[Labview经验]

基于LabVIEW的虚拟信号测量仪

2019-4-24 09:40:11 1981 显示器

0 引言虚拟仪器是在计算机的支持下采用必要的数据采集硬件, 通过软件设计来实现仪器的全部功能的一种仪器。它广泛应用于电子测量、电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多方面。虚拟仪器在发达国家中的设计、生产、使用己经十分普及。虚拟仪器在不远的将来将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试、实验仪器的主流。虚拟仪器在性能上具有灵活性, 用户可根据自身需要定制仪器的功能,彻底打破了传统仪器由厂家定义, 用户无法改变的模式。因此, 虚拟仪器以其明显的优势,得到广泛的应用。本文就是基于实际需要设计了一种既可测量电信号又可测量非电信号的测量仪器。 labview是一个基于图形化编程语言的具有革命性的图形化开发环境，它内置信号采集、测量分析与数据显示功能，摒弃了传统开发工具的复杂性，具有的强大功能和系统灵活性。LabVIEW将广泛的数据采集、分析与显示功能集中在同一个环境中,可以在自己的平台上无缝地集成一套完整的应用方案。 1、虚拟信号测量仪设计的框架结构一个完整的虚拟仪器测试系统结构应包括硬件设备与接口、设备驱动软件、虚拟仪器面板。其中硬件设备与接口包括仪器接口设备和计算机，设备驱动软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序，虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行通讯，并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作元素相对应的各种控件。如图1所示。由于设备驱动软件在一般情况下都是由硬件设备或接口板的厂家提供，设计中的信号采集部分直接调用软件系统中的信号产生模块。因此，本文着重介绍设计的两部分：基于LabVIEW前面板的设计和流程图的设计。图1　虚拟仪器测试系统结构图 2、虚拟信号测量仪前面板的设计前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的面板。由于虚拟面板直接面向用户，是虚拟测量仪控制软件的核心，故设计这部分时，主要考虑界面美观、操作简洁，用户能通过面板上的各种按钮、开关等控件来控制测量仪的工作。 2.1 电信号（电压）部分控件打开LabVIEW前面板编辑窗口，点击鼠标右键，进入编辑环境，显示控制模板。 1.选择Graph>>Waveform Graph，作为电压表的显示器。利用工具模板中的文字工具，将显示器纵（幅度）坐标的刻度重新设置为合适的值。 2.电信号的采集选择合适的控制件来控制输入的电信号参数值。分别选择Controls>> Numeric>>Digital Control和Controls>> Numeric >>Knob，以手动的方式来控制电信号参数如信号频率、幅值、采样数、采样频率、相位和量程。 3.选择Controls>>Numeric>>Digital Indicator作为电信号分析结果的数据显示。重复设置五个显示件，分别为“直流成分”“标准频率”“平均值”“峰值”“有效值”。 4.选择Controls>>Classic Controls>> Boolean>>Round LED，作为超过电压量程时的报警指示灯。 5.选择Controls>>Ring & Enum（环和枚举量）>>Test Ring，作为波形选择器。分别标明正弦波、锯齿波、方波、三角波。 2.2 非电信号（温度）部分控件选择Graph>>Waveform Chart，作为（非电信号）温度测量的显示器。选择Controls>> Numeric >>Digital Indicator，作为温度信号分析的数据显示。重复设置三个同样的显示件，分别标明“最高温度”“最低温度”“平均温度”。选择Controls>> Classic Controls>>Boolean>> Labeled Square Button以设置摄氏、华氏两种不同温度单位的选择。 2.3 面板开关部分设置选择Controls>>Classic Controls>> Boolean >> Vertical Toggle Switch,用来设置电信号和非电信号的测量转换。　　仪器开关，选择Controls>>Classic Controls >> Boolean>>Vertical Switch，当为ON时,虚拟测量仪表开始运行。同样，当为OFF时，虚拟测量仪表停止运行。前面板如图2。图2　测量仪前面板 3、虚拟信号测量仪程序图的设计每一个程序前面板都对应着一个流程图程序。前面板的设计完成后，可进行流程图程序的设计如图3所示。图3　测量仪程序框图的设计 3.1 电信号（电压）部分程序的实现 1.电压波形的发生虚拟测量仪直接利用了LabVIEW软件产生仿真信号，它涉及了正弦波、锯齿波、方波和三角波4种波形，在程序设计框图中，使用一个Case(选择)语句来对4种波形进行选择。选择Functions>> Analyze>>Signal Processing>>Signal Generation >> Sine Wave.VI，得到正弦波发生模块。同样，可以调取锯齿波、方波、三角波发生模块分别放入Case结构子框图中。 2.波形的显示用Functions>>Cluster>>Bundle函数模块将X轴起始坐标、周期和波形捆绑成1个簇，然后输入到波形显示控件中。其中，波形就是Case结构中波形产生模块的波形输出，周期由信号频率取倒数得到，用Functions>>Numeric>>Reciprocal来实现，X轴起始坐标用Functions>>Numeric >>Numeric Constant来设定，一般为0。 3.电压信号处理部分数据处理部分的作用，就是将产生出的信号通过不同形式的检波、计算，得出规定的不同结果。如交流有效值、峰值和平均值。在设计时，具体实现方式如下：在程序框图空白处单击右键，选择Functions>>Numeric>> Absolute Value 取交流电压的绝对值，然后用函数模块Functions>>Analyze>>Mathematics >> Probability and Statistics>>Mean，求平均值，即全波平均值。根据定义，求有效值。选择Functions>>Analyze>>Mathematics>>Probability and　Statistics>>Moment about Mean，在对应的图标将m设置成2,然后再经过开方程序，则得到有效值。交流电压中的最大值即为峰值。可以把数据进行比较求出最大值，通过函数模板Functions>> Waveform>>Waveform Operations>> Waveform Min Max来进行处理。其中,输入端口waveform in接波形发生模块的波形输出端口，输出端口Ymax接表示峰值的控件。当电压峰值大于预设量程时，则会报警，前面板的报警指示灯亮，同时蜂鸣器响起。电压峰值小于预设量程时，则指示灯灭，蜂鸣器不响。具体实现方法如下，调用Functions>> Comparison >> Greater来判断电压峰值是否大于电压量程，调用Functions>>Graphics & Sound>>Sound>> Beep来实现发声。选择函数模块Functions>>Analyze>> Signal Processing>> Time Domain>>AC & DC Estimator，得到电压信号的直流成分。 3.2 非电信号部分（温度）程序的实现温度信号的产生调用一个温度计的子程序，将控制件和显示件分别设置为子程序的输入、输出端。温度信号的处理是将采集到的一系列温度值按时间先后顺序以曲线的形式通过Waveform Chart显示出来。通过使用程序Waveform Min，Waveform Max及Functions>>Analyze>>Mathematics>>Probability and Statistics>> Mean分别得到最高、最低温度和平均温度。 3.3 电信号和非电信号的测量转换的实现程序设计中，使用一个Case（选择）语句来实现电信号和非电信号的测量转换。仪器开关由一个循环结构（Functions>> Structures>>While Loop）和仪器开关控件(Controls>>Classic Controls>> Boolean>> Vertical Switch)来实现。电信号的采集部分和温度信号的数据处理函数模块都要放在循环结构框外，由开关来控制数据的通断。　 4、虚拟信号测量仪运行检测结果前面板和流程图设计完成后，我们要对如上所设计的测量仪的性能进行检测。测量电信号（电压）时，首先确定仪器开关处于ON位置，并将信号测量选择器开关拨至电信号处，在设置电信号参数之前，先给仪器设定一个适当的量程，然后再设置适当的参数值。按下运行按钮，显示器上就会出现一定的波形。如果是连续运行状态，调节电压信号参数值，显示器的波形会跟着相应变化。测量非电信号（温度）时，将信号测量选择器开关拨至非电信号处，仪器开关要先置于OFF位置。按下连续运行开关，随意调动“温度采集”按钮，则显示器便会将一系列温度值以曲线的形式显示出来,这是数据采集过程。再次按下连续运行开关，同时将仪器开关置于ON处，这时，温度采集停止，右边数字框中显示出这段时间的最高温度、最低温度和平均温度。如图4、图5所示：图4　电信号测量运行中图5　温度信号测量运行中 5、结论传统仪器是由仪器厂家设计并定义好功能的一个封闭系统,它有固定的输入/输出接口和仪器操作面板,每种仪器实现一类特定的测量功能,并以确定方式提供给用户。而虚拟仪器是在计算机的支持下采用必要的数据采集硬件,通过软件设计来实现仪器的全部功能。这使得虚拟仪器在性能上更具有灵活性,用户可根据自身的需要定制仪器的功能,充分体现了它的优越性。基于LabVIEW的虚拟信号测量仪，主要分为两部分：电信号的测量和非电信号的测量。其主要功能就是对采集的信号进行分析处理，得到相应的值。本文设计的主要是软件部分，信号采集部分是通过调用软件系统中带有的波形生成模块进行仿真。电信号部分显示器可以直观的显示采集的波形，并通过相应的函数模块处理,得到波形信号的直流分量、标准频率、峰值、平均值和有效值。调节采集电信号的参数设置，显示的波形和各项值会作相应的变化。而且，当信号的幅值超过所设定的量程时，仪器的报警指示灯会亮起来，同时，发出蜂鸣声。非电信号部分的显示器按时间顺序以波形的形式显示所测得的值的历史变化趋势，并得出当前时间段信号的最大、最小和平均值。最后，成功进行了运行检测。参考文献　　[1] 雷振山.LabVIEW 7 EXPRESS实用技术编程 [M].中国铁道出版社，2004，12～28 　　[2] 杨乐平，肖相生.LabVIEW程序设计与应用［M］.北京：电子工业出版社，2001：15～34 　　[3]陈小林.基于LabVIEW的虚拟仪器的设计.浙江：温州师范学院学报(自然科学版)，2004(4)，25(2)：73～76 　　[4] 基于PC的虚拟仪器及其技术研究［J］国外电子测量技术2004(4)：42 ～45 　　[5] 李传伟.虚拟仪器的结构及工作原理.山东：China Education Technique & Equipment，2004(2)：5～6 　　[6] 陆绮荣,李新.基于LabVIEW虚拟电压表的设计.桂林工学院学报，2003(10)，23(4)：369～372 　　[7] 林正盛.虚拟仪器技术及其应用［J］.微型机与应用，1997：7～8 　　[8] 王常廷.组建自己的虚拟仪器.国外电子测量技术，1996(6)：22～22 0
2019-4-24 09:40:11　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 基于LabVIEW的频谱测量仪研发及实现 17 • Multisim里的虚拟阻抗测量仪问题 4550 • 基于labviewde 虚拟电参数测量仪的设计 2389 • 气动测量仪的原理_气动测量仪测量范围 14290 • 电容测量仪 5703 • RLC测量仪设计 3498 • 基于LabVIEW的在线式线长线径测量仪设计 0 • 影像测量仪_万濠影像测量仪 1453 • 温度测量仪原理_温度测量仪特点 5868 • 粉尘测量仪是什么_粉尘测量仪产品 2288