【正文】 和儀器面板素材庫(kù)，近 600 種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序 (可擴(kuò)充 )如 GPIB 設(shè)備控制、 VXI 總線控制、串行口設(shè)備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲(chǔ)；并且 LabVIEW 還提供了專門(mén)用于程序開(kāi)發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設(shè)置斷點(diǎn)，調(diào)試過(guò)程中可以使用數(shù)據(jù)探針和動(dòng)態(tài)執(zhí)行程序來(lái)觀察數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程，更加便于程序的調(diào)試。但并非畫(huà)出兩個(gè)控件后程序就可以運(yùn)行，在前面板后還有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的流程圖。 7 如果將 VI 與傳統(tǒng)儀器相比較，那么前面板上的控件對(duì)應(yīng)的就是傳統(tǒng)儀器上的按鈕、顯示屏等控件，而流程圖上的連線端子相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器箱內(nèi)的硬件電路。它是計(jì)算機(jī)與 外部物理世界連接的橋梁。 假設(shè)現(xiàn)在對(duì)一個(gè)模擬信號(hào) x(t)每隔△ t 時(shí)間采樣一次。所有 x(0)， x(△ t)， x(2△ t)都是采樣值。這個(gè)數(shù)列中僅僅用下標(biāo)變量編制索引，而不含有任何關(guān)于采樣率 (或△ t)的信息。如果信號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號(hào)將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。出現(xiàn)的混頻偏差是輸入信號(hào)的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕 對(duì)值。因?yàn)楸粶y(cè)試對(duì)象的信號(hào)來(lái)源已經(jīng)是變換好了的電信號(hào)，所以傳感器部分在設(shè)計(jì)中沒(méi)有得到具體體現(xiàn)，但是這部分是設(shè)計(jì)過(guò)程中必需要考慮的。信號(hào)調(diào)理模塊應(yīng)盡可能靠近信號(hào)源或傳感器，使得信號(hào)在受到傳輸信號(hào)的環(huán)境噪聲影響之前已被放大，使信噪比得到改善。 3）濾波 濾波的 目的是從所測(cè)量的信號(hào)中除去不需要的成分。 4）激勵(lì) 信號(hào)調(diào)理也能夠?yàn)槟承﹤鞲衅魈峁┧璧募?lì)信號(hào)，比如應(yīng)變傳感器、熱敏電阻等就需要外界電 10 源或電流激勵(lì)信號(hào)。 6）數(shù)字信號(hào)調(diào)理 即使傳感器直接輸出數(shù)字信號(hào)，有時(shí)也有必要進(jìn)行調(diào)理，其作用是將傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行必要的整形或電平調(diào)整。利用 1mA 恒定電流通過(guò) pt100 熱電阻產(chǎn)生相應(yīng)的電壓再通過(guò)低通濾波器濾掉 100hz以上的信號(hào)。 任意一個(gè)信號(hào)是隨時(shí)間而改變的物理量。模擬信號(hào)則可分為直流、時(shí)域、頻域信號(hào)。 O nO f ftS t a t e 圖 10 開(kāi)關(guān)信號(hào) 第二類數(shù)字信號(hào)是脈沖信號(hào) (Pulse Train)，如圖 11 所示。常見(jiàn)的直流信號(hào)有溫度、流速、壓力、應(yīng)變等。為了測(cè)量一個(gè)時(shí)域信號(hào)，必須有一個(gè)精確的時(shí)間序列，間隔也要合適，以保證信號(hào)的有用部分被采集到。為了實(shí)現(xiàn)這樣的數(shù)字信號(hào)處理，可以使用應(yīng)用軟件或特殊的 DSP 硬件來(lái)迅速而有效地分析信號(hào)。測(cè)量系統(tǒng)可以分為差分 (Differential)、參考地單端 (RSE)、無(wú)參考地單端 (NRSE)三種類型。 2）浮動(dòng)信號(hào) 一個(gè)不與任何地 (如大地或建筑物的地 )連接的電壓信號(hào)稱為浮動(dòng)信號(hào)，浮動(dòng)信號(hào)的每個(gè)端口都與系統(tǒng)地獨(dú)立。圖 15 描述了一個(gè) 8通道的差分測(cè)量系統(tǒng)，用一個(gè)放大器通過(guò)模擬多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通道間的轉(zhuǎn)換。共模電壓的范圍關(guān)系到一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的性能，可以用不同的方式來(lái)消除共模電壓的影響。 +M U XC H 0 +C H 1 +C H 2 +C H 1 5 +A m p l i f i e rV mA I G N D 圖 16 十六通道 RSE 測(cè)量系統(tǒng) 3）無(wú)參考地單端測(cè)量系統(tǒng) (NRSE) 在 NRSE 測(cè)量系統(tǒng)中，信號(hào)的一端接模擬輸入通道，另一端接一個(gè)公用參考端，但這個(gè)參考端電壓相對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的地來(lái)說(shuō)是不斷變化的。 數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo) 1）采樣頻率 采樣頻率的高低，決定了在一定時(shí)間內(nèi)獲取原始信號(hào)信息的多少，為了能夠較好的再現(xiàn)原始信號(hào)，不產(chǎn)生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行的是各個(gè)數(shù)據(jù)通道公用一套放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器。如果增加到十二位，代碼數(shù)從 8 增加到 212=4096，這樣就可以獲得就能獲得十分精確的模擬信號(hào)數(shù)字化表示。電壓取值范圍從 0 到 10V，增益為 50，則理想分辯電壓是：1210 48. 8 V50 * 2V ? μ 16 5） I/O 通道數(shù) 該參數(shù)表明了數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號(hào)路數(shù)。將切換進(jìn)入采集卡的信號(hào)放大至需要的量程內(nèi)。 4） A/D 轉(zhuǎn)換器。 17 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù) 軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵。 程序模塊化設(shè)計(jì)概述 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于其應(yīng)用軟件的研究與開(kāi)發(fā)，所以在明確了系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)之后，應(yīng)該采用好的程序開(kāi)發(fā)方法，如結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法、模塊化思想、多線程以及軟 件系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等等。模塊 (Module)實(shí)際上反映了數(shù)據(jù) (Data)與過(guò)程 (Process)的抽象。塊間聯(lián)系是指模塊之間的聯(lián)系，塊間聯(lián)系越小，模塊獨(dú)立性越高。 多線程技術(shù) 為了實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集的功能，本設(shè)計(jì)的軟件部分必須實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)的分析處理、定 時(shí)存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)顯示等功能。 Windows 的多線程機(jī)制 Windows 是一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)，每個(gè)運(yùn)行的程序?qū)?yīng)著一個(gè)進(jìn)程，而在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)又可以有幾個(gè)線程。 LabVIEW 把線程管理、線程間的通信等復(fù)雜操作封裝了起來(lái)，因此用戶可以不用學(xué)習(xí)復(fù)雜的多線程編程就可以編寫(xiě)多線程程序。但不同的是，采樣工作線程是在循環(huán)往復(fù)的工作著，直到退出程序；而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)線程則是在一定的時(shí)刻 被喚醒，比如在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿、或程序結(jié)束等時(shí)候，更多的時(shí)候，存儲(chǔ)模塊是處于掛起的狀態(tài)。循環(huán)之間的同步即線程之間的同步，這可以由同步技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 20 19 數(shù)據(jù)采集程序 數(shù)據(jù)保存程序 數(shù)據(jù)保存是把采集來(lái)的數(shù)據(jù)保存到 tdms 文件 里。具體程序見(jiàn)圖 22。 通道參數(shù)配置 通道參數(shù)配置界面是提供了采集卡的參數(shù)配置，主要包括通道的選擇，數(shù)據(jù) 采集 的時(shí)間間隔，采集通道報(bào)警值的設(shè)定，采樣最大值和最小值設(shè)定，采集卡 接地 方式的設(shè)置， 增益 設(shè)置以及采集啟動(dòng)與停止開(kāi)關(guān)。非常清楚的表達(dá)了采集波形的動(dòng)態(tài)曲線。 26 圖 25 歷史數(shù)據(jù)表格顯示界面 報(bào)警記錄 報(bào)警是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一個(gè)必須的功能，報(bào)警 有實(shí)時(shí)指示，如聲音或光報(bào)警。 LIBVIEW是一個(gè)具有革命性的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，內(nèi)置信號(hào)采集，測(cè)量，分析，數(shù)據(jù)顯示等功能，優(yōu)化了傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的復(fù)雜性，提供了強(qiáng)大功能的同時(shí)保證了系統(tǒng)的靈活性，作為測(cè)量控制軟件，在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用， 可以發(fā)現(xiàn) LABVIEW的開(kāi)發(fā)產(chǎn)品應(yīng)用極廣，此論題就是 LABVIEW在測(cè)量和控制領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用的典型，實(shí)驗(yàn)表明虛擬儀器技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用有十分重要的意義 。 29 參 考 文 獻(xiàn) 1. 楊樂(lè)平，李海濤等 . LabVIEW 程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M]，電子工業(yè)出版社， 2020,7:1~4. 2. 楊樂(lè)平，李海濤等 . LabVIEW 高級(jí)程序設(shè) 計(jì) [M]，清華大學(xué)出版社， 2020,4:42~50. 3. 陳錫輝，張銀鴻著 . LabVIEW 程序設(shè)計(jì)從入門(mén)到精通 [M]，清華大學(xué)出版社， . 4. 秦樹(shù)人等 . 虛擬儀器 [M]，北京：中國(guó)計(jì)量出版社， 2020,3. 5. 余成波，馮麗輝，潘盛輝等編著 . 虛擬儀器技術(shù)與設(shè)計(jì) [M]，重慶大學(xué)出版社， . 6. 劉君華主編 . 基于 LabVIEW 的虛擬儀器設(shè)計(jì) [M]，電子工業(yè)出版社， 7. 王海寶主編 . LABVIEW 虛擬儀器程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M]，西南交通大學(xué)出版社， . 8. 王磊，陶梅等編著 . 精通 LabVIEW[M]，電子工業(yè)出版社， .