)生較為廣泛的影響。采用LabVIEW圖形化語言進(jìn)行編程，具有編程簡單方便、界面形象直觀、能夠縮短開發(fā)周期、以及可根據(jù)用戶的需要對(duì)系統(tǒng)做出快速更改等優(yōu)勢。利用數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算機(jī)外圍硬件進(jìn)行信號(hào)的采集與檢測， 然后用計(jì)算機(jī)所編的軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理、計(jì)算和分析以及對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行顯示。

1 硬件系統(tǒng)

被測量通過傳感器可以將信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)，通過數(shù)據(jù)采集卡將電壓或電流信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，然后在LabVIEW軟件配置各端口，即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)化和顯示。

其中數(shù)據(jù)采集卡可以使用NI公司的USB-6259，該設(shè)備易于移動(dòng)，有16位的模擬輸入通道和4位模擬輸出通道，能夠滿足9路模擬信號(hào)的采集，通過USB接口與計(jì)算機(jī)相連，能夠更加方便得使用。信號(hào)檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)搭建如圖1所示。

2 軟件系統(tǒng)

LabVIEW軟件可分為前面板、程序框圖面板以及控件選板三部分。前面板是人機(jī)交互界面，能夠直觀地顯示出開發(fā)者所需要得到的信息；程序框圖面板是設(shè)計(jì)的核心，對(duì)前面板上的控件進(jìn)行定義、操作和連線；控件選板提供功能豐富的圖形化控件。

在VI-9ch信號(hào)檢測系統(tǒng)中，軟件系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、處理、顯示與儲(chǔ)存。其中信號(hào)的采集是通過建立通道與數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，信號(hào)的處理作用有兩個(gè)，一個(gè)是對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，另一個(gè)是編寫電信號(hào)與被測量之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的函數(shù)。信號(hào)的處理需要根據(jù)不同的傳感器及參數(shù)來進(jìn)行設(shè)置。信號(hào)的顯示與儲(chǔ)存方面，可以實(shí)現(xiàn)示波器功能的波形的顯示，并能夠?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)下來觀察數(shù)據(jù)的變化情況。軟件功能如圖2所示。

2.1 信號(hào)采集程序

LabVIEW中信號(hào)采集是通過DAQmx實(shí)現(xiàn)的，整個(gè)采集過程需要經(jīng)過創(chuàng)建任務(wù)、創(chuàng)建通道、設(shè)定采樣時(shí)鐘以及任務(wù)和錯(cuò)誤輸出。其控件連接如圖3所示。

采樣時(shí)鐘控件的作用是設(shè)置采樣模式、樣本數(shù)和采樣率。根據(jù)香濃采樣定理，只需將采樣頻率設(shè)置到大于2倍信號(hào)頻率即可。

在信號(hào)采集程序中，最重要的是對(duì)創(chuàng)建通道控件進(jìn)行配置，可以設(shè)置物理通道、最大值最小值、模擬量輸入輸出、數(shù)字量輸入輸出、計(jì)數(shù)器輸入輸出等參數(shù)。

2.2 波形的顯示與存儲(chǔ)

波形的顯示用的是前面板中的圖形顯示控件express XY圖，可以把電信號(hào)在坐標(biāo)中顯示出來。此外，通過算法運(yùn)算，可以將電信號(hào)還原成檢測量。這些數(shù)據(jù)通過數(shù)組元素合并控件，傳入寫入電子表格控件進(jìn)行存儲(chǔ)。程序框圖如圖4所示。

2.3 手動(dòng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)X、Y坐標(biāo)程序

LabVIEW中提供了很多波形圖的屬性節(jié)點(diǎn)，通過調(diào)用這些屬性節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)波形圖顯示更多功能。其中設(shè)置坐標(biāo)軸最大值最小值是一個(gè)重要的功能，通過調(diào)節(jié) X、Y坐標(biāo)最大值和最小值，能夠得到適合的波形。坐標(biāo)自動(dòng)跟隨數(shù)據(jù)變化和手動(dòng)調(diào)節(jié)波形圖坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換可分別由屬性節(jié)點(diǎn)Xscale.ScaleFit和Yscale.ScaleFit控制。

在使用中只用到自動(dòng)和手動(dòng)調(diào)節(jié)標(biāo)尺的功能，因此可用布爾開關(guān)量來控制自動(dòng)和手動(dòng)的轉(zhuǎn)換。其示意圖如圖5所示。

在手動(dòng)調(diào)節(jié)坐標(biāo)的情況下，需要實(shí)現(xiàn)顯示比例（scale）和位移（position）的調(diào)節(jié)。在LabVIEW中，波形圖的屬性節(jié)點(diǎn)提供了坐標(biāo)顯示的最大值和最小值設(shè)置，可以通過兩個(gè)旋鈕控件來實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)Y坐標(biāo)的程序圖如圖6所示。X坐標(biāo)同理。

2.4 參數(shù)顯示

LabVIEW提供了常用信號(hào)測量的VI，有幅值和電平測量VI以及信號(hào)的時(shí)間與瞬態(tài)特性測量VI。實(shí)現(xiàn)頻率、周期、占空比、峰峰值等周期信號(hào)基本參數(shù)的顯示。信號(hào)基本參數(shù)的顯示界面如圖7所示。

3 測試驗(yàn)證及結(jié)論

在1號(hào)通道中接入一路方波信號(hào)測試，運(yùn)行VI-9ch信號(hào)檢測系統(tǒng)，在前面板中可以觀察到波形和信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù)，通過X、Y標(biāo)尺的調(diào)節(jié)，可以獲得滿意的信號(hào)圖形。將測試信號(hào)接入其它通道，通過調(diào)節(jié)通道選擇的布爾開關(guān)同樣可以準(zhǔn)確顯示。前面板人機(jī)交互界面如圖8所示。

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作者單位

晉中學(xué)院 山西省晉中市 030619