LabVIEW系统

LabVIEW系统（精选12篇）

LabVIEW系统 第1篇

本设计采用虚拟仪器Lab VIEW设计液压系统的监测系统, 实时监测液压系统的工作状况。当所监测的参数出现异常或超限时及时报警, 提示操作人员调节到合适的清筛速度进行清筛作业, 以免液压系统发生常见故障, 比如堵筛网、堵污土带、损坏元件等故障, 从而达到使施工作业高效可靠进行的目的。

1 监测系统总体设计

系统采用多个传感器对液压系统的液压参数进行检测, 主要的传感器有压力传感器、流量传感器、温度传感器及相应的数据采集设备。数据采集设备将采集到是各项参数指标传输给应用Lab VIEW编写的显示程序, 即可将采集到的数据进行显示、保存及处理。

2 监测系统硬件设计

系统硬件结构框图如图1所示。硬件设计部分主要工作为各个传感器的安装位置, 以及传感器、数据采集设备的选型。通常情况下当液压系统发生故障时直接导致系统中的压力、流量、油液温度等参数变化异常, 并且对于不同的故障状况, 系统中以上参数波形异常情况相应地也不同, 通过长期的经验, 可得出液压系统中的压力、温度、流量等信号能实时反映系统的运行状态。本文选择在安装压力表传感器的位置安装压力传感器, 在回油管滤油器之前的位置安装温度传感器, 在执行元件出口位置安装流量传感器。

本系统中压力传感器选用GENSPEC系列GS4200型硅蓝宝石压力变送器, 流量传感器选用深圳市雷诺智能技术有限公司生产的CT涡轮液压流量传感器, 选用WZP900磁吸附温度传感器以及数据采集设备采用北京阿尔泰科技发展有限公司的USB2815数据采集卡。

3 监测系统软件设计

本文的主要部分为软件设计, 本设计应用Lab VIEW软件开发液压系统的监测系统。液压监测系统的主要功能包括对液压系统中的压力、流量、温度等参数进行采集、分析与处理、数据显示、数据保存、报警提示等。图2所示为液压系统状态监测界面。

液压监测系统界面中显示每个回路所监测参数的波形, 并且实时显示信号的时域指标, 时域指标后放置了指示灯, 若其中某项指标发生异常变化, 指示灯变红, 实现异常报警。该监测系统还具有查询故障样本库的功能, 当其中参数某项时域指标的指示灯变红报警后, 可点击查询故障样本库按钮, 查询相应的故障类型, 从而快速确定维修方案。

液压监测系统中实时显示的波形指标的算法如下:

波形指标式中, xrms—有效值 (MPa) ;x'—平均幅值 (MPa) 。

4 结语

本文设计的基于虚拟仪器技术的液压系统监测系统较好的实现了在液压设备工作中实时显示其各项液压参数, 并能够将有效参数进行保存, 分析处理后能及时诊断液压系统是否能继续正常工作, 达到提前预警故障的目的。此外若液压系统已发生故障, 通过该监测系统能及时报警, 而且通过分析监测系统保存的数据能够快速判断故障元件。

摘要：本设计选用道砟清筛机的液压系统为研究对象, 道砟清筛机是铁道线路养护的主要机械且道砟清筛机的主要工作部件工作形式主要是液压传动。本设计应用Lab VIEW编程软件编程开发液压系统的监测系统, 该监测系统实现对液压系统中能反映液压系统工作状态的有效信号进行实时采集、显示、保存、读取、分析与处理, 若液压系统出现异常, 及时发出故障报警信号。

关键词：液压系统,LabVIEW,监测系统

参考文献

[1]万瑞军, 韩宏志, 沈继忱.基于Lab VIEW的锅炉火焰离子电流采集系统[J].数字技术与应用, 2013 (11) :67-67.

LabVIEW系统 第2篇

简述了以LabVIEW为平台的虚拟仪器技术的.意义,指出了VI在液位监测中的必要性,并以LabVIEW6.1为软件开发平台,利用超声波技术,采用超声波传感器、数据采集卡和PC机研制了一套液位监测仪器,通过实验验证了该应用的可行性及其前景.

作 者：殷明华 陈马连 孔凡让 高立新 作者单位：殷明华(中国科技技术大学精密机械仪器系,合肥,230026;海军湛江地区装备修理监修室,湛江,524000)

陈马连(海军湛江地区装备修理监修室,湛江,524000)

孔凡让,高立新(中国科技技术大学精密机械仪器系,合肥,230026)

LabVIEW系统 第3篇

摘要：结合旋转机械设备的典型故障特征，设计开发了一个基于LabVIEW的信号分析处理系统，可以实现常用的信号分析处理方法。该系统可读取、存储不同类型的数据格式，对采集的信号从幅域、时域、频域三个不同角度进行分析处理，提取信号的特征信息，用于旋转机械故障的初步诊断。通过对转子、轴承、齿轮的实际振动数据进行分析处理，验证了系统的正确性与可行性。

关键词：故障诊断；振动信号分析处理；虚拟仪器；LabVIEW

随着现代化工业大生产的不断发展，机械设备的结构变得越来越复杂，并且经常运行于高速、重载以及恶劣环境等条件下。由于各种因素的干扰和影响，会导致机械设备发生故障、轻则降低生产质量或导致停产，重则会造成严重的甚至是灾难性的事故。为此，为尽最大可能地避免事故的发生，机械设备状态监测与故障诊断技术近年来得到了极为广泛的重视，其应用所达到的深入程度十分令人鼓舞。目前，机械设备状态监测与故障诊断已经基本上形成了一门既有理论基础、又有实际应用背景的交叉性学科。

在实际应用中，故障与征兆之间往往并不存在简单的一一对应关系，一种故障可能对应着多种征兆，反之一种征兆也可能是由于多种故障所致。因此，通常必须要借助信号处理等手段从采集的原始数据中加工出特征信息，提取特征量，从而保证有效、准确地进行故障诊断、也就是说，信号处理与故障诊断有着极为密切的联系，信号特征提取是故障诊断中必不可少的一个重要环节。

故障诊断技术的各种理论研究和方法探讨最终都必须落实到具体诊断装置的研制上。而传统的测控仪器以硬件为关键，其开发与维护的费用高、技术更新周期长、价格高、仪器功能柔性差、不易与其他设备连接等特点，越来越不能满足科技进步的要求。虚拟仪器的出现改变了这样的局面，它充分利用了计算机技术来实现和扩展传统测试系统与仪器的功能。

NI公司的图形化编程语言LabVIEW成为当今虚拟仪器开发最流行的一种语言。LabVIEW的最大特点是用图标代码来代替编程语言创建应用程序。LabVIEW有丰富的函数、工具包、软件包、数值分析、信号处理、设备驱动等功能，还有应用于专业领域的专业模块，解决了传统的虚拟仪器系统采用c、c++、汇编等语言存在的编程、调试过程繁琐、开发周期长、对编程人员要求高等问题、广泛地应用于航空、航天、电子、机械等众多领域。

本文基于LabVIEW开发一个针对旋转机械故障诊断的振动信号分析系统，并在成都飞机设计研究所某航空设备监控上获得了应用。

系统设计

根据信号分析系统的设计原则，又考虑到LabVIEwZ有图形化编程特点以及丰富的工具箱。因此，笔者选用NI公司的Lab VIEW 7.1作为信号分析系统的开发平台。

笔者开发的信号分析系统主要分为三大模块，即文件管理模块(文件的读取及存储)、信号分析模块、显示模块。按照图1所示的使用流程对这三个模块进行设计。

由于读取数据以及后面的数据分析存在明显的先后顺序，因此采用顺序结构将数据读取模块、信号分析模块结合起来，构成统一的总程序。图2示出总程序。左侧框图内实现信号的读取与存储的程序。由于读取的数据类型不同，因此采用选择结构。右侧是程序主体部分，用于实现信号分析及处理，包括幅域分析、时域分析、频域分析。由于信号分析方法的多样性，信号分析模块采用事件结构，通过调用子程序的办法来实现。信号分析系统总界面见图3。

文件管理模块

数据格式的类型多种多样，主要有文本文件格式(.txt)、二进制格式(.dat)、MATLAB数据格式(.mat)等。因此，针对不同格式的数据，LabVIEW需要采用不同的程序进行读取。

文件的读取模块主体采用了选择结构。读取MATLABNLabVIEW中的MATLAB Script来实现：读取文本文件(.txt)和二进制文件(.dat)用LabVIEW的Read Lvm节点来实现。

存储分析所得数据可以利用LabviEW的WriteLvm节点实现。

信号分析模块

信号的分析处理主要分成三各部分：幅域分析、时域分析以及频域分析。采用模块化程序进行编程。分别将幅域分析、时域分析以及频域分析三部分做成子程序，采用主程序调用子程序的办法实现信号分析模块的开发。

幅域主要包括峰峰值、均方根值、直流量、峭度、斜度以及波形最大值、最小值的分析：时域分析是按照信号的时间顺序，即数据产生的先后顺序进行计量分析。频域分析是将时域信号变换至频域加以分析的方法。针对旋转机械，主要包括幅值谱、相位谱、功率谱、倒谱、Hilbert变换。

显示模块及装饰

为了确保系统具有友好的使用界面，方便使用者操作，本系统加入了一些显示程序，包括指示灯、文件存储路径显示、面板人性化设计等。实验结果

对旋转机械的三个主要部件转轴、齿轮、轴承所采集的数据进行分析，并与实际参数进行了比较，验证了所开发的基于LabVIEW的信号分析系统的正确性与可行性，主要包括：

(1)利用分析转轴数据的幅值谱，得出的转轴转速与实际转速相近：

(2)利用转轴时域分析的自相关功能，能够准确识别信号的周期：

(3)利用幅域分析以及频域中的幅值谱、功率谱对齿轮数据进行分析，并与齿轮异常图及其振动特征比较，得出齿轮的初步故障诊断结果为齿轮表面磨损，有局部缺失，与实际情况相符：

(4)利用倒谱计算出的频率与41齿齿轮转频相近：

(5)利用轴承信号在频域的Hilbert变换得出了轴承存在内圈缺陷的初步诊断。

本文仅对最后一项进行呈现。

本文采用的数据为单列深沟球轴承的数据，所涉及到的滚动轴承试件类型为GB6203，试件基本参数如表1所示，轴承所在轴的转频约为12Hz，采样频率fs=12800Hz。

设单列角接触球轴承的工作轴转速为n(r／min)，轴承节径为D(mm)，滚动体直径为d(mm)，接触角为b(rad)，滚动体个数为z。假设滚动轴承各滚动体和内外圈表面间的接触方式为纯滚动接触。其故障特征频率计算公式如下所示。内圈旋转频率，即工作轴转频为：

滚动体上某一个固定点通过滚道(包括内、外圈)的频率，简称滚动体通过频率：

在工程中，这三个通过频率fbp、fip。和fop又常被称作滚动轴承的滚动体故障特征频率、内圈故障特征频率和外圈故障特征频率。

根据公式(1)～(4)可以得到故障特征频率理论值如表2所示。

工程中多采用频域分析方法来反映轴承的运转状态。频域上分析又分为幅值谱、相位谱、功率谱以及Hilbert变换。这里主要利用轴承信号Hilbert变换对系统进行验证。

单列深沟球轴承信号的Hilbert变换如图4所示。由图中可以看出，幅值较大处所对应归一化频率分量如指针所示，边带带宽为0.00412。

因此，可以计算对应的频率：

fl=fs*0.00412=52.7hz

这与参考的内圈故障特征频率fin=51.9Hz(如表2)十分相近，可以得出诊断结果：轴承存在内圈缺陷。这与实际情况一致。

结语

该系统具有如下特点：(1)采用当前测控领域中极为流行的图形化编程软件LabVIEw作为开发平台，提高了编程的效率和软件质量。(2)能读取、存储不同类型的数据格式，从幅域、时域、频域三个角度对信号进行分析处理，正确提取信号特征，并具有相应的显示功能。(3)具有友好的人机交互界面。

LabVIEW用户登陆系统设计 第4篇

关键词：LabVIEW,登录系统,LabSQL

0 引言

大多数Lab VIEW程序需要设计用户登录系统, 它的主要优点:①有效保护私有数据。因为大多数Lab VIEW程序针对工业测控领域, 有必要对整个系统的各种配置参数、硬件设施等做出保护;②保护程序本身, 设置软件使用权限, 可以将非专业操作人员“拒于”系统之外, 避免由于使用者误操作引起的系统崩溃。

1 Lab VIEW与数据库

1.1 LabVIEW数据库访问方式

本系统采用Access数据库保存用户名、密码, 如图1所示。ID表示用户序列号, Username表示用户名, Password表示密码。

在Lab VIEW中, 常用的数据库访问方式有以下几种:

①利用LabVIEW的Active X功能, 调用Microsoft ADO控件, 利用SQL语言实现数据库访问。它需要用户对Microsof ADO控件以及SQL语言有较深的了解, 并且编程复杂;②利用NI公司的附加工具包Lab VIEW SQL Toolkit进行数据库访问, 但是这种工具包价格昂贵, 大多用户无法承受;③通过第三方开发的免费LabVIEW数据库访问的工具包LabSQL来实现对数据库的访问。用LabSQL编程简单, 快捷, 无需对数据库底层做深入了解。本文便是利用Lab SQL工具包完成对Access数据库的访问。

1.2 动态创建数据源

LabSQL与数据库之间是通过ODBC连接, 用户需要在ODBC中指定数据源名称和驱动程序。因此在使用La SQL之前, 首先需要在Windows操作系统中的ODBC数据源中创建一个DSN (Data Source Name, 数据源名) 。LabSQL与数据库之间的连接就是建立在DSN基础之上的。本文通过修改注册表的方式, 来实现动态创建数据源, 在编写动态创建数据源程序之前, 应作如下操作:①手动配置系统DSN, 实际上是将数据源的相关信息写入注册表。假设数据源名为“Data”;②运行注册表编辑器, 导出[HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREODBCODBC.INIODBC Data Sources]信息到DSN1.reg;③导出[HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREODBCODBC.INIData]信息到DSN2.reg;④合并上述两个注册表文件, 用记事本打开DSN1.reg和DSN2.reg, 将两个文件中的注册表信息合并为一个注册表文件, 另存为Data File.reg (与本程序放至同一目录) ;⑤配置“Driver”和“DBQ”路径, 用记事本打开Data File.reg, “Driver”是指ODBC驱动程序的位置;“DBQ”项标识数据源文件的存放路径。在程序运行时, 获得数据源文件路径后确定其键值, 即可实现“DBQ”的动态配置。这里我们给“DBQ”键值为空值, 待程序运行时再确定其值。修改后的“Driver”和“DBQ”为:

"Driver"="%systemroot%system32odbcjt32.dll"DBQ"=""

准备工作完成后, 编写“动态创建数据源.vi”, 首先导入刚才创建的Data File.reg至注册表, 然后修改“DBQ”项值为当前数据库文件Data.mdb存放路径, 程序实现如图2所示。

2 系统设计及实现

2.1 GUI设计

登陆界面力求简介、明了。程序一运行, 鼠标焦点自动指向用户名输入栏, 按Tab键可以导航至密码输入栏。点击确定按钮后, 可进入主程序, 点击退出, 则退出该系统, 界面见图3所示。

2.2 系统详细设计

2.2.1 系统初始化

程序开始运行, 主要完成2个初始化任务:①清空用户名和密码输入栏;②鼠标焦点指向用户名输入栏。

2.2.2 身份验证程序实现

用户点击“确定”按钮后, 程序将会搜索数据库中是否存在用户名和密码输入栏输入的内容, 如果存在, 则登陆成功, 否则将返回错误提示;搜索数据库中指定的用户名以及显示对应密码, 程序如图4所示。

其中ADO Connection Creat.vi和ADO Connection Open.v函数用于连接并打开数据源名为Data的数据库, SQL Execute vi为执行数据库语句的函数, 此时执行语句SELECT*FROM User WHERE Username IN ('User Name') 。执行完此语句将会返回数据库中所有包括“User Name”的行, 索引数组的作用是索引出其对应的ID和密码。然后将此密码与用户输入密码进行比较, 如相同, 则登陆成功, 进入主程序界面, 并关闭用户登录界面;否则, 返回错误提示, 如图5所示。

图中o_Main.vi处为主程序所在路径。在顺序结构第0帧, 程序打开要进入的主程序界面, 并且打开即运行。第1帧为关闭本VI所用的代码, 程序如图6所示。

如果数据库中无法索引到对应的用户名或者密码不正确, 程序将返回错误提示, 如图7所示。

此时, 将弹出对话框提示信息, 并清空用户名密码输入栏, 鼠标焦点重新指向用户名输入栏, 等待用户再次输入。

至此, 一个基本的用户登录系统已经实现, 用户通过修改主程序路径来将本身嵌入到大型应用程序当中。

2.3 功能扩展

有时为方便软件操作人员修改密码或增加操作人员数量, 即要添加新的用户名和密码至数据库中, 可以通过以下两种方式实现:①直接修改数据库, 但在没有安装Access数据库的工控机上难以实现, 并且操作不灵活, 非专业人员容易操作失误;②利用Lab VIEW新增一个用户管理系统, 可以实现删除、增加、修改用户密码等功能。

用户成功登陆到主程序后, 面板上可放置一“用户管理”按钮, 当用户点击此按钮时, 弹出用户管理界面。当要新增操作人员时, 可以输入新增的用户名、密码、ID信息。程序首先判断此ID、用户名是否已经存在, 如果无, 则利用INSERT语句操作数据库, 否则, 返回错误提示。同样, 可以实现删除用户、修改密码等功能。

3 结束语

本文将LabVIEW编程技术与数据库技术结合, 设计一用户登录系统, 很方便地嵌入至各种大中型应用程序中。方便用户操作, 提高系统安全。在此基础上, 可进一步完善其功能, 增加用户管理系统, 很方便地实现修改密码、删除用户等一系列操作。

参考文献

[1]陈锡辉.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通[M].北京:清华大学出版社, 2007.

[2]Jeffrey Travis.LabVIEW大学实用教程[M].乔瑞萍, 译.北京:电子工业出版社, 2008.

LabVIEW系统 第5篇

一种基于LabVIEW的航空电缆断路故障检测系统

利用LabVIEW软件开发平台设计和研制的`一种航空电缆断路检测系统,可完成数据库查询、数据分析,结果显示和存储.利用工控机中的电缆资料数据库,再结合检测电路等相应的硬件,该系统即可自动给出断开电缆的连接关系.应用表明,该系统可快速检测出损伤电缆的连接关系,检测结果准确,可靠.

作 者：程文 张海兵 张浩然 吕善运 CHENG Wen ZHANG Hai-bing ZHANG Hao-ran LV Shan-Yun 作者单位：海军航空装备无损检测中心,青岛,266041刊 名：航空电子技术英文刊名：AVIONICS TECHNOLOGY年，卷(期)：39(3)分类号：V448.15关键词：电缆断路 检测 LabVIEW

LabVIEW系统 第6篇

关键词：卫星通信 Labview 级联编码

中图分类号：V474.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（a）-0-02

随着信息技术的不断发展，卫星通信已经作为一种应急通信手段被广泛使用在各个通信领域中，传统的C波段及正在广泛使用的KU波段卫星通信随着卫星频率资源的短缺而面临着很多矛盾，特别是近年来随着对卫星通信需求的增加和卫星通信的新技术的不断发展，人们开始向更高频段的Ka（20～30 GHz）方向进行研究。如何在高频段中选择不同的编码类型以适应于卫星信道的可靠传输是大家一直关心的问题。Labview软件是NI公司研发的一套图形编程语言，广泛应用在信号处理和建模中。该文通过对各系统性能的分析和比较，通过Labview中提供的不同卫星信道模型建模，分析了不同频段中编码的性能并进行了比较，同时也对在Ka频段中不同编码方式的性能进行了仿真。

1 系统及信道模型

卫星通信信道是一个远距离的衰减变化的无线信道，因此为了能保障数字信号能在整个信道的可靠传输，必须利用适合于卫星信道传输的数字编码技术。对于C波段和KU波段的卫星通信系统有效抵抗信道衰落的措施之一就是采用前向糾错编码技术（FEC），国际组织对于该频段的FEC标准也是采用了编码增益高、译码器实现又不太复杂的级联编码方式，而且外码均为RS码，内码则分别采用卷积码或者TCM方式，另外为了消除Viterbi译码器的突发错误，两者都采用了外交织器。适合于卫星通信的不同方式的级联码编码方式的的性能不同文章对其进行了分析和仿真[2]，与C和KU频段相比更高频段的Ka卫星通信中，大气层将会引起信号的额外衰落，这些衰落不仅是频率的函数，而且还是位置、仰角、季节的可行性函数。[1]，为了比较卫星系统不同编码的性能，各种适合于卫星信道的编码方式都进行了研究和仿真[3]。我们通过Labview软件中提供的不同信道模型来对这些级联编码进行不同的仿真分析，其中内交织器和解交织器用来仿真Ka频段的性能，其余用来仿真C波段和KU波段的性能。据此，我们可以建立采用级联码的不同频段（ka频段采用内外交织器图1中虚线部分）卫星通信系统模型框图如图1。

2 编码系统的性能分析及仿真

研究和仿真不同级联编码方式的性能，就是要有合适的仿真模型和逼真的信道模型，而Labview软件中提供了比较多的通信系统模块，特别是对于卫星通信信道的仿真可以更加趋于实际化。[4]LabVIEW图形化信号处理平台由千余个信号处理、分析与数学运算函数组成的信号处理与数学函数库组成，包含小波变换、时频分析、图像处理、滤波器设计、声音与振动、系统辨识、RF分析等专业方法的工具包，可与NI硬件的无缝结合，使算法得到快速验证与部署[5]。因此该文结合Labview提供的不同信道模型对以下方式进行了模拟仿真。

2.1 采用RS（255，233）外码，内码为（2，1，7）在不同频段下的性能仿真

在Labview中选择RS为卫星信道的外码，内码采用卷积编码的方式通过采用Ka频段方式[6]的仿真和采用C波段及KU波段的信道模型通过对比其误码性能图，如图2所示。

从图中可以清楚地看到，在相同Eb/N0的情况下，Ka波段的误码性能要明显低于KU波段和C波段，同时在无雨天的情况下在保持同样的误码率的情况下，Ka波段比KU波段的要低于3.5db的信号，这样也就说明了在Ka波段情况下卫星的天线尺寸可以做的更加小。

2.2 采用RS（255，233）外码，内码为 Turbo码和P-TCM的级联性能仿真

RS码作为适合卫星信道传输的可以纠正突发错误的信道编码，可以和不同的内码进行级联，我们选取TCM级联、卷积级联、Turbo码级联三种方式进行仿真如下：

从图3中可见Turbo码是一种具有很好纠错性能的内码，作为内码可以比卷积级联和TCM级联作为的内码的性能要好的多，同时与卷积级联码系统相比，虽然TCM级联码系统的编码增益较小，但其宽带效率却很高。因此要根据情况选择不同的编码

类型。

3 结语

该文通过对卫星通信系统中级联编码在不同频段下的性能进行了Labview仿真，通过图形化的编程语言和系统仿真，分析及仿真结果表明：在相同信噪比和同等级联编码情况下的情况下使用高频段可以进一步降低误码率提高系统的频带利用率，同时对与在Ka波段情况下采用内分组交织器可以进一步提高系统性能。同时通过单位不同频段编码效果的使用上来看，高频段的设备使用效能更加明显。

参考文献

[1]王爱华，罗伟雄.Ka频段固定卫星通信系统编码方式[M].北京理工大学学报，2002（11）.

[2]王坤，张青春.Ka频段固定卫星信道编码技术研究[J].微型计算机信息，2007（6）.

[3]张威，徐熙宗等.RS级联编码在超短波通信与卫星通信信道的仿真分析[J].通信技术，2009（2）.

[4]张振权，罗新民等.RS-Turbo级联码的性能仿真及其在图像传输中的应用[J].现代电子技术，2005（24）.

[5]邵琦，杨絮等.基于LabVIEW的FSK调制解调仿真设计[J].科技创新导报，2010（18）.

LabVIEW系统 第7篇

机械工业是国民经济建设和社会发展的支柱产业和基础学科之一。机械类人才的培养在整个教育体系中占有极其重要的位置。随着科学技术的蓬勃发展, 人类已经进入信息时代, 信息已经成为科技发展和人类生活的重要资源。所有的信息必须通过测试技术手段得以提取和凝练, 才能发现其内在规律和发展趋势。测试技术是一门用于检测和处理各种信息的综合性科学, 它在科学、医疗卫生、工业生产、教育、管理等方面都起着相当重要的作用。

2 机电测试技术是机械类工科学生必修的一门专业基础课, 知识面广、实践性强, 测试实验能够帮助学生很好理解课上所学的理论知识

而目前的实验环节普遍存在以下主要问题:a.实验设备根据理论课进行划分, 没有形成一个有机的整体, 缺少系统的观念, 而且, 部分实验设备陈旧, 难以适合现代技术发展的需要;b.实验内容侧重于理论的验证和模仿训练, 每个学生的实验内容千篇一律, 缺乏对学生的创新意识的培养和综合能力的提高;c.实验模式过于死板, 难以调动学生的主动性和创造性, 教育处于应试状态, 实验室的开放性难以发挥, 学生得不到应用的学习和训练。

结业我校机电测试实验室具体情况, 本课题组致力于开发适用的基于Lab VIEW的机电测试技术实验系统。

3 实验系统设计

3.1 Lab VIEW的特点。

虚拟仪器是全新概念的最新一代测量仪器, 是现代计算机技术和仪器技术深层次结合的产物, 是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术, 是在通用计算机平台上, 用户根据自己的需求来定义和设计测试功能的仪器系统。与传统仪器相比, 虚拟仪器在智能化程度、处理能力、性能价格比、可操作性等方面都具有明显的技术优势。虚拟仪器最核心的技术是软件开发环境。美国NI公司的Lab VIEW软件是一种基于图形编程语言 (G语言) 的开发环境, 它使用各种图标、图形符号、连线等编程。其图形化人机界面 (GUI) 使用的都是测试工程师熟悉的旋钮、开关、波形图等, 非常直观形象。

3.2 信号拾取系统。

本次设计采用NI公司正版Lab VIEW 7.0软件, 及NI公司的软件接口设备。被采集的信号来源于实验室内工作的实验设备, 被测量的信号首先被相应的传感器拾取, 再经过调理电路处理后, 送入采集卡。

为了便于教学和学生分析、理解信号采集和处理的理论知识, 本实验被采集的信号主要来自于本实验室的信号发生器生成的信号, 也有切削加工过程来自于机床床身的振动、被加工工件的振动和切削力等信号。传感器都能满足相应的灵敏度和精度的要求。

3.3 模数转换系统。

由于试验中采用多个传感器同时进行数据采集, 所以, 首先设置多路开关, 实现多路信号同时提取;采集到得信号一般为低功率信号, 进行功率放大, 得到采集电路能够转换的电压信号;通过采样保持电路采样、再量化编码后, 得到对应的数字信号, 实现数字转换。

本次实验先是采用实验室按照上述步骤自行开发设计的信号采集电路。后来采购了A/D采集卡, 提高了信号转换的精度、速度及实验设备的完整性, 在一定程度上提高了实验质量。

3.4 信号分析系统。

信号分析模块是测试系统中最重要的模块, 主要包括时域和频域两个部分, 所以, 显示模块中分为时域和拼域两个部分。在LabVIEW中, 一个VI由两个部分组成:前面板和流程图, 前面板主要用来显示处理的结果, 相当于测试仪器的前面板;流程图则相当于测试仪器中的硬件电路。本系统设计中, 信号分析显示部分主要都在前面板, 而信号分析部分则在流程图中。

在分析信号之前, 先通过滤波器对所采集到的信号进行滤波, 得到有用信号, 去除早声和不希望的成分。本实验中主要采用低通滤波器, 因为干扰和噪声一般都是高频信号。

3.5 信号显示系统。

人机接口界面用来实现对设备运行状态的观测, 对采集到和分析后的信号进行时时监测和显示。图1、图2显示了本实验室所实现的测试实验系统中的两个瞬时截面, 输入为一个加有噪声的低频信号, 采集卡提取后, 经过快速傅立叶变换和低通滤波器处理后, 得到图2所示结果。通过此界面, 能够清晰直观地监测和识别, 达到测试的实时性效果。

4 结论

4.1在Lab VIEW环境下, 通过前面板设计及流程图的编制, 设计开发各种虚拟仪器和测试实验。虚拟仪器能够实现数据采集、分析、显示等基本功能, 较传统仪器功能强大许多。

4.2虚拟测试实验越来越突显其优越性, 在机电测试教学中的地位明显提高, 而且, 其网络化速度亦在加速, 有针对性的虚拟设计正被业内人士广泛接受。

参考文献

[1]零点工作室.LabVIEW8.20中文版编程及应用[M].北京:电子工业出版社, 2008.

[2]唐贵基, 刘玉秋.基于LabVlEW虚拟测试分析仪的信号分析功能设计[J].仪器仪表用户, 2004, 1 (11) .

LabVIEW系统 第8篇

在常规化学滴定分析过程中,一般都是通过溶液颜色的变化来检测滴定终点,它具有使用最为频繁、工作量大且极易产生人为误差等特点。为解决这些问题,相继出现采用单片机结构、微处理器结构、微机单片机结构、嵌入式结构等硬件的自动光度滴定仪。汪敬武等[1]改装721分光光度计并联用8031单片微机构成全自动光度滴定仪;姜能座[2]研制一种基于便携式光谱测定仪(PORS-15)的自动光度滴定系统;何艺、周小锋等[3]研制基于AT89S52单片机和反射式光度传感器的自动光度滴定仪。以上研制的自动光度滴定装置属于硬件仪器,出厂后系统及参数一般不能够随意更改,不能方便地进行二次开发。

随着虚拟仪器技术的出现,对于仪器研制与控制方面都提出新的要求[4]。李将渊、孟虎[5]等人运用离子选择性电极、调理电路、DAQ卡和计算机,构建基于LabVIEW的电位滴定虚拟仪器。它的优点是实现电位滴定实验数据的自动记录和自动处理。其缺点是:利用外置硬件ZD-2型自动电位滴定仪控制微量进样,滴定过程不能实现完全自动化,微量进样装置不能实现软件化,不能够集成到虚拟仪器系统中;数据处理分析子系统设计不够完善,只应用一种数据分析方法(二次微分法),对于简单的单一组分滴定适应度良好,但不能适应混合的多组分滴定任务;记录后的数据不能有效地管理和分类。

本设计针对以上问题进行改进和完善。设计一种基于Lab VIEW虚拟仪器技术的智能光度滴定系统,实现微量进样、光度信号采集、生成滴定曲线、数据处理与存储、滴定数据回放等功能,同时,通过Microsoft Access数据库,进行数据存储和管理(见图1)。

1 系统硬件构成

系统硬件由NI PCI6221数据采集卡、TCS230颜色传感器、TMP36温度传感器、42BYGH两相贯通轴步进电机及SH2024B2型电机驱动器构成的自动移液滴定装置和现场台式计算机组成。TCS230颜色传感器根据溶液颜色,采集相对应的频率脉冲信号,通过PCI6221数据采集卡计数器/定时器输入PC机;数据采集卡模拟AO端口产生的方波脉冲信号驱动步进电机及驱动器构成的自动移液滴定装置进行移液和滴定,并反馈移液及滴定量。

2 系统软件构成

本系统基于Lab VIEW实现自动进样、光度信号采集、生成滴定曲线、数据处理与存储、滴定数据回放及数据库管理等功能。图2为系统主操作面板,有光度信号采集及白平衡校正、自动移液滴定装置、数据处理及存储、数据库管理等4大模块。

主体程序结构采用标准状态机结构,包括9个状态:超时、校正、采集、滴定、移液、回放、清除、计算、数据库,当系统没有得到任何指令时,总是保留在超时状态,等待指令;当有指令发出,则按照指令跳转到需要的状态,执行状态中的程序。如本系统自动滴定功能的实现就很好地体现标准状态机结构优势,如图3所示自动滴定程序流程图,在采集光度信号和电机滴定2个状态间不断跳转,由预设的终点标准色RGB值或滴定体积值判断后,跳出循环即滴定完成。

2.1 TCS230光度信号采集及白平衡校正

2.1.1 TCS230光度信号采集模块

TCS230是TAOS研发的具有数字兼容接口的RGB彩色传感器[6],可实现颜色识别与检测[7]。光度信号采集程序框图(见图4)。

2.1.2 白平衡校正模块

由于不同的光线通过物体反映出来的光强也是不同的,而且非标准白光在物体上反映出来的光强分量也是不同的。所以在进行光度信号采集之前应进行白平衡校正,即分别选TCS230的3种滤波器对空滴定池进行光度采集,得到光源的RGB值[8]。利用公式“校正系数=测量值/光源值”得到白平衡校正系数。白平衡校正程序框图(见图5)。

2.2 自动移液、滴定模块

2.2.1 自动移液、滴定装置

自动移液、滴定装置由步进电机软件控制[9]。本系统利用模拟AO端口进行脉冲输出,可调的基本参数为通道属性、吸液与滴定方向控制、缓冲参数(采样点数)及波形信息(见图6)。经测试,电机在输出脉冲下工作状态良好。方脉冲的输出波形可以通过波形显示图表看到,方便进行参数调试[10]。

2.2.2 可调速搅拌装置

搅拌速率控制是通过直流电机与采集卡回路中串入的X9C103P数字电位器完成的。上位机通过采集卡向电位器发送下降沿有效的脉冲,使得电位器阻值在10~500Ω变动,从而改变回路电流,达到控制直流电机转速的目的。搅拌器控制程序框图(见图7)。

2.3 数据处理及存储模块

数据处理部分采用常规的二次微分法进行滴定终点的确定与计算。存储部分主要是对滴定数据的Excel表格临时存储,并且可以调用数据进行回放查看。

2.3.1 二次微分法确定滴定终点

与电位滴定法类似,光度滴定曲线的一次微分的极大值(或极小值)和二次微分等于零(d2Gr/dV2=0)的点就是滴定终[11]利用公式:

式中,Ve为终点滴定体积;f(RGB)e为终点Gr、Gg、Gb值;二次微分为零前的二次微分值α;二次微分为零后的二次微分值b;在α时滴定剂的体积V和f(RGB)。利用测定好的标准色溶液的RGB值Gr、Gg、Gb可以设定滴定终点,即当采集的RGB值等于预设值时,滴定停止,这样可以提高滴定效率。

如图8所示,二次微分法程序主要是利用Lab VIEW软件的数组子选板中的数组索引、数组大小、创建数组、一位数组搜索、数组最大值最小值索引等控件完成。首先进行数据读取将Excel中的数据提取成二维数组形式,将V、Gr、Gg、Gb值分别索引成列向量形式;再进行列向量的计算,求出一次和二次微分值;最后利用公式节点,计算出终点体积值和RGB值。

2.3.2 数据临时存储及回放

数据存储:前端传感器采集的光度信号与体积值,经创建数组和数组转置得到二维列向量,利用Excel写入函数将其临时保存至Excel表格文件中。

数据回放:存储至Excel表格的数据通过表格读取,图9为程序图。利用此功能可回看和模拟数据采集过程。

2.4 数据库管理模块

利用Lab VIEW数据库链接工具包(Database Connectivity toolkit),以调用子VI的方式进行数据库访问[12]。本系统将每次以Excel表格临时存储的滴定数据导入数据库,方便进行历史数据的查询和对比分析。工具包通过与ODBC(Open Database Connectivity,开放数据互连)连接可以访问任何支持ODBC的数据库。本系统采用Microsoft Access数据库,图10为数据导入程序。

历史数据查询模块是利用Database工具包中的抽取数据控件,将数据从数据库表格中取出。通过历史数据查询模块输出数据趋势图表,可以对几组实验数据进行分析比较,以方便进行全面分析。

3 验证实验

3.1 仪器及试剂

722s型可见分光光度计(上海精密科学仪器公司);79-1型磁力搅拌器(北京中兴伟业仪器有限公司);待标定氢氧化钠溶液;邻苯二甲酸氢钾(基准试剂);酚酞指示剂:浓度为1%。

3.2 实验方法

称取0.9g基准邻苯二甲酸氢钾(于105~110℃烘干至恒重),溶于50mL不含二氧化碳的蒸馏水中,加2滴1%酚酞指示剂。实验组、对照组分3组进行平行实验。

实验组:利用光度滴定系统标定氢氧化钠溶液。

对照组:利用化学容量法标定氢氧化钠,溶液滴定至成粉红色与标准色相同(标准色配置:量取80m L p H=8.5的缓冲溶液,加2滴1%酚酞指示剂,摇匀)。

3.3 结果和讨论

如图11所示为系统操作面板XY图表中导出的光度滴定曲线图。表1为实验结果。

从表1可知:(1)实验组结果RSD在0.1%左右,比传统化学容量法滴定RSD值小1%;(2)本文滴定系统滴定精度99.88%,明显好于手工滴定精度98.88%。

虚拟光度滴定系统之所以滴定精度提高,主要缘于本系统可从2个方面减小滴定误差:(1)本滴定系统减少定量移液与滴定控制方面的误差;(2)人工操作控制滴定时,人的视觉差异和操作熟练度等因素会影响滴定结果,系统操作可以减少这方面的误差。

4 结论

本文基于Lab VIEW设计的虚拟光度滴定系统具有如下特点:(1)操作简便,人机界面友好,而且实现测试数据的自动实时采集、显示、储存,自动完成测试数据的分析处理,并实时获得结果,避免繁琐的人工计算过程,提高测试结果的精度,大大地缩短测试时间;(2)采用完全软件虚拟控制,避免单片机等硬件控制,大大增强开发的灵活性;(3)TCS230采用反射光测量原理,不仅可以测量透明液体,而且对于透明度不好甚至不透明液体也可以测量,具有较为广泛的应用前景。

本系统通过标定氢氧化钠标准溶液对系统进行的验证,表明该系统运行良好,测定分析数据准确,基本达到光度滴定应用目的。依照此类虚拟仪器系统设计原理,联合各种电化学传感器及分析仪器,即可构成化学虚拟实验室系统,应用于各类化学分析任务。

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LabVIEW系统 第9篇

因此, 提出一种新的变电站子站端与调度自动化主站端进行遥测、遥信数据核对的方法, 开发了基于Lab VIEW平台的调度报文分析系统, 该系统能够监听和分析翻译变电站子站向调度自动化主站的通信报文, 只要导入调度自动化系统中调试站的遥测、遥信数据库, 便能够在变电站里模拟出一个简易的调度自动化系统, 使变电站子站调试人员脱离调度自动化主站, 脱离电话通话也可以实现变电站子站端与调度自动化主站端的遥测、遥信数据核对, 有效提高工作效率。

1 系统工作原理

目前, 变电站子站与调度主站之间大量采用了101规约与104规约进行通信。101规约规定了电网数据采集和监视控制系统中主站和子站之间以问答方式进行数据传输的帧格式、链路层的传输规则、服务原语、应用数据结构、应用数据编码、应用功能和报文格式, 应用于串行通信。104是101规约的网络化应用, 其规约本身有许多同101规约相似的地方, 不同点主要体现在104规约传输采用的是网络通道。本文主要在对这两种规约分析的基础上构建调度报文分析系统。

通过对变电站远动总控与调度主站间的远动通道进行通信监听, 获得由远动总控机发送调度主站的101规约、104规约通信报文。计算机接收监听得到的报文数据, 通过调度报文分析系统以及导入的调度自动化系统的遥测、遥信数据库, 实现调度遥测、遥信报文的分析、翻译、显示等功能。利用调度报文分析系统的功能, 能够在变电站里模拟出一个简易的调度自动化系统, 使变电站子站调试人员不需要电话通话也可以完成变电站子站端与调度自动化主站端的遥测、遥信数据核对工作。

分析翻译通信报文的前提是获取报文数据, 由于101规约与104规约是调度主站与变电站子站之间的问答式通信, 为了取得通信报文数据, 需要对通信通道进行监听。对于101规约串行通信, 总控机数据需经过MODEM转为模拟信号后, 再上送到调度主站, 因此可在经过MODEM后的通信通道中并入监听线路, 取得模拟信号再经A/D转换, 即得到所需的通信报文数据。对于104规约网络通信, 可以通过交换机的端口镜像功能把总控机发出的数据复制到镜像端口, 然后读取镜像端口中数据。

2 系统软件实现

系统软件部分基于Lab VIEW平台开发, Lab VIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言, 功能强大。为了使调试人员完成变电站子站端与调度自动化主站端的遥测、遥信数据核对工作, 调度报文分析系统应该包括数据接收、分析、翻译、显示、存储等功能模块。

2.1 数据接收模块

数据接收模块接收监听得到的报文数据, 并转化为软件使用, 对于101规约和104规约, 需要分别处理。

(1) 101规约:数据通过串行通道传输到计算机串口后, 报文分析系统需要读取串口中数据。Lab VIEW平台提供了常用的通信工具模块, 其中包括串口通信模块。使用该模块时不需要涉及底层知识, 只需简单设置串口的波特率、数据位、奇偶校验、停止位等基本参数, 即可进行串口的初始化、数据读写等操作。

(2) 104规约:为了读取交换机镜像端口上的数据, 本文采用了Winsock套接字技术。Windows Sockets是Windows下得到广泛应用的网络编程接口, 其通信基础是套接字 (Socket) , Sockets是支持多种协议的网络通信基本操作单元, 可以将套接字看作不同主机间进程进行双向通信的端点。利用套接字技术能把网络上的数据包复制到本机, 从而进行数据分析, 利用Winsock技术读取镜像端口数据的步骤及函数如图2所示。

Lab VIEW可以通过调用外部动态链接库的方式, 调用Winsock的相关动态链接库, 实现套接口的创建及接收数据功能。

2.2 数据分析、翻译、显示模块

数据分析模块包括报文识别校验、报文分析翻译、报文结果显示等功能, 其程序流程如图3所示:

(1) 报文识别校验:对接收到的报文进行识别和校验, 主要依据是每条报文数据的报文头、报文长度、校验码、报文尾等等。

101规约报文:校验报文启动符为68H, 第四字节为68H, 结尾符为16H, 报文第二、第三字节相等, 表示报文长度, 计算校验码应与该报文校验码一致;

104规约报文:校验报文启动符为68H, 报文第二位是APDU体长度 (最大为253) , APDU体长度加2为报文整体长度。

如果是101规约或104规约报文则进行下一步分析翻译, 否则丢弃该条报文并报错误。

(2) 报文分析翻译:对通过识别校验的报文进行分析, 按相应规约对其中的报文类型、信息体数据类型、可变结构限定词、传输原因、信息体元素等进行一一分解。再导入调度自动化系统中调试站的遥测、遥信数据库, 按照遥测、遥信点号关联起来, 翻译出本调试站发送到调度主站的遥测、遥信信息。

(3) 报文结果显示:经过报文分析与翻译的变电站遥测、遥信信息通过系统软件界面显示出来, 供工作人员观察与调试。

2.3 数据存储模块

数据存储模块负责完成系统所需文件的输入、输出功能, 主要包括调度自动化系统遥测、遥信数据文件导入, 试验结果数据保存, 试验结果报告输出等功能。本文系统采用文档形式为Excel文档, 因此涉及到Lab VIEW与Microsoft Office软件之间的程序接口问题。

(1) Excel文件接口实现

利用Lab VIEW的Excel报表模块可以实现读写Excel文档功能, 能够简单有效地解决软件系统与Excel文件的接口问题。

(2) 数据文件输入及输出

利用Excel报表模块可以读取调度自动化系统遥测、遥信文档中的数据, 主要包括变电站信号的详细描述、采集点号、状态定义、主站系数等参数, 形成报文分析系统的遥测、遥信数据库, 以此展开变电站遥测、遥信的调试核对工作。完成核对工作后的数据结果可以保存下来, 以供历史查询, 也可以导出作为试验报告使用。

结语

本文提出了一种新的变电站子站端与调度自动化主站端进行遥测、遥信数据核对的方法, 开发了基于Lab VIEW平台的调度报文分析系统, 该系统能够监听调度101规约、104规约通信报文, 实现遥测、遥信报文的分析、翻译、显示、存储等功能, 使变电站子站调试人员脱离调度自动化主站, 脱离电话通话也可以实现变电站子站端与调度自动化主站端的遥测、遥信数据核对。试验结果表明, 该系统能够有效减少时间、人力、物力的耗费。

摘要：随着变电站设备向智能化信息化方向的不断发展, 在变电站新建或技改工程的验收过程中, 要核对的遥测、遥信数据将会越来越庞大, 需要耗费更多的时间、人力、物力。本文提出一种新的变电站子站端与调度自动化主站端进行遥测、遥信数据核对的方法, 该方法研究开发一个基于LabVIEW的调度报文分析系统, 能够监听和分析翻译调度遥测、遥信报文, 使变电站子站调试人员脱离调度自动化主站, 脱离电话通话也可以实现变电站子站端与调度自动化主站端的遥测、遥信数据核对, 有效提高工作效率。

关键词：遥测,遥信,调度报文,报文分析,LabVIEW

参考文献

[1]黄益庄.智能变电站是变电站综合自动化的发展目标[J].电力系统保护与控制, 2013, 41 (02) :45-48.

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LabVIEW系统 第10篇

计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。虚拟仪器是基于计算机的仪器,是将仪器装入计算机,以通用的计算机硬件及操作系统为依托,实现各种仪器功能。

虚拟仪器的主要特点有:尽可能采用通用的硬件,各种仪器的差异主要是软件;可充分发挥计算机的能力,有强大的数据处理功能,可以创造出功能强大的仪器;用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。

随着气象事业的逐步发展,气象要素的数据测量也步入自动化。传统的气象要素测量系统体积庞大,所需要的硬件设备较多,使用时受人员、地点、空间等诸多因素的影响较大。而且这类测量系统和传统仪器一样,功能、作用都由生产商在生产时定义好,一旦成型,用户就无法在使用过程中根据自身的需要对仪器的功能和作用进行重新定义。而如果借助虚拟仪器技术的易开发、灵活性强和使用方便等优点,将其和传统测量系统结合起来,就可以利用虚拟仪器技术并结合无线数据传输模块,来完成气象要素的数据采集和处理功能,还可以根据用户自身的需要来对系统的功能和作用进行自我定义和修改,节省了大量的人力、物力,使得对于气象要素的数据采集和处理变得更加简单、方便。

1 硬件设计

该系统采用DAQ(Data Acquisition)系统结构。它包括数据采集卡、驱动程序、应用软件和计算机等。

整个测量系统的结构框图如图1所示。

1.1 温湿度传感器

在该系统中,采用了瑞士Sensirion数字式温/湿度传感器SHT75。该传感器将相对湿度和温度测量合二为一,它包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料的温度敏感元件,这两个元件与一个14位的A/D转换器以及一个串行接口电路设计在一个芯片中,在使用上更加方便。它的温度测量范围为-40～120 ℃,在 25 ℃时精度为0.5 ℃,0～40 ℃时精度为0.9 ℃,反应时间20 s,分辨率为0.01 ℃。其相对湿度测量范围为0～100% RH,精度为±2.0%,反应时间为4 s,分辨率达到0.03% RH。该传感器具有反应时间短,极高的可靠性和长期稳定性等优点,已经被广泛地应用于数据采集、自动化过程控制、汽车行业、电力、计算测量以及医学等领域。

1.2 数据采集卡

数据采集卡可以轻松地实现外部数据和计算机的通信。这里采用美国NI(National Instruments)公司的USB-6210数据采集卡。USB不仅是一种非常流行的总线,它还十分易于使用。NI公司的USB数据采集卡可以充分利用USB的即插即用功能,从而使其安装变得极为简单。

使用NI公司的数据采集卡,大大简化了安装和驱动,NI公司开发的虚拟仪器开发平台LabVIEW中含有的数据采集助手控件可以提供硬件驱动程序,使得可以轻松、便捷地实现软件和硬件的通信。

2 软件平台

实现该系统功能的软件也是该系统的核心部分采用NI公司的LabVIEW。

LabVIEW是一种基于图形化的计算机编程语言,其全称为Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench(实验室虚拟仪器集成环境),是由美国NI公司创立的功能强大的虚拟仪器开发平台。

传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序的执行顺序,而LabVIEW则采用数据流编程方式,程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数,用连线表示数据流向。LabVIEW还提供了很多外观与传统仪器类似的控件,可用来方便地创建用户界面。用户界面在LabVIEW 中被称为前面板。如图2所示,即为该温湿度测量系统的前面板。

使用图标和连线,可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码,又称G(Graphics)代码。LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于数据流流程图,因此又被称作程序框图代码。前面板上的每一个控件对应于程序框图中的一个对象,当数据“流向”该控件时,控件就会根据自己的特性以一定的方式显示数据,例如开关、数字或图形。

LabVIEW中的DAQ软件NI-DAQmx包含支持200多种NI数据采集设备的驱动,并提供相应的VI函数。此外它还包含Measurement & Automation Explorer(MAX)、数据采集助手(DAQ Assistant)以及VI Logger数据记录软件,可以节省大量的系统配置、开发和数据记录时间。在该系统中,利用LabVIEW中的数据采集助手(DAQ Assistant)可以轻松实现对数据采集卡的配置,完成对采集通道的具体设置。

图3为该系统的部分程序框图。由于温湿度随时间变化不大,所以每十分钟对环境要素进行一次测量。为减小干扰对采集造成的误差,每次测量采集6个数据,去掉1个最大值和1个最小值,并对剩下的4个值取平均值,作为这一时间内的有效数据。

数据进入计算机后使用LabVIEW进行显示和存储。LabVIEW有强大的文件I/O函数,可以将采集到的数据以一定的格式存储在文件中保存,用以满足用户不同的文件操作需要。系统设计采用表单文件对数据进行存储记录。它将数据数组转换成ASCII码存放在电子表格文件中,设计中将以测量日期作为文件的命名,每一天测量的数据存放在一个表格中。用户可以通过前面板界面输入日期来查看历史数据,还可以通过Excel等第三方软件进行查看。

3 结 语

该测量系统利用LabVIEW开发,将气象要素和虚拟仪器结合在一起,具有体积小、使用灵活、方便等特点。此外,只要用户对LabVIEW有所熟悉,就可以根

据自身对仪器作用的要求自行改变功能,轻松实现用户需要的操作,具有较强的功能拓展性。不过该系统还存在着需要改进的地方,采集数据时对外界环境的抗干扰能力还有待加强。

参考文献

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LabVIEW系统 第11篇

关键词：

LabVIEW； 图像处理； 杂物检测

中图分类号： TP 751 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2015.04.006

Abstract： In this paper，a method based on machine vision has been presented，which is used to detect the impurities and defects existing in the intake pipe of automobile engine. By establishing the module of Vision and Motion in LabVIEW and Vision Assistant，the method conducts a series of image processing，such as image preprocessing，image morphology processing，image segmentation，senior morphology processing，and develops the detection system for the intake pipe of automobile engine. Practice shows that this detection method is reasonable and the operation is convenient and practical. The visual effect is good. The detection method meets the testing requirements.

Keywords：

LabVIEW； image processing； impurity detection

引 言

发动机是汽车系统中最为关键的部件，随着汽车产业的飞速发展，对汽车发动机性能也有了更高的要求。进气管则是汽车发动机的关键部件之一，然而传统检测发动机进气管好坏的方法已不能满足发动机的性能要求，因此必须设计出更先进的检测设备。针对汽车发动机进气管中的杂物和缺陷[1-3]，本文利用NI公司的LabVIEW软件及其附带可视化软件Vision Assistant和机器视觉技术，获取图像信息并进行分析，提出了一种运用机器视觉检测的方法。

1 系统组成及其原理

汽车发动机进气管检测系统主要由自带光源摄像头、凌华图像采集卡、LabVIEW处理平台和一系列硬件设备等组成，其设备俯视图如图1所示。

该系统利用LabVIEW平台通过继电器来控制检测设备，当被检测器件在夹具中放置好后，启动设备摄像头1和3进行外部图像采集，将采集到的图像进行一系列的处理，此图像处理是该检测系统的核心。然后气缸1推动夹具将进气管口对准到摄像头2和4运动轨道，再推动气缸2和3使摄像头2和4进入管内，对管内进行图像采集和处理，处理后显示结果。全部完成后设备还原成检测前状态。

2 图像采集

图像采集是图像处理的前提，图像质量的好坏将会对图像处理产生影响。本设备采用凌华图像采集卡ADLINK，完成图像采集卡安装后，在LabVIEW中会多出ADLINK Vision子模块，子模块中提供了获取图像的各种子vi模块，包括：打开相机、配置相机、启动采集、获取图像、关闭相机等子vi模块，编写程序后便可采集图像。采集图像子程序如图2所示。

3 图像处理

为了能够清晰地捕捉到排气管中图像信息，本系统采用2个摄像头对图像进行采集，因此在图像处理过程中将分为外部摄像头图像处理和内部摄像头图像处理两部分。在图像处理之前首先应用Color Plane Extraction子vi模块来将彩色图像转换为灰度图像，以方便进行后续图像预处理、形态学处理、图像分割、高级形态学处理[4-5]。由于杂物图像与缺陷图像的性状类似，所以本文以杂物图像为例进行说明。

3.1 外部摄像头图像处理

外部摄像头采集到的图像如图3所示，（a）为无缺陷排气管内部图像，（b）为有杂物排气管内部图像。外部摄像头图像处理流程如图4所示。

（1） 图像预处理

在图像采集和传输过程中，往往会因为内部和外界因素的干扰而产生噪声，进而影响图像质量，图像预处理的目的就是减弱图像中的噪声[6-7]，结合采集到图像的特点，本实验的图像预处理只需进行图像滤波。在LabVIEW中常用到的滤波放法有：低通滤波、平滑滤波、高斯滤波、中值滤波。

对比4种滤波方法，中值滤波能够使得被检目标缺陷边缘更明显，得到的滤波效果最优，因此本文采用中值滤波，滤波结果如图5所示。

（2） 形态学处理

为了进一步消除噪声的影响，并保留重要的轮廓极值信息，达到使杂物或缺陷边缘突出的目的，需对图像进行边缘检测，然后根据边缘检测所得到的图像作为标记进行灰度形态学重建。

LabVIEW系统 第12篇

在暖通空调领域, 随着测试技术的发展及测试要求的不断提高, 一些具有与计算机直接通信功能的高精度温湿度测试仪表已经在科研和工程中被广泛运用。然而对于整个测试系统而言, 单个仪器本身存在一些限制[1]:仪器本身只能显示某一时间点的数据, 不能看到参数的实时变化趋势;仪器本身缺乏数据处理能力, 而某些测试场合需要不同测量仪表所测参数进行计算而得出有利用价值的分析指标, 比如PMV (预测平均评价) 、PPD (预测不满意百分比) [2];受仪器本身记忆卡内存的限制, 仪器只能存储有限量个数据。与此同时, 各个品牌的仪表与计算机通信的方式不完全相同, 有RS 232串行通信、GPIB总线通信等。因此, 如何把这些仪表整合到同一个平台上, 开发一个功能强大的综合测试系统已成为一个新的工程应用方向。

1室内温湿度测量仪表

本设计采用一款多功能的室内气流测量仪表, 通过选择不同的探头, 测量温度、湿度、风速、风压、风量、二氧化碳浓度、湿球温度、露点温度及水蒸气含量等参数。仪表自身带有信号输出功能, 通过USB或者RS 232接口可以直接与计算机进行通信。但是在整个测试系统中, 还需要与其他测量仪器所测试参数结合在一起进行分析, 系统软件LabVIEW就能满足这个要求。

2LabVIEW的优点与运用

LabVIEW是美国国家仪器公司推出的创新软件产品, 是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境, 被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件[3]。它既可以通过波形图像动态实时地显示仪器测得的数据, 又可以实时分析处理波形, 显示数据, 得到用户最终需要得到的各种参数, 从而避免等到采集结束后需要通过其他的软件来进行数据处理的问题。

LabVIEW软件最大的特点是, 可以把不同通信协议与通信方式的仪器综合地开发到同一平台上, 其包含了各种仪器通信总线标准的功能函数, 不仅提供数百种不同接口测试仪器的驱动程序, 还支持VISA, SCPI和IVI等最新的程序软件标准, 为用户设计开发不同的先进测试系统, 提供软件支持。本设计通过应用LabVIEW的VISA节点, 设计一种USB串口通信程序[4,5,6]。

3热舒适测试系统

本设计的目标是通过温湿度、风速等测试仪表采集实时数据, 通过对数据的分析计算, 得出热舒适的PMV和PPD, 设计原理如图1所示。要实现该功能, 首先必须解决数据采集问题, 即仪器与LabVIEW之间的通信程序;其次是要编写计算PMV与PPD的程序。

3.1 测量仪器与LabVIEW的通信

LabVIEW中的VISA节点用于串口通信[7,8]。通过LabVIEW中VISA函数实现串口初始化、串口写、读、检测并清空缓存、关闭来实现仪器与LabVIEW通信。在程序运行时, 测量仪器设置为USB连接。程序运行时可以通过循环间隔时间设置采集时间间隔。

3.2 数据的记录

通过文件I/O函数进行采集数据的记录与保存。通过打开、格式化、写入、关闭文本来实现采集数据的记录。

3.3 数据的在线显示

通过生成表格和波形图来显示在线数据。由于电子表格和波形图输入必须是数值, 而读取缓冲区的数据是字符串, 在程序设计时必须对字符串与数值进行转换, 才能在波形图中显示。

3.4 PMV与PPD程序设计

通过反应人体对热平衡的偏离程度的人体热负荷得出PMV指标, 计算公式如下[9]:

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式中: M为人体能量代谢率 (单位:W/m2) ;W为人体所做机械功 (单位:W/m2) ;Pa为人体周围水蒸气分压力 (单位:Pa) ;ta为人体周围空气温度 (单位:℃) ;fcl为服装面积系数;tcl为衣服外表面温度 (单位:℃) ;tr为平均辐射温度 (单位:℃) ;hc为对流换热系数 (单位:W/ (m2·K) ) ;Icl为服装热阻 (单位:m2·℃/W) ;var为平均风速 (单位:m/s) 。

针对以上五个公式, 运用LabVIEW编写PMV, PPD计算程序。由式 (2) 可知, tcl的计算是一个迭代过程, 它通过LabVIEW中While循环结构实现;hc, fcl通过条件结构进行判断, 最后将式 (2) ～式 (4) 代入式 (1) 求出PMV。具体程序如图2所示。

为了验证程序的正确性, 运用Matlab[10]编写相同的计算程序, 与LabVIEW计算结果比较。通过一天测试的结果, 比较曲线如图3所示。由图可看出, 不管是变化趋势, 还是各个测试时刻的数据点都完全吻合。由此得出, LabVIEW的数据后期处理功能强大且稳定。

4结果与分析

4.1 系统运行结果

图4显示了数据采集以及PMV, PPD计算的在线显示结果。由采集到的4个参数rh, ta, v, tr与输入参数m, CLO一起通过程序运算, 得到PMV, PPD结果。

4.2 系统性能测试结果与分析

4.2.1 采样频率对于测试系统的影响

某些测试系统在工程运用中会出现随着系统连续运行时间的延长, 而采样速度越来越慢的情况, 直到系统崩溃。这里检验采样频率对测试系统的影响。本设计中仪器的最高出样频率为10 Hz。实验中, 分别采用10 Hz, 8 Hz, 4 Hz的采样频率对测试系统进行连续测试, 测试结果如图5所示。由图可看出, 采样频率随着测试时间的延长, 不断的衰减。采样频率越高, 衰减的越快, 越迅速。当以10 Hz采样时, 系统运行不到5 min就开始崩溃;当以4 Hz采样时, 系统也只能平均运行30 min。不管是采用高的采样频率, 还是低的采样频率, 只要是系统连续运行, 系统早晚都会出现崩溃。因此, 可以得出, 采样频率不是导致测试系统崩溃的原因。

4.2.2 数据记录对于测试系统的影响

测试系统通过创建文件记录数据, 波形显示记录数据, 表格显示记录数据三种方式来记录数据。鉴于上面提到的计算机运行崩溃的问题, 在10 Hz的采样频率下, 分别测试在三种记录数据的情况下计算机的运行情况。图6表示了以10 Hz的采样频率测试时计算机CPU和内存的运用情况。从图中看出, 创建文件和波形显示记录数据时, 计算机的运行稳定, CPU使用率在7%左右, 内存占用75 000 KB左右;当采用表格记录数据时, 系统一开始运行, 计算机的CPU使用率和内存占用空间都在不断升高, 直到系统运行到4 min时, CPU的使用率达到100%, 系统崩溃。

在4.2.1节中系统以10 Hz采样时, 采样频率也是在第4 min的时候开始衰退, 两者出现的时间点吻合。鉴于上述情况, 实验发现, 当LabVIEW系统采用内置表格记录数据时, 记录的数据不断占用系统内存, 直至计算机崩溃, 最终导致测试系统的崩溃, 使得出现采样频率持续衰减的现象。

4.3 测试系统改进与分析

鉴于上述问题的所在, 在进行系统改进时, 还是采用三种方式记录数据, 只是在表格记录数据时, 限制表格记录数据的内存大小。经过改进后的程序以10 Hz的采样频率测试, 测试结果如图7所示。从图中看出, 改进后的测试系统在连续运行5 h, 采样频率依然稳定, 计算机内存只是在开始的3 min内增加, 之后到达一个稳定值。CPU的使用率同样是在开始的3 min内有所增加, 之后迅速回到7%并保持稳定。

5结语

该系统经过长时间的测试, 运行稳定。实验结果表明, 通信安全、可靠;计算机得到了实时准确的测量数据;程序对测量数据的后期处理功能强大, 界面友好美观, 能满足多数场合下的热舒适性测试。不足之处在于传输速度不高, 传输距离不远, 这是受到串口通信的限制[11]。另外, 由于系统内存大小的限制, 实时看到的数据量有限, 所有测试数据必须等测试结束后打开文本查看。本设计为10通道串口通信热舒适测试系统, 至于不是串口通信的测量仪器, 只要能提供输出信号, 采样同样的方法也能接入到本测试系统中。目前, 该系统已经运用于小空间热舒适的测试。然而, 现在的实际测试中需要测试几百, 甚至几千几万个点, 最终得出整个测试区域的温度场、湿度场、浓度场等, 进而可以与计算机模拟场进行比较, 因此, 通过上述研究的方法实现测试点扩张成为后续需要解决的问题。

摘要：设计一种基于LabVIEW的热舒适测试系统。主要介绍了串口通信测试仪器与计算机的通信及实现方法。通过编写数据采集程序以及PMV, PPD计算程序, 实现测试数据的实时采集、实时显示以及在线处理的同时进行, 重点解决了某些测试系统采样频率衰减问题。该系统可运用于实验、教学、工程等多种领域, 用于测试与热舒适性相关的各种参数。

关键词：LabVIEW,串口通信,热舒适,采样频率衰减

参考文献

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[3]龙华伟, 顾永刚.LabVIEW 8.2.1与DAQ数据采集[M].北京:清华大学出版社, 2008.

[4]魏勇, 孙士平.基于LabVIEW与USB的虚拟仪器接口设计[J].现代电子技术, 2009, 32 (8) :163-165.

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[8]陈锡辉.LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通[M].北京:清华大学出版社, 2007.

[9]Moderate Thermal Environments-detemination of the PMVand PPD Indices and Specification of the Conditions forThermal Comfort[Z].1994.

[10]姜健飞, 胡良剑, 唐俭.数值分析及其Matlab实验[M].北京:科学出版社, 2005.