基于LabVIEW的数据采集系统的实现

ＬａｂＶｌＥＷ集成ｒ很多仪器硬件库，如ＧＢＩＰ／ＶＸＩ／ＰＸｌ／基 于计算机的仪器，ＲＳ２３２／４８５协议、插入式数据采集、模拟／数 字、计数器Ｉ／０、信号调理、分布式数据采集、图象获取和机器 视觉、运动控制、ＰＬＣ／数据日志等。
与传统的编程方式相比，使用ＬａｂＶＩＥＷ设计的虚拟仪器， 可以提高效率４～１０倍。同时利用其模块化和递归方式，用户可 以在很短的时间内构建、设计和更改自己的虚拟仪器系统。
基于ＬａｂＶＩＥＷ的数据采集系统的实现
王建群南金瑞孙逢春付立鼎 （北京理工大学车辆与交通工程学院，北京１０００８１）
Ｅ－ｍａｉｌ：ｎａｎｊｉｎｒｕｉ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ
摘 要 阐述了开放式虚拟仪器平台ＬａｂＶＩＥＷ的特点，并介绍了在该平台上使用普通数据采集卡进行数据采集的动态 连接库的设计方法。在此基础上开发了一个由计算机控制的数据采集系统，并对电动汽车电机电枢电流、车轮速度以及 车身速度等信号进行了实际采集。实验证明采用这种方法省去了复杂的语言编程，缩短了软件的开发时闻，简化了开发 过程，同时也增加了应用的灵活性。 关键词 数据采集ＬａｂＶＩＥＷ 虚拟技术 动态连接库 文章编号１００２—８３３１一（２００３）２１—０１２２—０４ 文献标识码Ａ 中图分类号１１Ｐ３ｌ
（３）使用ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ函数面板转换器； （４）使用“代码接口结点（Ｃｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｎｏｄｅ—ＣＩＮ）。在 ＩＪａｂＶＩＥＷ中．使用功能模板中“Ａｄｖａｎｃｅｄ”子模块的“Ｃｏｄｅ Ｉｎ— ｔｅｒｆａｃｅ Ｎｏｄｅ”结点。 ＬａｂＶＩＥＷ提供了大量的数据采集子程序，这些子程序从 简单到高级提供给用户使用。但是，这些子程序只支持ＮＩ公司 提供的数据采集卡（ＤＡＱ）以及少数公司开发的支持ＬａｂＶＩＥＷ 平台的数据采集卡，价钱比较昂贵。用户可以自己用ＶＢ、ＶＣ或 Ｃ＋＋ＢＵＩＬＤＥＲ编制开发动态连接库程序（ＤＬＬ），通过ＬａｂＶｌＥＷ 提供的调用函数（ＣＬＦ）模块来实现在ＬａｂＶＩＥＷ平台上开发使
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｏｐｅｎｉｎｇ Ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ＬａｂＶＩＥＷ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ａ ＤＬＬ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬａｂＶＩＥＷ ｕｓｉｎｇ ａ ｇｅｎｅｒａｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｂｏａｒｄ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈａｔ，ａ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｏｒ ａｒｍａｔｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｗｈｅｅｌ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｂｏｄｙｗｏｒｋ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ｉｓ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｐｒｏｇｒａｍ，ｓｈｏｒｔｅｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ—ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｉｍｅ，ｓｉｍｐｌｉｆｙ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｇｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ＬａｂＶＩＥＷ，Ｖｉｒｔｕａｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，Ｄｙｎａｍｉｃ－Ｌｉｎｋ Ｌｉｂｒａｒｙ
ＬａｂＶＩＥＷ是一个功能强大、方便灵活的虚拟仪器开发平 台，它提供Ｊ＇大量的连接机制，通过ＤＬＬ、ＡｃｔｉｖｅＸ等途径实现 ｒ与外部程序代码或系统的连接。王丑ｂＶＩＥｗ调用外部程序的 途径有如Ｆ几种：
（１）应用平台专用协议，在ＬａｂＶＩＥＷ程序中，使用功能模 块中的“Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ”子模块里的“Ｓｙｓｔｅｍ Ｅｘｅｃ．ｖｉ”子程序来 执行其它Ｗｉｎｄｏｗｓ应用程序；
／／Ｄｏ ｉｎｉｔｌａｌｉｚａｔｉｏｎ ｈｅｒｅ
｝ ｅｌｓｅ ｉｆ（ｄｗｒｅａｓｏｎ＝＝ＤＬＬ＿ＰＲＯＣＥＳＳ＿ＤＥＴＡＣＨ） ｛
ＨＩＮＳＴＡＮＣＥ ｇ＿ｈｌｎｓｔａｎｃｅ； Ｅｘｔｅｒｎ‘‘Ｃ”ｉｎｔ ＡＰＩＥＮＴＲＹ
Ｄ１１Ｍａｉｎ（ＨＩＮＳＴＡＮＣＥ ｈｌｎｓｔａｎｃｅ，ＤＷＯＲＤ ｄｗ—Ｒｅａｓｏｎ，ＬＩ’ＶＯＩＤ ｌｐＲｅｓｅｒｖｅｄ）
｛ ｉｆ（ｄｗＲｅａｓｏｎ＝＝ＤＬｌ，＿ＰＲＯＣＥＳＳ—Ａ’ＩｒｒＡＣＨ） ｛ ＴＲＡＣＥ０（”ＥＸ．ＤＬＬ Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｉｎｇ！＼ｎ”）：
圈１数据采集系统原理框豳 基金项目：国家８６３高技术研究发展计划项目（编号：２００２ＡＡ５０１８１２） 作者简介：王建群（１９６７一），男，副教授。南金瑞（１９７２－），男，博士生。
１２２ ２００３．２１计算机 ＬａｂＶＩＥＷ（Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
用普通的Ａ／Ｄ数据采集卡的功能。
３ 实现数据采集的动态连接库文件的建立… 在编制Ｗｉｎｄｏｗｓ应用程序中，常通过动态连接库的特殊函
数集来实现代码和资源的共享，以实现节省空间的目的，，动态 连接库是一种函数库，它与静态连接库（Ｓｔａｔｉｃ－Ｌｉｎｋ Ｌｉｂｒａｒｙ）的 最大区别在于链接机制：前者是在程序运行期间装入和链接 的，而后者是在可执行文件形成时装人和链接的。另外‘个区 别是在多任务环境中内存的使用和效率：当有两个应用稚序同 时运行，Ｈ他们调用同一·个静态连接库的某个函数时，系统中 要产生该函数的两个副本，这样便浪费了内存的使用效率．而 动态连接库允许若干个程序共享某个函数的单个副本，｜太ｌ此提 高了内存的使用率。
Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ）是实验室虚拟仪器集成环境的简称，是美国国家仪 器公司（ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮ骶严，简称ＮＩ）推出的一种基 于图形程序的虚拟仪器仪表开发平台，和仪器系统的数据采 集、分析、显示部分一起协调工作，是简化了而又更易于使用的 基于图形化编程语言Ｇ的开发环境，其在测量测试、数据采 集、仪器控制、数字信号分析、工厂自动化等领域获得了，“泛的 应用。
（２）使用“调用库函数”，即在ＬａｂＶＩＥＷ程序中，使用功能 模板中“Ａｄｖａｎｃｅｄ”子模板里的“Ｃａｌｌ Ｌｉｂｒａｒｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ”结点。使 用“调用库函数结点”可调用大多数标准共享函数库和用户自 定义库中的函数，包括Ｗｉｎｄｏｗｓ下的动态链接库（Ｄｙｎａｍｉｃ— Ｌｉｎｋ Ｌｉｂｒａｒｙ．简称ＤＬＬ）、Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ下的代码段（Ｃｏｄｅ Ｆｒａｇ． ｍｅｎｔ）、ＵＮＩＸ下的共享库函数（Ｓｈａｒｅｄ Ｌｉｂｒａｒｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）等；
一个完整的ＬａｂＶＩＥＷ开发环境包括基本模块和扩展模块 两部分。引擎部分是整个图形化开发环境的核心，它包括编辑 模块、运行模块和调试模块，其程序主要包括两个部分：前面板 （即人机界面）和流程图程序。
前面板（ｆｒｏｎｔ ｐａｎｅｌ）用于模拟真实仪器的面板操作，由控 件和指示元件组成。控件集成了旋钮、开关等用户输入控制对 象，可以为程序输入数据。指示元件类似仪器的输出装鬣可以 显示输出值以及实现图表和文字显示。软件前面板其实是自动 化的拓展，它保持了传统直观的视觉和感觉效果，同时软件前 面板创建了一个真正的接口，无论用户使用什么类型的硬件， 软件前面板只包含了对于一个应用场合很重要的参数，用户能 够很容易地从一个单一的前面板控制多台，并把整个系统作为 一台虚拟仪器看待。
ｌ 引言 在现代仪器系统中，计算机已经与仪器结合得非常紧密，
已成为整个系统的核心，许多传统仪器正在逐渐被计算机部 分、甚至全部取代。把各种传感器与计算机连接起来，首先需要 有一个硬件接口电路把仪表输出的信号变成能够被计算机识 别的数字信号，其次是要有软件来管理。通过软件、计算机、采 集板、接口硬件和传感器组成的系统叫仪器系统（也是数据采 集系统）。图ｌ是数据采集系统原理框图。ＬａｂＶＩＥＷ就是计算 机处理分析系统软件之一。在ＰＣ机为基础测量和工控软件 中．ＬａｂＶＩＥＷ的市场普及率仅次于Ｃ＋＋／Ｃ语言。ＬａｂＶＩＥＷ开 发环境具有一系列优点，从流程式的编程、不需预先编译就存 在语法检查、调试过程使用的数据探针，到其丰富的函数功能、 数值分析、信号处理和设备驱动等功能，都令人称道。该文着重 介绍在ＬａｂＶＩＥＷ开发平台上利用普通Ａ／Ｄ采集卡实现数据 采集系统。
用ＶＣ编制动态连接库，首先生成ＤＬＩ．框架，Ａｐｐ Ｗｉｚａｒｄ 将自动生成项目文件，但不产生任何代码，所有代码均需；用户 自己编制输入，ＤＬＬ需要的主要文件有：（１）＋．ｈ函数，作月ｊ是声 明ＤＩ．Ｌ要实现的函数，供ＤＬＬ编译使用；（２）＋．ｃｐｐ为ＤＬＬ的 主源文件；（３）＊．ｄｅｆ为定义文件。
ｔｅｒｎ…Ｃ’）。
在默认情况下，连接器为ＤＬＬ指定的主人口点为一ＤＬＬ— ＭａｉｎＣＲＴＳｔａｒｔｕｐ。当Ｗｉｎｄｏｗｓ加载ＤＬＬ时，它调用该函数，该函 数首先调用全局对象的构造函数，然后调用全局函数１）ｌｌＭａｉｎ （假设编写了ＤｌｌＭａｉｎ函数）。ＤｌｌＭａｉｎ不仅在ＤＬＬ被连到进程 时被调用，而且在断开进程的连接和其它相应的时候也被调 用。ＤｌｌＭａｉｎ函数的框架是：
Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬａｂＶＩＥＷ
Ｗａｎｇ Ｊｉａｎｑｕｎ Ｎａｎ Ｊｉｎｒｍ Ｓｕｎ Ｆｅｎｇｃｈｕｎ Ｆｕ Ｌｉｄｉ嘴 （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１）
在ＤＬＬ代码中必须显式声明导出函数，类似这样：一ｄｅ— ｃｌｓｐｅｃ（ｄｌｌｅｘｐｏｒｔ）ｉｎｔ ＭｙＦｕｎｃｔｉｏｎ（ｉｎｔ ｎ）。
另一种办法是在模块定义（＋．ｄｅｆ）文件中列出所有的导出 函数，但是通常比较麻烦。在创建ＤＬＬ时使用了序号连接，则 必须在工程的＋．ｄｅｆ文件中定义指定序号，如果导出的足Ｃ＋＋ 函数，则必须在ｓ．ｄｅｆ文件里使用修饰名（或声明函数时用ｅｘ—