基于LabVIEW的远程数据采集与信号处理系统外文翻译资料

 2022-11-13 16:03:41

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2009年测量技术与机电一体化自动化国际会议

基于LabVIEW的远程数据采集与信号处理系统

吴冰生

河北工业大学机电工程学院

汉丹中国 wubingsheng@hebeu.edu.cnwubingsheng@hebeu.edu.cn

蔡志才

河北工业大学机电工程学院

汉丹中国caichaozhi1983@163.comcaichaozhi1983@163.com

摘要介绍了基于LabVIEW实现远程数据采集的几种方法，介绍了LabVIEW平台的设计方法，结合数据采集卡和TCP / IP协议进行远程数据采集和传输，并实现了信号的实现。关于时域分析和频域分析。时域分析包括：实时波形显示，测量信号幅度，频率和相位等参数;频域分析包括：幅度谱和相位谱，功率谱，FFT变换，加窗口，滤波等。

关键词 - LabVIEW;TCP / IP;快速傅里叶变换；时域

  1. 介绍

在现场的一些数据采集中，由于环境或数据采集的距离限制必须通过网络与其他人一起发送到目的地。与传统的数据采集系统相比，远程数据采集系统具有不受地理，气候，时间等影响的优点，已广泛应用于石油，电力，水利，公安，交通，安防等行业. .

随着计算机技术和通信技术的迅速发展，测试技术和计算机日益紧密结合。虚拟仪器技术和网络技术，构成虚拟网络测试系统是虚拟仪器的发展之一。LabVIEW具有强大的通信和数据处理功能网络，利用LabVIEW轻松实现远程数据采集和信号处理。

  1. LabVIEW和虚拟仪器简介
  2. 虚拟仪器简介

虚拟仪器是在通用计算机平台上，用户根据需要定义和设计设备的测试功能，使用户操作机器就像操作自己设计的相同设备。虚拟仪器的概念的出现，突破了传统设备制造商的定义，用户无法改变工作模式，用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统，在测试系统和设备设计上做出充分利用软件代替硬件，充分利用计算机技术和扩展传统的测试系统和设备功能。“软件就是设备”是最简单的虚拟仪器概念，也是最重要的表达方式。没有计算机控制，虚拟机无法工作;虚拟仪器设计软件是最重要，最复杂的部分。

  1. LabVIEW简介

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrumen Engineering Workbench）是一个图形化的编程开发环境，具有传统编程语言的开发和调试工具，其最大的特点是图形化编程语言，易于掌握和理解，开发出友好，逼真的用户界面，而其强大的信号处理功能，集成了几乎所有硬件通信功能，如数据采集卡，LabVIEW还包括丰富的数据采集，处理和分析数据存储功能，以满足各种实际应用工具箱的需求，可以使用动态链接（DLL）技术将用户的虚拟仪器软件链接到它们，使用链接嵌入对象（OLE）技术将其他虚拟仪器嵌入其中。LabVIEW通过编译器建立程序可以生成可执行文件。LabVIEW（虚拟机）的程序建立包含在前面板和流程中

0—978 7695 3583号09copy;2009 IEEE 10.1109 25.00美元/ icmtma.2009.71 DOI

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图表（方框图）两部分。前面板包括旋钮和其他控件（控件）和显示对象（指示器）。前面板是LabVIEW图形用户界面，集成了输入和输出的用户界面。流程图包括VI（功能）和结构的内置功能以及连接端子对应前面板控制对象和指示器，在流程图中，VI编程，可以控制和操作输入输出功能前面板上的那个定义。流程图包含VI的源代码。LabVIEW图形化编程的主要特点是将VI主要分为几个基本功能VI。每个子VI都可以打包，只显示输入输出接口，单个功能的子VI可重用性很强，从而节省了编程时间，程序员可以通过交互方式，利用图形化编程技术完成虚拟仪器的软件功能。总之，LabVIEW是一种基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具，具有大量内置功能，能够完成仿真，数据采集，仪器控制，数据分析和测量等任务，很快，其内部集成因此，选择LabVIEW平台开发远程数据采集和信号处理系统有很好的编程技术支持。

  1. LabVIEW中远程监控的几种方法
  2. 最简单的远程桌面方式

最简单的远程监视和控制方法不是直接应用于特定协议，而是使用Windows系统的远程桌面。简而言之，远程桌面监视和控制连接到远程计算机的桌面，操作远程计算机，然后监视和控制它，就像操作实际的计算机一样。远程桌面包括客户端和服务器端，每个Windows XP同时包括客户端和服务器端，它可以作为客户端连接到其他已安装的Windows XP计算机并对其进行控制，您可以将自己作为服务器端，让别人控制你。服务器系统必须是Windows XP，并且客户端使用Windows98，Windows2000，Windows XP都可以。

  1. DataSocket技术使用数据共享

DataSocket是NI公司提供的一种网络监控系统技术，可用于计算机或网络中的多种应用之间的数据交换，该技术用于测量和自动化以及实时数据的共享和传播，实现数据

传输。它包括DataSocket Server Manager，DataSocket Server和DataSocket库等几种软件工具，以及DSPT（DataSocket Transfer Protocol），Universal Resource Locator URL和文件格式等技术规范。用户可以使用DataSocket读写字符串，塑料，布尔和数组数据，就像在LabVIEW中使用其他类型的数据一样，只需要设置URL，就可以在Internet上实时进行数据传输。

  1. 使用网络协议进行通信

TCP / IP协议是最基本的Internet协议，我们必须依靠Internet上的TCP / IP协议来管理信息流。LabVIEW支持TCP / IP协议，可用于实现数据通信。在LabVIEW中，有两个子模板提供TCP / IP协议通信功能，一个是TCP模板，它提供基于TCP协议通信的功能，另一个是UDP模板，在模板中提供基于UDP协议通信的功能，调用这些函数可以实现数据通信。本文使用这种通信方式在客户端和服务器通信之间进行远程数据收集。

  1. 远程数据采集和信号处理系统
  2. 系统硬件组件

系统设置两台计算机，一台服务器，另一台为客户端。服务器计算机用于数据采集，存储，传输和实时遥控设备参数;客户端计算机用于数据接收，处理和显示。此外，系统还需要使用数据采集卡，传感器和数据传输设备，如总线。因此，该系统主要由传感器，信号调理板，NI的数据采集卡，USB总线，现场数据采集计算机，传输网络和远程数据处理与分析计算机组成。系统硬件组件如图1所示。

图1.系统硬件组件

  1. TCP传输LabVIEW软件

LabVIEW可以通过已发布的TCP模块实现TCP通信。可以设计服务器/客户端通信模式，VI程序分为两部分：数据分析，处理计算机工作在客户端模型，完成数据验收，数据时域和频域分析;数据采集​​计算机在Server模型中工作，实现了数据采集和传输。

在服务器中，使用TCP Create Listen接收客户端的连接请求。建立TCP连接，使用TCP写功能节点发送过来需要传输的数据（振动，应变，位移等）到网络。为了发送不同类型的数据，程序首先通过使用类型转换节点功能将不同类型的数据转换为字符类型，然后发送到网络。该程序的实现如图2所示。

图2. TCP / IP发送过程

在客户端，首先，使用TCP OpenConnection节点功能打开指定服务器和远程端口的TCP连接。使用TCP Read节点功能接收服务器发送的数据然后进行分析和处理。请注意，在发送和接收过程中，端口号必须相同。流程图如图3所示。

图3. TCP / IP接收过程

  1. 时域信号分析

时域信号分析包括显示实时信号和提取值的信号特征，包括值的幅度特征，值的时间特征和值的相位特征。本文仅讨论了循环信号的特征值，下面提到的信号是循环信号，而特征值是循环信号值的特征。信号值的幅度特性通常用峰值，平均值，RMS等来描述。信号值的时间特性通常用周期和信号的频率来描述。在工程测试中，信号值的相位特性通常由信号的初始相位角和具有相同频率的两个周期信号的相对相位角来描述。图4，图5显示了LabVIEW的前面板程序和时序信号分析的程序框图程序。

图4.前面板程序

图5.框图过程

  1. 频域信号分析

频率描述信号使用频率作为横坐标变量来描述信号的幅度和相位的变化规律。信号频率分析或频谱分析是

研究信号频率的结构，即根据权重的幅度和相位的规律得到频率分布，并建立其横轴是频率的频谱种类。在实际，工程和科研工作中，频谱分析仪是一个非常重要的分析测试仪器，在分析光谱的同时也是很多测量仪器，文章描述了频率分析中的主要信号。包含获取信号的幅度谱和相位谱，功率谱，FFT变换，加窗口，滤波等。图6，图7显示了频率域信号分析的LabVIEW前面板程序和程序框图程序。

图6.前面板过程

图7.程序框图程序

  1. 结论

利用LabVIEW软件开发平台，结合数据采集卡和TCP / IP通信协议，实现了远程数据采集，并完成了时域信号分析和频域分析。与传统的数据采集和处理系统相比，它具有成本高，通用性强，易于开发，数据处理简单，开发时间短，使用效果好等优点。这可以使没有太多经验的用户从繁重的程序员中解放出来，使用户在试点测试，数据分析和处理，性能测试上投入更多精力，大大缩短开发时间。

引用

  1. 侯国贵，叶启新，王坤。“LabVIEW7.1编程和虚拟仪器设计”。北京：清华大学出版社，2005。
  2. 严登，王磊。“LabVIEW7.1测试设备和技术应用”。北京：机械工业出版社，2004。
  3. 张正华，李希华。“基于LabVIEW的远程数据采集系统[J]”。现代电子技术，2003，（24）。
  4. 张炳才，刘琳，高广峰。“基于LabVIEW的数据采集与信号处理[J]”。仪器与传感器技术，2007，（12）。
  5. 杨乐平“LabVIEW程序设计和应用”。北京：电子工业出版社，2001。

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