《精通LabVIEW程序设计》一书的课件 第8章 LabVIEW在电路中的应用
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总第 2 1期 2 20 0 8年第 3 期
计算机与数字工程Comp t r& Dii￣ Engne rn ue gt i ei g
V0 . J 36 No. 3
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基于 L b IW的多通道多参数虚拟仪器设计 aV E李晓峰张红民梅康平荆州 44 2 ) 3 0 3
(长江大学计算机科学学院摘要
针对工业现场需要同时采集多种工况参数的实际需求，利用虚拟仪器开发工具 L b IW并结合不同类型的 aV E
传感器、信号调理设备、数据采集卡等硬件，设计一种能对来自不同传感器的多种物理参数进行多通道实时测量与分析的虚拟仪器系统。实现对采集参数进行数字显示、数据处理与分析、数据存储等功能，而且还具有易扩展，易升级的特点。 关键词虚拟仪器 Lb IW aV E多通道多参数数据采集中图分类号 T 2 4+. P7 2
1引言 工业现场常常需要同时采集如温度、力、压流
工控机中，数据采集卡对传感器电路中输出的电压信号进行模数转换、采样保持、路复用，多计算机作为虚拟仪器载体，测量数据进行显示、析、对分运算、存储等。温度传感器+ 信—
量、位移等多种工况参数，以便对参数进行性能分析或对设备运行状况进行实时监控。目前主要采
用以单片机为主传统的智能仪表系统，针对单个物理量进行数据采集、码显示、数报警等，功能相对单一
压力传感器 L+号 I—位移传感器+调—
数据 f
_J l。
这类测试仪表的特点是完成特定任务，界
面简单，能直观显示采集参数的变化曲线，据不数分析一般靠专业人员后期用人工办法进行，效率不高。而且，需增加采集参数，若除购买必须的传感
采控 理机设 _集—I流量传感器+。 ◆备●昔 ●
器等硬件外，仍需添置与之相配套的设备或器件， 增加不必要的硬件投资。现场对于功能扩展性强，且能对多个通道多个参数进行测量的多功能仪器系统的需求日益增加。
图 1系统结构框图
3系统的硬件设计 3 1多种参数的采集 .
因此，利用虚拟仪器开发工具并结合前端信号采集及调理硬件，设计开发
一种能对来自不同传感器的多种物理量进行同时测量的虚拟仪器系统，对于节约生产成本，高生产效率具有重要作用。提
为了测量工业现场的温度、压力、位移等各种
参数就要选用相应的传感器，一般情况下，传感器信号经变送器输出后是电压信号，有些变送器输出的是电流信号，这时可在数据采集卡的模拟输入端并联一个大小合适的精密电阻，电流信号转化为将电压信号。根据电压值与参数值间的对应关系从而可以确定输入参数值。为简化设计，用的传感选器最好是线性的，这样参数值与测量的电压值成线
2多通道多参数虚拟仪器系统设计 整个系统包括硬件和软件两部分，系统功能框图如图 1所示， 1中温度、力、移、量等传图压位流感器直接作用于被测量，一定规律将被测量转换按
为电信号输出。信号调理设备对传感器信号进行隔离、滤波、放大，然后输出信号经数据采集卡送入
性比例关系。对于非线性的传感器可利用传感器手册中提供的标定值在数据采集子程序中建立一个数据表，查表的方法来确定参数值。用
收稿日期：0 7年 1 20 0月 1 4日，修回日期：0 7年 1月 1 20 1 7日基金项目：长江大学 20 0 6年度科研发展项目 作者简介：李晓峰，,男硕士研究生，究方向：算机检测与控制、研计虚拟仪器设计。张红民，,士，男博副教授，研究方向：信号与信息处理、能控制与嵌入式系统。智
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第3 6卷( 0 8第 3期 20 )
计算机与数字工程
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3 2多通道数据采集 .
相应分析参数设置与分析结果显示控件。设置/报
目前市售的可供选择的数据采集卡较多，主其要的性能参数有通道数、辨率、分采样速率、口类接型等。数据采集卡一般都具有多个模拟输人通道， 能满足同时采集多通道数据的需求。本设计采用N公司 P I 65 M数据采集卡，卡具有 l I C一 21该 6路
表页包含数据采集通道设置、传感器参数设置、报表生成方式、时间间隔、存储路径控件等。4 2流程图设计 .
数据的采集和数据分析是同步进行的，对多通
道多参数的采集也要求对各参数的采集与分析是
并行进行的，要求在软件运行中有两个或更多的这线程同时运行，其它高级语言相比 L b I W中与 aV E实现多线程更加简单。 在 L b I W中，序沿数据流顺序执行， a VE程要让
单端模拟输人通道，/采样分辨率为 l AD 6位，采样速率高达 12 MH 2路 l .5 Z, 6位模拟量输出通道，
D A分辨率为 l/ 6位， 2个可编程 3 2位定时器输入/出通道。其性能不但能满足一般工业现场的输
需求，还能满足系统后续扩展的需要。
采集与处理并行执行，须将它们的数据流分必
4系统的软件设计 本设计采用了 N公司 L b I W开发平台， I aVE Lb IW是基于图形化编程语言的开发环境， aVE它
开 J_。本系统将局部变量与 N t e结合使用， _ 6 J ofr i 实现了上述功能。具体做法是：数据采集与显示，据分析处将数理，据存储安放在三个独立的 Whl lo数 i op循环 e中，由于三者没有数据流连接，它们将按照多线程的模式独立运行。要注意的是，同一组数据的分析必须在采集之后才能运行，因此引人一个 N t . o f i i e来实现同一组数据的顺序控制。在数据采集结 r束后设置 S n o f ai, edN t ct n在数据分析处理中设置 i o i Wa nN t ct n io oi a o。在数据采集结束后， t i f i所得数据
以其简单易学、编程效率高、用性好、通交互性好等优点得到了广泛的认可，是进行虚拟仪器开发的强大的软件工具 J _。系统软件设计旨在建立一 _3 J个可扩展，易升级的模块化系统，要包括数据采主
集与显示，据分析和数据存储三大功能模块。数4 1前面板设计 .
L b I W中进行程序设计包括前面板 ( rn aV E Fo t
将以数组的形式传递给 N t e,序运行 Sn of r程 i i edN t ct n而 Wa nN t e— ia o收 N t . oi a o, i f i io o cf ct n接 t i i oi i f
Pn1和流程图 ( lc iga设计两部分，面 ae) BokDarm)前板即为仪器界面，程图即为代码部分 j流
。本设计中所涉及的控件较多，因此要进行分类管理，方便后续扩展和升级。将 T b控件放人前面板， a同一类的控件放人同一 T b页中，设计包含了三个 a本T b页， a如图 2所示。
e事件之后，启动数据处理子程序， N tia r将从 oic— ft n中取出数据并进行处理，样就保了数据采集 i o这和数据处理两个线程同时有序地运行，到了信号做的检测和分析同时进行。4 3数据采集 .
本设计采用 P I 65 M数据采集卡， C一 21可利用 D mx a cusi AQ—D t A q itn所提供的 D m ed a io AQ xR a等函数进行数据采集。将数据采集部分编制成一个子 V,出的参数即为采集的数据。数据采集 I输循环中包含一个两层的 C s构， ae用于控制 ae结 Cs
数据采集的启动和停止， ae条件为 Tu是启动 Cs re数据采集，层 C s此 ae中用一个 Fr环来实现了 o循数据的连续采集，据显示控件的动态刷新。数4 4数据分析和数据存储模块设计 .图 2二通道二参数系统主界面
通过 N t e从数据采集模块传递来的数据为 ofr i i一
实时监控页为系统的主界面，动时显示该页启面，主要包括四部分，分别为参数实时曲线显示、参
个一维数组，数据的分析实质上是对数组的处对
理，合 A ry和 A a z结 r a nl e子模板中提供的函数可 y实现多种数据分析方法。数据分析模块采用了一
数值显示、常用采集参数设置、态显示及报警提状示，动和停止数据采集的开关，动生成报表的启手按钮及时问显示框。数据分析页包含分析方法选
个单独的 Whl l p循环，层 Cs现一种数 i o e o每 ae实据分析处理方法，序框图如图 3所示， ae显示程 Cs的为温度参数的方差与直方图分析方法。 在工业现场中对工况参数的采集往往以报表
择和分析参数设置控件，析结果显示控件，入分加 Sb ae控件，择不同的数据分析方法时便出现 u Pnl选
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李晓峰等：基于 L b I W的多通道多参数虚拟仪器设计 aV E
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时，为其指定一个物理通道，制前面板各页的控复
件，码部分也只需复制数据采集和显示，据分代数析两个 Whl l p循环，加改动，接相应的控 i o eo稍连
件便可快速扩展，加采集参数只是增加程序并行增运行的线程数。增加数据分析方法时只需在数据分析循环中加入一个相应的 C s, ae层在存储循环图 3数据分析程序框图
中加入相应参数的局部变量便实现了数据的存储。
5结语 本文利用 N公司的 Lb IW软件平台和数据 I aVE采集卡等硬件设备构建多通道多参数虚拟仪器系统，基本上实现对工况参数的采集、示、显分析、储、存能准确监控设备的运行状态，在现场应用中取得较好的效果。该系统采用模块化结构，软件易扩展，易升级， 与用传统方法构建的仪器相比，以软件为核心的虚拟图 4生成报表程序框图
仪器开发周期短、功能强大、面友好、界易扩展、活灵
的形式进行存储，生成报表的方式也有多种需对求，定时自动生成、动生成、常状况时生成报有手异表等。本设计的数据存储模块的任务是生成日
性高、具有较强的推广应用价值。参考文献
报表，程序框图如图 4所示，此模块的设计涉及到软件定时，日期改变检测，用 Tme io模使 i&Da g子 l板中提供的函数编制的子 V实现上述功能，动 I手生成报表还使用 Sqec eune结构和 Poe yN d, rp￣ oe按下按钮手动生成报时应先产生记录项然后按钮复位，否则可能出错，用 S q e c构很好解决了使 e u ne结这一问题， Fa e在 rm 1中生成录项， rme Fa 2中使用
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Poe yN d手生成报表按钮的 V le参数设 rpa oe将 a u为 0从而实现程序的顺利控制和按钮的响应。,存储所需的数据是通过局部变量获取的， 4图
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中 Tmp和 Pes为温度和压力值的局部变量， e rs生成报表存储为 E cl件，表包含表头，录时 xe文报记
间，数值，表文件以数字日期形式命名，参报方便检索和打印。4 5系统的扩展 .
[]林秦州， 7张雪，赵文珂.于 V I基 X总线的飞机电气多通道分布式测试系统[] J测控技术，0 6 2 ( ) 3 20,5 9:8—4 0
[]JME E , EF U O Vr a is u n r 8 I N Z FJ D R T SJ iul nt meto t r fme s r me, p o e sn d t a vs l ain f v b ai a u e nt r c si g aa, nd iuai t o i r t z o on
本设计的出发点在于设计一个通用的多通道多参数数据采集系统，且采用模块化的设计思而
p trs fpeol tcdvcs[] o p t t drs& aen i e cr ei t o z e i e J .C m ue Sa a r n dIt f e,0 5 2 ( ):5 6 3 ne a s 2 0,7 6 6 3~ 6 rc
想，因此具有极高的扩展性。在增加采集的参数- t -I | -’ l q……I_ …I l一| -I .……I_… I …I…¨ l一I - I。 I I。I tI… I ’I t l J t l。 tI”II“l“l“l lI I I tI tI l. . I tI I
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