LabWindowsCVI在某测试系统软件开发中的应用技术.pdf

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1、3 0 洲控技术)2 0 0 s 年第2 7 卷第1 2 期L a b W i n d o w s C V I在某测试系统软件开发中的应用技术陆艳洪，翟正军，马捷中 西北工啦大学计算视学院。陕西西安7 1 0 0 7 2)摘要：叙述丁采用虚拟仪器技术开发测试系统的方法，介绍了用虚拟仪器开发某测试系统软件的方法，讨论了L a b W i n d o wC V I 环境下驱动程序设计，给出了测试系统在测试过程中测试数据实时处理方法，及事后处理图形曲线的无极缩放的实现方法。通过系统的实际测试和评倍，证明本方法十分有效。关键词：虚拟仪器；实时处理；无极缩放；L a b W l n d o w s C

2、V I中图分类号：T P 2 1 6文献标识码：A文章编号：1 0 0 0 8 8 2 9(2 0 0 8)1 2 0 0 3 0 0 3A p p l i c a t i o nT e c h n o l o g yo fL a b W i n d o w s C V li nS o f t w a r eD e v e l o p m e n to faT e s tS y s t e mL UY a h h o n g,Z H A IZ h e n g-j u n，M AJ j e-z h o n g(C o m p u t e rI n 出t I l t e，N o r t h w e

3、 s t e r nP o l y t e c h n i c a lU n i v e n i t y X i a l l7 1 0 0 7 2 C h i n a)A b s t r a c t：At e s ts y s t e m i I l sv i r n t a li n s t n n n e n tt e c h n o l o g yi sp r e s e n t e d T h em e t h o do fc o n s t r u c t i n g8t e s ts y s t e mb a s e do I Iv i r t u a li n s t r u m

4、 e n tt e c h n o l o g i e sf r o mt h eh a r d w a r es t r u c t u r ea n ds o 概r es y s t e mi si n t r o d u c e d T h em e t h o d so ft h ed r i v e rd i g n，t h er e d-t i m ep r o c e s s i n ga n d 铲a p h i e so fp r o m i s eg o o mi nt h eL a b W i n d o w C V la r ed i s c u s s e d I n

5、r e s d t t h em e t h o di sp r o v e de f f e c t i v ea f t e re v M u a l i o n K e yw o r d s：v i r t u a li n s t r u m e n t；他a l t i m ep r o c e s s i n g；p r o m i s ez o o m；L a b W l n d o w s C V I虚拟仪器技术将高速发展的计算机技术、电子技术、通信技术和测试技术结合起来，为仪器发展提供r 一条崭新的道路。近年来随着虚拟仪器技术迅速发展，一大批用来开发虚拟仪器应用程序的软件工具

6、应运而生，而L 丑b w i n d o w C V I 是这些工具最为优秀的虚拟仪器开发软件工具。L a b w i n d o w s C V I 是美国N I 公司开发的虚拟仪器软件开发工具，其以A N S Ic 为核心，将功簏强大、应用广泛的c 语言与测控专业工具有机结合霆来，实现数据的采集、分析和显示。另外它提供的集成化开发平台、交互式编程方法、丰富的面板功能和测试专用函数库等特点，使得L a b W j n d o w s C V I 自身功能更加强大，应用更加方便，成为工程技术中建立检溺系统、自动测试环境、数据采集系统等首选的软件开发工具。笔者重点讨论了L a b W i n d

7、 o w s C V l 环境下驱动程序开发方法、测试数据的实时处理技术及事后数据处理中曲线的无极缩放方法在某导弹测试系统中的应用技术。1 测试系统结构本测试系统实现了多种型号产品共用一套测试系统。来完收稿日期：2 0 一0 8 2 2作者简介：陆艳洪(1 9 7 2 一)，女，湖南人，讲师，硕士，主要研究方向为试验与测试；翟正军(1 9 6 5 一)，男，河南人教授，硕士，主要研究方向为计算机控制与洲试；马捷中(1 9 6 7 一)，女，北京人，副教授，硕士，主要研宽方向为试验测试。成产品试验控制、试验数据采集及事后数据管理任务。其结构示意图如图1 所示。图1 中，试验测试控制计算机实现整个

8、测试任务的规划、测试过程的控制、测试数据的采集及事后分析处理；测试模块完成模拟量信号、离散量信号、4 2 9 信号、1 5 5 3 B 信号及R S 2 3 2 信号的测试任务；信号调理模块主要完成对对输入的信号进行放大缩小、线性化、滤波、同步采样保持、隔离、消除静态信号、扩展等处理等；试验后，试验控制计算机可以通过局域阚收集仿真计算机、设备计算机及控制台计算机的试验数据，进行综合分析处理，与采集到的试验数据共同构成产品的试验结果。图1 测试系统总体结构图万方数据蝴i n d o w s C V I 在某测试系统软件开发中的应用技术3 1 2L 丑b W i n d o w&C V I 在测试

9、系统的应用技术2 1 驱动程序设计方法图l 所示的测试系统的测试任务较多，但各测试程序的仪器控制功能模块单元是相似的。利用l-a b W i n d o w s C V l 的特点，对每个可共用的功能单元，单独设计了响应的仪器驱动器文件，例如A R I C 4 2 9 f P A D C a r d l 7 1 2 f p，1 5 5 3 B f o 等。这些币文件独立于系统的测试程序，在开发各子系统程序时，只需把f p 库文件加入到系统工程中，就可以同L a b W i n d o w s C V l 自带函数库一起供当前工程调用，使程序具有较好的通用性、可维护性和易升级性。对于自研的板卡，

10、以动态连接库的形式提供，用户只需要将 1 i b，d l l，h 文件拷贝到工程目录下，并将-1 i b 和h文件加入到系统工程中。在A P I 接口函数引出时格式应为e X-t m _ d e c l s p e c(d l l e x p o r t)而不是e x t e m“C”_ d e c l s p e c(d l l e x p o r t)。2 2 测试数据实时处理技术采用多线程技术实现测试数据的实时采集、显示和存储。通过对3 个线程设置不同的优先级来保证采集和存储数据的准确性。又由于存储数据需要访问硬盘，时问比较长。因此，采取开辟双缓冲或多缓冲来循环存储采集的数据，解决存储速

11、度与采集速度不匹配的问题。在典犁的L a b w i n d o w s c v I 多线程程序中，使用主线程创建、显示并运行用户界面，在次线程中运行其他对时间要求高的操作。设计多线程数据采集时，应首先创建线程池和新线程(即数据采集线程)；然后调用函数使主线程在结束之前处于等待状态，直到线程函数执行结束，这样可以使主线程在次线程结束前退出时，次线程能完全释放它们所占用的资源；再运行数据采集线程函数；最后结束线程函数后还要释放线程和线程池：在创建多线程后，实现线程问的信息交换也是必须考虑的问题之一，C V l 专门提供了一个数据管道用于两个线程之间的通信。数据管道实际上是一个先进先出的队列，并且

12、可以响应一定的事件，在建立线程安全队列T S Q 的同时，设置对应于某一事件的回调函数，当有线程向线程安全队列T S Q 添加数据或读取数据时，就会触发预先定义好的事件响应函数，这些函数存在于数据处理线程中。从而完成相应的数据处理功能。对于该测试系统，当测试开始时，启动实时采集和显示线程，而数据存储线程是根据用户的需要通过某个D I 信号触发或手动触发两种触发方式。然而，当该D I 信号由无效变为有效时(或当手动按下时)，模拟量采集A D 板卡_ ：F I F O 的状态可能既不是“空”，也不是“半满”。D R 信号触发采集的时刻，被测对象的工作状态对试验结果的可靠性分析至关重要，因此有必要获

13、得从该信号变为有效到此后F I F O 第一次“半满”的时差。每通道的采样率为lk I-I z，即两个采集数据之间的时间分辨率为1一，而传统的T i m e r 控件只能达到5 5 m s 的精度，远远不能满足需要。如何解决精度不高和丢失数据的问题成为关键所在。W i n d o w sN T 系统提供的多媒体定时器可以达到1 哪甚至更高的精度，而且其优先级更高，可以使误差控制在一个采集周期以内。根据该时问差可以确定开始保存的第一个数对应的物理通道号(C H _ F s t)和逻辑通道号(也即信号名)。产生F I F O 中断的时间问隔由下式可以求得F I F OI n t e r v a l

14、=面而H a 忑l f F I 瓦F O 而N u m式中，H a l f F I F O N u m 是半个F I F O 的大小(4 0 9 6 个双精度浮点数)；C H N u m 是用于采集的板卡的通道数(1 3 2)；S a m p l e F r e q是板卡的采样率(每通道Ik)，由此可以知道F I F O I n t e r v a l满足0 0 6 4s F I F O _ 【m e r v a l、出脚(b)曲线放大后图4 曲线放大前后图法、基于多线程的数据处理方法、事后处理图形曲线的无极缩敲的实现方法都在图l 所示的测试系统中得到应用，该系统满足实时性、可靠性的要求，用户

15、界面采用完全图形化的格式，具有很强的可操作性。参考文献：1 曹玲芝，现代测试技术及虚拟仪器 M ，北京：北京航空航天大学出版社，2 0 0 4：1 5 1 1 6 8，2 杨挺虚拟仪器平台下的高精度铂电阻测温系统设计 J】测控技术，2 0 0 7，2 6(7)：9 一1 1。I 3 王守斌通用数据采集的运行管理 J 测控技术，2 0 0 7，2 6(1 1)4 徐健摹于L a b W i n d o,a s C V I 的L G D 温湿度箱控制 J 国外电子测量技术，2 0 0 5，(1 0)：2 8 一加 5】朱宇峰L a b W i n d o w s C V l 逐步深入与开发实例 M

16、 北京：机械工业出版社2 0 0 3 口(上接第2 9 页)4 结束语本文根据青藏铁路冻土路基温度场数据采集系统的实际要求，选用单总线数字温度传感器D S l 8 8 2 0 构建地温场温度采集系统，并根据实际需要设计了单总线驱动电路，并对关键元件的参数作了确定，实验结果证明所设计的系统能够满足实际测量的需要。本系统结构简单，布线方便，大大降低了传感器走线的复杂度和整个测量系统的成本，具有实际应用价值。另外，只要稍作改动，本系统也能在其他重大工程监测中应用。参考文献：【1 曹毛新，张鲁新，许兰民，韩利民青藏铁路冻土区路基工程安全可靠性躲弼技术研究 J ，工程地质学报，2。嘣，6 D S l 8

17、 8 2 0 数据手册(1)Z D A L L A SS e m i c o n d u c t o r 公司，2 0 0 3 口万方数据LabWindows/CVI在某测试系统软件开发中的应用技术LabWindows/CVI在某测试系统软件开发中的应用技术作者：陆艳洪，翟正军，马捷中，LU Yan-hong，ZHAI Zheng-jun，MA Jie-zhong作者单位：西北工业大学,计算机学院,陕西西安,710072刊名：测控技术英文刊名：MEASUREMENT&CONTROL TECHNOLOGY年，卷(期)：2008，27(12)引用次数：0次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.曹玲

18、芝 现代测试技术及虚拟仪器 20042.杨挺.张逸成.任恒良 虚拟仪器平台下的高精度铂电阻测温系统设计期刊论文-测控技术 2007(7)3.王守斌.于功敬.罗东升 通用数据采集的运行管理期刊论文-测控技术 2007(11)4.基于LabWindows/CVI的LGDJ温湿度箱控制期刊论文-测控技术 2005(10)5.朱宇峰 LabWindowsd/CVI逐步深人与开发实例 2003 相似文献(9条)相似文献(9条)1.学位论文 徐虹 基于面向对象技术的虚拟仪器系统的研究与开发 2003 该文研究了虚拟仪器系统的设计思想,在分析虚拟仪器系统的特点及其体系结构的基础上,提出了基于面向对象技术的虚

19、拟仪器系统开发方法:阐述了windows环境下实现虚拟仪器的技术要点;实现了一个典型的虚拟仪器系统VIS-1信号示波分析系统,该系统集普通示波器、超低频示波器、存储示波器、瞬态信号记录仪、波形及频谱分析仪等多种仪器功能于一身,并具有许多传统仪器难以达到的优越功能和性能.该系统自动化程度高、可靠性高、升级容易、人机界面友好、具有宽适应范围的柔性结构、功能开发潜力大、可维护性好,具有广阔的应用前景,可广泛应用于科研、教学、生产、医学检测等需要对信号进行监测和分析的部分.2.期刊论文 赫罡.李江红.张玉琢.王玉成.王忆君.任凤升.谢光华.符艳军 基于虚拟仪器的导弹电子控制器检测仪研制-测控技术200

20、3,22(5)在某型导弹控制系统的研制和生产中,电子控制器的性能检测非常重要,必须对其在各个工作状态下的输入、输出信号进行检测并对电子控制器的性能做出判断.简要介绍了电子控制器检测仪系统设计方案,并详细讨论了检测仪软硬件设计的关键性技术问题.3.会议论文 李毅民.应怀樵 嵌入DSP的声强与声功率测量仪 2006 声强与声功率测量是很重要的声学测量项目，近年来具有越来越广泛的应用。以计算机为基础的虚拟仪器系统比传统的声强仪具有高得多的性能价格比，是声学仪器发展的潮流。在虚拟仪器系统中嵌入数字信号处理(DSP)系统，其实时处理的能力得到了很大提高。4.学位论文 赵彦如 基于虚拟仪器的鸭梨品质检测计

21、算机视觉系统研究 2004 利用计算机视觉技术进行水果品质的在线检测与分选技术研究,对提高果品市场竞争力与产品增值效益具有重要应用前景.目前在中国,因缺乏农产品品质检测标准和手段,使各种农产品混杂上市,在国际市场上缺乏竞争力,初级农产品得不到增值,给国家和农民造成了巨大的经济损失,特别是在中国加入WTO世界贸易组织之后,这一需求显得更为迫切.该文就是在这样的背景下,研究了水果在线检测与品质分选的方法和技术,目的在于解决动态条件下,图像质量差,信息量大,实时处理能力低,检测精度低等问题.水果的外部品质主要涉及大小、形状、颜色和表面缺陷.主要研究内容如下:(1)图像低层处理算法是利用计算机视觉进行

22、水果在线快速分级的基础.该文首先对图像低层处理中的图像平滑、图像增强、图像分割、边缘检测、边缘细化等算法进行了比较和研究,得到了适合水果在线快速分选的低层处理算法.特别是在边缘检测方面采用了模板分析法,这种方法检测的图像面积仅约为传统方法的1/2,因此检测速度约是传统方法的2倍.(2)国内研究者提出的水果形状、大小识别算法,都是围绕水果中心轴线来提取特征参量,而水果在分选生产线上的状态是随机的,故这些特征参量的提取方法不再适合于在线状态.为此,该文采用质点法计算形心,确定形心以后再计算最大果径,用傅立叶变换描述果形.(3)该文利用颜色模型RGB、HIS进行颜色分级.水果表面缺陷的识别复杂而费时

23、,一直是实现水果自动化分级的障碍.真正缺陷区与梗萼凹陷区的快速识别是国内外研究的另一热点,因为这是造成分级误差的主要原因.为此,该文提出基于人工神经网络的快速识别新方法.(4)建立了以分级为目的的软硬件系统.硬件系统可完成水果的传输和动态捕获图像的功能.软件系统完成水果大小、形状、颜色以及表面缺陷的分级功能.软件开发工具为LabWindows/CVI6.0,IMAQ,IMAQ-Vision;IMAQ是采集卡驱动软件,它提供了丰富的图像采集驱动函数,可直接在用户的应用程序中调用这些函数;IMAQ Vision是一个高级图像处理分析软件包,它包括一整套丰富的MMX优化函数,具备灰度、彩色及二值图像

24、的显示、处理和图像形态学处理等功能.5.期刊论文 谭德林.李庆斌.Tan Delin.Li Qingbin 大坝实时安全监测虚拟仪器系统-水力发电2006,32(9)监测系统现广泛应用于大坝和混凝土建筑中.大坝与混凝土建筑的变形、温度和应力应变等状态量中蕴含着大量建筑健康信息.为准确获取这些信息,研究采用虚拟仪器技术、以Visual C+为开发内核来实现高速数据采集及实时处理,同时采用多种预处理方法并建立起基于最大熵谱估计和FFT的多频谱分析系统.实验证明:系统可实时处理高达30 MS/s采样率、频率范围达0.110 MHz的采集信号,具有很好的在线监测、精确分析能力,特别适于利用载波辅助测量

25、的调频系统.6.会议论文 李玉柏.管庆 一种基于VXI总线的数据采集和信号处理系统 1997 近年来提出和迅速发展的总线，为虚拟仪器概念的发展和实现提供了一种比较理想的环境，代表着自动测试领域的发展方向。该文简要分析了总线的技术背景和内涵，讨论了虚拟仪器的概念和实现方法，并简要介绍了该文作者开发的一套基于总线的数据采集和信号处理系统。7.会议论文 彭启琮.李玉柏 飞行器风洞试验自动测试系统 1997 为新型飞机发动机进气道动态畸变参数测试而研制了两代全数字化、智能化自动测试系统。通道独立同时采样；高速浮点运算对畸变参数作实时处理；以上大容量在线存储器，存储全部原始数据、中间结果和处理结果；被测

26、参数时间历程曲线、采样数据时间历程曲线及、动态图形和数表显示及输出；系统自检功能及坏点自动检测与修补功能；图形化及汉化菜单，友好的人机界面。硬件与软件的模块化与开放式结构，以便广泛应用于其他需要作多通道数据采集和动态参数实时处理的场合。8.期刊论文 李玉柏.彭启琮 VXI虚拟仪器关键技术分析-电子测量与仪器学报2001,15(1)VXI总线已经广泛用于仪器、航空航天、制导、自控等领域,其高密度、高速度、高度开放性和高度规范化为虚拟仪器提供了理想环境.本文讨论了基于VXI总线的虚拟仪器的一些关键技术,包括基于VXI总线的虚拟仪器的软硬件平台的构成、高速实时处理的实现方法、虚拟仪器接口设计和驱动程

27、序编写方法.给出了一种高速多DSP结构的实时处理方案.9.学位论文 张小嗄 面向诊断工程的PC虚拟仪器若干关键技术的研究 1999 PC虚拟仪器是基于个人计算机(即PC)且具有虚拟面板的个人计算机仪器,其核心之处在于软件即仪器的思想,也是这处技术如何实施的关键所在.该文的工作主要是针对国内面向诊断工程的PC虚拟仪器的几项不足之处而进行的.在诊断技术与方法方面,目前的PC虚拟仪器尚缺乏有效和完善的智能预测与智能诊断方面的模块;而在传统的信号分析与数据处理模块方面,由软件实现的处理速度也尚不能满足高速实时分析的需要,由专用DSP芯片构成的硬件不仅价格昂贵,而且功能单一.该文针对这两个方面的不足,首先着重讨论了基于神经网络的智能预测与有诊断的各种必进算法,提出了复合神经网络的模型,并成功地应用于冯动轴承的故障诊断中;其次,针对传统的信号分析与数据处理软件的实时处理速度不够的问题,提出了基于在线编程CPLD的高速信号分析模块的设计思想,要较好地解决信号分析和数据处理实时性问题,又可根据不同的信号分析的要坟,采用在线编程适时配置硬件,实现不同的功能,有效地克服专用DSP芯片构成的硬件功能单一的弱点.本文链接：http:/