基于虚拟仪器技术的综合测试系统.docx

基于虚拟仪器技术的综合测试系统ronggang导语：就目前工业自动控制领域的现状与将来开展趋势,提出了一个基于虚拟仪器技术构建的综合测试系统设计方案摘要：就目前工业自动控制领域的现状与将来开展趋势,提出了一个基于虚拟仪器技术构建的综合测试系统设计方案。详细阐述了以数据收集卡和通用PC机为核心硬件资源,利用LabVIEW语言设计一个综合测试系统的设计思想、构造组成、实现方法和功能。与传统测试系统相比，基于虚拟仪器技术的综合测试系统，具有可操作性强，通用性好，性价比高，功能强大，快捷方便，可实现数据的自动收集和远程在线实时监测的特点，在工程实际中具有广阔的应用前景。关键字：虚拟仪器,综合测试,数据收集卡，LabVIEWbalign=centerIntegratedMeasurementSystemBasedonVirtualInstrumentTechnologyQueHao,YueRui-hua/align/bAbstract：WithaViewtothepresentsituationandfuturedevelopmentoftheindustrialautomaticcontroldomain,thepaperprovidesadesignschemeforaintegratedmeasurementsystembasedonvirtualinstrumenttechnology.Takingdataacquisitioncardandgenericpersonel-computerastheprimaryhardwareandusingthelanguageLabVIEWtodesignanddevelopmentaintegratedmeasurementsystem,thearticlediscussesindetailsthesystemdesigningidea,frameform,realizationmethodandfunction.Comparedwithtraditionalmeasurementsystem,theintegratedmeasurementsystembasedonvirtualinstrumenttechnologytakesonthecharacteristicofgoodmaneuverability,operationshortcutadvantageous,stronglyfunctionandcanrealizeautomatismdataacquisitionandremoteonlineconditionmonitoring,thesystemhaswidelyapplicationsforegroundinpracticeengineering.Keywords:VirtualInstrument,IntegratedMeasurement,DataAcquisitionCard,LabVIEW随着虚拟仪器技术的飞速开展，对测控平台进展“虚拟化改造已成为一种潮流。在这种潮流的影响下，我们在原有测控平台的根底上结合虚拟仪器技术，建立基于虚拟仪器构造的综合测试系统，以改善实验条件，进步测试效率，使得数据处理更加快捷准确。虚拟仪器及技术将成为工业自动控制领域的重要方法和手段，具有非常广阔的开展前景。12系统的组成本系统主要由硬件和软件两大局部组成。其中硬件平台采用PXIPCIextensionsforinstrumention总线系统，软件平台采用NI公司的LabVIEWlaboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench可视化图形编程平台。2.1系统硬件构造系统的硬件主要由传感器、信号调理模块、PXI主机、PXI-4472数据收集卡和网络效劳器等组成。系统硬件构造如图1所示。align=center图1系统硬件构造图/align1PXI主机的选择：PXI最初只能使用内嵌式控制器零槽控制器，后来NI公司又发布了MXI-3接口，扩展了PXI的系统控制。包括直接PC控制、多机箱扩展和更长的间隔控制，扩大了PXI的应用范围。由于一个零槽控制器就需要好几万的价格，比台式机要贵上好几倍，因此选用台式机加MXI3作为控制方案。进而需要配置PXI8335,PCI8335和两者通信的光缆连接线。2数据收集卡和调理模块的选择：由于综合测试系统涉及的参数是很丰富的，有温度、压力、振动参数等模拟量，也有数字信号量，有些情况下对信号测量的同步性要求比拟高，所以我们选择选择NI公司的PXI-4472多功能数据收集卡和SCXI1121信号调理模块。PXI-4472多功能数据收集卡基于PXI总线，将CompactPCI的集成式触发功能与Windows操作系统结合在一起，在保存PCI总线与CompactPCI模块构造功能的根底上，增加了系统参考时钟与触发器总线等，使得PXI系统更加合适构建工业自动化测控系统。对于输出是非标准的输出信号，需要选择调理模块，针对压力传感器和温度传感器和速度传感器分别选用SCXI1121的模块。3网络效劳器件的选择：考虑到网络远程数据阅读和控制的需要，要给系统配置一台效劳器和客户端调试用和集线器。在系统设计的时候把和PXI通过MXI3连接的PC机作为效劳器。PXI主机和PXI-4472多功能数据收集卡是整个测试系统的核心，在系统中担负着接收用户命令、数据收集、波形显示、数据存储和数据分析等任务。2.2系统软件构造软件是虚拟仪器的灵魂。一个高效的软件开发平台有利于构建功能强大的虚拟仪器系统。本综合测试系统软件局部设计采用NI公司的LabVIEW作为开发平台，LabVIEW主要用于仪器控制、数据收集、数据分析等领域，是一个很好的虚拟仪器开发环境，它使用图形化的编程语言，具有形象、直观、集成度高等特点。LabVIEW程序中包含丰富的函数库，同时集成了GPIB、VXI、RS-232、RS-485等通信模块，可以方便的进展模块化编程;LabVIEW还具有内置程序库，提供了大量的联结机制，通过DLLs、分享库、OLE等途径实现与外部程序代码或者软件的连接2,3。为实现测试系统软件的可扩展和易维护，需要在系统软件的设计阶段仔细地设计软件构造，使系统软件可以适应新的硬件模块和算法。采用通用框架的处理方法，把数据和测试流程分开，进而实现测试软件的通用性和灵敏性。测试仪器、测试工程的配置参数由工程配置文件来保存，测试结果数据由数据库来管理，而测试流程的任务那么是读取配置文件的数据，配置测试仪器，并进展相应的数据收集、分析计算，和把测试结果写到测试结果数据库中。经过分析，可以按照如下功能对系统进展架构：1测试工程配置：完成测试工程的工作参数配置，采用构造化的通用设计思想，把测试经过中用到的硬件参数，软件参数和一些特殊的要求存到一个配置文件里，并把必要的参数存入数据库，测试的时候只要调用各工程的配置文件，就能完成相应的测试任务，这样操作人员不需要对系统有太深的指示，或者对计算机要有过多的解析，只需按照测试流程用鼠标进展简单的操作即可。综合测试系统中的信号分析系统采用模块化的软件编程设计思想，每个分析功能的实现都由一个模块来完成。信号分析系统包括数据收集与存储、波形显示、参数测量和信号分析等局部，最终可以实现数据的收集、存储、分析和显示等功能。2物理通道的标定：由于数据收集卡采来的是电压或者电流信号，并不直接反映物理量的大小，他需要通过一个转换的经过，这个经过就叫标定。比方从压力传感器采到的数据是100mv，而实际上加载在传感器上的压力是1Mpa，那么标定的结果就是10Mpa/V。系统实际工作的经过中存在非线性的误差，所以在标定的时候要考虑怎样进展校正，本文在实现该功能时应用了非线性的校正的方法。3系统自检和数据收集卡配置：系统在工作之前需要确保各个局部都正常工作，所以要对通道进展检测，对系统进展自检。否那么当实验进展到后来才发现出了问题，那样既浪费了人力，又浪费的时间。4数据收集：这个局部是系统的重点，也是系统最为复杂的一个局部，它包括录波，数据存盘，数据实时发布，简单的数据处理等众多功能。5数据回放：这个局部是系统的核心，所有数据分析和处理都在这个局部完成，它包括处理结果入库，报表自动生成，打印报表等功能。6数据管理：由于所有的测试结果都是要求存入数据库，所以对测试数据的管理其实就成了对测试数据库的管理，管理的内容包括测试记录的检索等功能，即可以在本地机管理，可以以在网络上进展管理。7使用帮助：一个应用软件系统假如没有一个明晰明了的帮助系统就不会是一个好的系统，通过阅读帮助可以让一个新手很快纯熟使用。在综合考虑系统功能的根底上，把整个软件划分为主控模块、通道标定配置模块、系统自检模块、数据收集模块、数据回放模块、数据管理模块、帮助模块等，各模块又可分别划分为更小的子模块来实现。各模块之间的关系如图2所示。align=center图2系统软件总体构造/align3信号的分析与处理5,6数据的分析处理是综合测试系统的关键环节。对采样数据进展分析和处理的方法有很多，它们各有不同的功能，实际工程测试中常常需要同时采用多种不同的方法才能得到满意的结果。因此，综合测试系统利用LabVIEW开发了信号分析处理软件包，对收集的信号进展分析和处理。主要分析包括数据预处理、时域分析、频域分析和结合时频分析。传感器收集到的输出信号经过采样和A/D转换为数字信号，在送入分析处理系统前，还要对采样信号进展数据预处理。数据预处理的目的是尽可能地去除混杂在信号中的噪声，以进步信号的信噪比。数据预处理的范围很广，通常包括加窗、数字滤波、去除均值、提取趋势项、标准化处理等，然后，再根据需要对数据进展分析处理。4网络功能的实现为了实现远程测控，我们利用虚拟仪器技术中的DataSocket技术，将不同地域不同功能的设备联络起来，实现资源分享，使数据收集和远程传输成为可能。详细步骤如下：利用网络上单独的一台计算机作为DataSocketServer，即效劳器，用来实现数据收集和数据发布的功能，即作为DataSocketPublisher;连接在网络上的其他计算机作为DataSocketSubscriber。效劳器收集数据，在数据发送端，设置数据收集卡的设备号和收集通道，选择适宜的采样数及收集速度，采用AISampleChannel.vi收集信号，利用DataSocketPublisher把收集到的数据发布到DataSocketServer中，客户端利用DataSocketSubscriber从DataSocketServer中接收数据。应用DataSocket技术进展数据收集和传输程序流程图如图3所示4。在图4中，数据发布端，调用DataSocketWrite函数向URLuniformresourcelocator指定的位置写数据;在远程客户接收端，调用DataSocketRead函数从URL指定的位置读取数据，并复原为原来的数据类型送到前面板窗口中的WaveformGraph中显示。在本例中，URL指定的位置是“dstpni-302aph。在数据发送端和远程接收端，While循环中的stop按钮分别可以控制数据收集、数据发送和接收的终止。align=center图3数据收集发送端和远程接收端程序流程图/align本文采用了PXI总线和LabVIEW可视化编程软件设计了一套具有模块化、通用化、系列化的综合测试系统，具有数据收集、数据测量、数据存储、数据分享和数据分析处理功可以快速有效地反映出被测系统的各种参数信息，便于对被测对象进展状态监测与故障诊断。与传统测试仪器相比，基于虚拟仪器技术的综合测试系统构造紧凑、功能丰富，发挥了软件设计的灵敏性，以一台计算机取代多台仪器，具有可操作性强，通用性好，性价比高，功能强大，快捷方便的特点，并且可以实现远程在线实时监测。因此，该系统具有广阔的开展应用前景。1刘君华，白鹏，汤晓君，郭会军等.基于LabWindowslCVI的虚拟仪器设计.电子工业出版社.2003.12刘君华等.虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程M.西安:西安电子科技大学出版社，2001.3周求湛,钱志鸿等.虚拟仪器与LabVIEWTM7Express程序设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2004.4NetworkinginLabVIEWM.NationalInstrumentsLabVIEWUserManual,2003.5胡广书.数字信号处理理论、算法与实现M.北京：清华大学出版社，2003.6盛兆顺,尹琦岭.设备状态监测与故障诊断技术及应用M.北京:化学工业出版社,2003.7程兴亚.基于嵌入式系统的虚拟仪器设计.微计算机信息，2004年度第12期.