基于LabVIEW传感器实验平台的开发

基于LabVIEW 传感器实验平台的开发

姚素芬　赵建强　冯超琼

(天津商学院计算机与电子信息系　天津　300122)

摘要　利用L abVI EW 图形化编程语言,辅以多参量数据采集卡,开发了基于微机的传感器技术实验平台。论述了实验平台的硬件基本结构及关键技术问题,软件设计及应用。使用表明:该平台具有交互性好、可扩充性强、频带宽、使用灵活方便等特点。该平台不仅可作为实验教学仪器,还可用于多参量实时信号虚拟分析系统,为多传感器信号的实时数据采集、信号分析与处理提供了良好的工作平台和方便的测试工具。关键词　传感器　虚拟仪器　信号分析　L abV IEW

Development of Sensor Experimental Platform Based on Labview

Yao Sufen Zhao Jianqiang Feng Chaoqio ng

(D ep t .of Comp uter &Elec .I nf o .,T ianj in U niv er sity of Commer ce ,T ianj in 300122,China )

Abstract A new sensor experiment al plat form with t he help of comput er was designed.It makes use of the Lab-VIEW soft ware and DA Q (data acquisition )of multi -paramet ers .T he basic hardware configuration and key technology and the soft ware design are described.It is verified that t he sensor ex periment al plat form is int erac-tive ,open -ended ,flexible and w ide in f requency band .It is not only used for an ex periment al t eaching inst ru-ment ,but also for a virtual analysis system of multi-paramet er signal of real-time,t hus putt ing forward a f avor-able w orking platf orm and convenient t esting t ool t o acquire and analyze of multi-sensor signal of real-t ime.T he syst em can provide favorable w orking plat form and convenient t esting t ool for real -time acquistition and analyzing of mult i-sensor signal.

Key words Sensor Virt ual instrument Signal analysis L abV IEW

1　引 言

随着新的测试理论、测试方法和新的测试领域的不断出现,测试技术得到了迅猛的发展,这给高校测试技术类课程的教学与科研提出了更高的要求。目前国内高校测试技术类课程的主干体系讲述的内容以及实验室广泛使用的仪器已远远跟不上测试技术飞速发展的需求。本研究以测试技术理论为基础,采用虚拟仪器技术,配以自行研制的多通道、多功能数据采集卡,开发了基于微机的传感器技术实验平台。

2　硬件结构及关键技术

实验平台的硬件部分包括:多个异构传感器、多通

道数据采集卡、运行虚拟仪器软件的PC 机等。多通道

数据采集卡是构成传感器平台硬件的关键部分。

图1　高速数据采集卡

2.1　多通道数据采集卡

本研究采用自制的智能化、程控增益、12通道高

第26卷第8期增刊

仪　器　仪　表　学　报 2005年8月

速数据采集卡进行数据采集及控制。结构如图1所示。

数据采集卡将信号通道分为两组。一组为信号检测通道(1～9通道),根据测试对象可分别连接应变式、压电式、电涡流式、热敏式、光电式等传感器或电压、电流、频率信号,用于测量应变、力和压力、振动加速度、速度、位移、温度、几何量等物理量及电信号;另一组为输出信号控制通道(10～12),可输出电流、电压或数字信号,用于输出控制。

信号检测通道包括各类传感器测量电路、信号屏蔽,放大、调理电路包括可编程放大器、I/V变换、f/V 变换、噪声滤波、隔离等电路,用于将传感器输出的信号变换成A/D转换器能直接接收的信号;数据接口由模拟多路开关、高速A/D与D/A转换器、I/O开关量输入输出以及硬中断IRQ和数据通道DM A等功能单元组成,可实现Windows下高速实时地数据采集及输出控制。

2.2　关键技术

LabV IEW图形化编程软件本身不支持通用卡,而LabV IEW专用卡价格昂贵不适于实验室大量使用,我们利用LabV IEW提供的input.vi和out put.vi为基础,采用C++软件编程编制了两个专用节点,并添加了一些低层次操作模块及w in32保护模式下虚拟地址与实地址的转换模块,来实现对通用卡的支持。

3　软件设计及应用

传感器技术实验平台的软件设计既要满足测试技术类课程学习的需要,又要能体现新的测试理论、测试方法。因此,要求实验平台不仅功能强、交互性好,还要求其可扩充性要强,软件易于修改、灵活方便等特点。为此,采用了L abV IEW图形化编程软件。

LabV IEW图形化编程软件是按方框图间数据流的传递执行的,每个程序由前面板和方框图组成。前面板可以模拟传统仪器的操作,方框图可以传送前面板指定的指令参数到仪器以执行响应的操作。LabVIEW 支持编辑和运行两种状态,在编辑状态下,可创建VI,并对前面板和方框图进行编辑、修改;在执行状态下,可以动态调试运行程序。实验平台利用这些功能将用户分成不同的级别。普通用户在实验平台只能执行,观察分析实验现象,并利用前面板的交互式操作方法,进行一系列实验,对理论学习加以验证;高级用户则可以利用编程功能对实验平台进行重新组合构造新的实验内容。集通用性与专用性于一身。

系统应用软件主要由九大模块组成:主模块;位移测量与电阻式位移传感器的标定;应变测量与应变传感器的标定;力、压力测量与电容式压电传感器的标定;电机转动轴心轨迹的测量与电涡流传感器的标定;轴振动加速度、速度测量与压电式传感器标定;温度测量与热电势式传感器标定;电机转速测量与光电传感器标定;常用传感器的动态标定。开机后,先运行主程序,对一些必要的参数进行初始化,然后进入程序主模块,进行功能选择。普通用户可以选择课程学习和课程实验。课程学习主要用于课程内容的学习。课程实验可完成位移、应变、力和压力、振动加速度、速度、位移、温度、电机转动轴心轨迹、速度、几何量等物理量及电信号的实时数据采集与分析以及常用9种传感器的标定,还可输出电压、电流和数字信号完成信号控制。基本覆盖了测试技术类课程的主要内容。

4　结束语

该研究基于LabV IEW开发了传感器技术实验平台,通过以“软”代“硬”的方式,充分利用LabV IEW丰富的软件资源和计算机的硬件资源,采用自行研制的多功能、多通道数据采集卡,使其实现了一机多用的功能,从而大大节省了实验室建设资金;利用L abVIEW 编程效率高、易于修改、交叉平台互换性好的特点,使学生根据需求能方便的自行组建实验内容,不仅提高了学生完成实验的兴趣,大幅度提高了学生应用知识的能力,而且增强了学生对处于科技前沿知识动态的了解,提高了学生的创新能力。

该平台不仅可作为实验教学仪器,还可用于一般测量,为多传感器信号的实时数据采集、信号分析与处理提供了良好的工作平台和方便的测试工具。

参考文献

1　L abV IEW function m anual.U SA:N atio nal Instr uments Co rpor atio n,1998.

2　D juro vic I,St anko vic L.A vir tual instrument fo r time-fr equency analy sis[J].IEEE T r ansact ions o n,Instr u-mentation and M easur ement,1999,48:1086～1092.

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　第8期增刊基于La bV IEW传感器实验平台的开发