基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理系統(tǒng)

許桂林

（上海電控研究所 上海 200092）

引言

自動(dòng)化測(cè)試儀器是現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用中必不可少的設(shè)備，能夠代替人類解放雙手，并且大大提高檢測(cè)效率，同時(shí)還可以對(duì)所有的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)儲(chǔ)存并對(duì)比分析。在該自動(dòng)測(cè)試儀器中主要使用了NI公司的LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，該平臺(tái)是基于G語(yǔ)言的軟件開發(fā)平臺(tái)，能夠結(jié)合圖形化的編程方式，專門為測(cè)量測(cè)試提供高性能的模塊與配置功能，編程方式具有高靈活性和人機(jī)交互性。虛擬儀器是一個(gè)可以按照需求而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，可以為信號(hào)采集、儀器的控制、測(cè)量數(shù)據(jù)的分析以及數(shù)據(jù)結(jié)果展示等提供大量的開發(fā)模塊。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在初期因考慮到后續(xù)使用的可擴(kuò)展性，因此采用模塊化的思想來設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)模塊有3塊：串行通信數(shù)據(jù)采集、字符串?dāng)?shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)波形展示模塊。上位機(jī)程序設(shè)計(jì)流程圖如下圖1所示：

1.1 串行通信數(shù)據(jù)采集

1.1.1 串行通信系統(tǒng)

在本自動(dòng)化測(cè)試儀器的設(shè)計(jì)中串行通信系統(tǒng)是建立在LabVIEW的虛擬儀器軟件構(gòu)架VISA上。VISA是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)庫(kù)，在LabVIEW開發(fā)平臺(tái)上該標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)可以直接調(diào)用使用，并且VISA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常靈活。VISA還具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可移植性，只要是用了VISA函數(shù)的程序都可以非常方便的移植到其他平臺(tái)。

1.1.2 系統(tǒng)組成

（1）、串行通信參數(shù)配置：LabVIEW的串行通訊VI位于Instrument I/O Platte的Serial中，這里涉及使用到了LabVIEW中串行通信操作的VISA初始化配置，此節(jié)點(diǎn)能夠配置串行通信的奇偶校驗(yàn)、波特率、數(shù)據(jù)緩存大小、起始位與停止位等配置。

（2）、VISA寫入：把寫緩存寄存器接口的數(shù)據(jù)寫到VISA資源名的接口設(shè)備中。根據(jù)設(shè)備的不同，我們通常將數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞椒譃橥絺鬏敽彤惒絺鬏?。能夠從串行通信緩沖區(qū)里讀取一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。

（3）、VISA讀?。喊裋ISA資源名的接口設(shè)備的數(shù)據(jù)根據(jù)位計(jì)數(shù)的長(zhǎng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。在VISA屬性中點(diǎn)擊右鍵節(jié)點(diǎn)，再通過快捷菜單選擇“同步I/O模式”，然后選擇“同步”命令，即可完成讀取數(shù)據(jù)的同步。在此VISA讀取的操作中，要考慮延遲時(shí)間的設(shè)置，延遲太長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致等待時(shí)間過長(zhǎng)，延遲太短會(huì)導(dǎo)致收不到完整的數(shù)據(jù)。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，在該設(shè)計(jì)中將延遲時(shí)間設(shè)置成2ms，本設(shè)計(jì)該部分串行通信的程序設(shè)計(jì)框圖如圖2所示：

1.2 字符串格式轉(zhuǎn)換與實(shí)時(shí)顯示

1.2.1 字符串格式轉(zhuǎn)換

上位機(jī)通過VISA串口讀取到的數(shù)據(jù)是十六進(jìn)制的，本設(shè)計(jì)中需要將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的數(shù)據(jù)格式。本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換方法為：第一步判斷接收到的數(shù)據(jù)是否齊整，如果數(shù)據(jù)完整第二步將接收控件的數(shù)據(jù)接收區(qū)連接到數(shù)組控件的“字符串轉(zhuǎn)換成數(shù)組”的控件上。

1.2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)顯示

（1）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)就是將讀取到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，第一步需要先建立數(shù)據(jù)庫(kù)表格和選擇數(shù)據(jù)庫(kù)，第二部使用LabSQL工具包把讀取的數(shù)據(jù)定時(shí)的存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)的表格中。

（2）、歷史數(shù)據(jù)查詢。通過上一步的操作已經(jīng)將讀取到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中了，因此歷史數(shù)據(jù)查詢就是通過一定的條件要求在數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索就可以了。這一步的操作方法如下圖3所示。

1.3 測(cè)試結(jié)果波形展示模塊

通過上面的字符串格式轉(zhuǎn)換后，可以直接對(duì)讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)波形展示。測(cè)量結(jié)果的圖形化展示是高級(jí)儀器所必需的功能，LabVIEW為虛擬儀器，頁(yè)提供了強(qiáng)大的實(shí)時(shí)圖形界面展示能力。按照測(cè)量數(shù)據(jù)處理的方式或者顯示的過程可以分為事后記錄圖（Graph）和實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖（Chart）.

在本設(shè)計(jì)中使用了實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖控件進(jìn)行測(cè)試結(jié)果波形頻譜展示。因?yàn)閷?shí)時(shí)趨勢(shì)圖控件是把新的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的連續(xù)不斷地鏈接到前面已有的數(shù)據(jù)后面，波形是向前連續(xù)遞進(jìn)顯示的，這種顯示方法能夠非常清楚的看到數(shù)據(jù)的變化過程。下圖4為實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖的展示過程。

2 結(jié)語(yǔ)

本工程設(shè)計(jì)是基于LabVIEW開發(fā)軟件和虛擬儀器技術(shù)，成功的實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)試儀器的數(shù)據(jù)讀取和實(shí)時(shí)展示等功能。試驗(yàn)表明，LabVIEW的設(shè)計(jì)開發(fā)具有設(shè)計(jì)語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、大方、直觀可靠等優(yōu)點(diǎn)，在后續(xù)的工程應(yīng)用中可通過進(jìn)行數(shù)據(jù)采集卡的擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)對(duì)不同環(huán)境數(shù)據(jù)采集進(jìn)行采集的功能要求。