第十一章基于PXI總線儀器應(yīng)用

第十一章基于PXI總線儀器應(yīng)用11.1基于PXI總線的壓力傳感器標定1案例簡介一般的，各類傳感器在出廠時，生產(chǎn)廠家必須對其進行全面的、嚴格的性能鑒定，給用戶明確的技術(shù)性能指標，用戶在使用過程中，按照相關(guān)的測試要求，需要經(jīng)常性地對傳感器的性能指標進行校準實驗，以對傳感器出廠時的技術(shù)性能指標進行修正或按實測技術(shù)數(shù)據(jù)重新確定傳感器的性能指標。這種用實驗方法確定傳感器性能參數(shù)的過程稱之為標定。本案例中使用活塞式壓力發(fā)生器作為靜壓發(fā)生裝置，將壓力傳感器接在壓力發(fā)生器的傳感器接頭上。根據(jù)傳感器的貼片形式，將其輸出端以全橋的形式接到電橋盒上，接好應(yīng)變儀，調(diào)節(jié)好倍率等參數(shù)，將電橋調(diào)平。應(yīng)變儀的輸出端接入帶有數(shù)采卡PXI工控機上操作壓力發(fā)生器時，壓力的變化會使得傳感器的電壓發(fā)生變化，將采集到的電壓信號與壓力發(fā)生器的標準壓力做線性擬合，可以得到該壓力傳感器的性能參數(shù)。2軟件實現(xiàn)壓力傳感器的標定軟件需要實現(xiàn)電壓信號的采集與保存、數(shù)據(jù)的計算擬合功能。根據(jù)軟件功能可以將軟件大致分為尋找文件、數(shù)采卡參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)保存等部分。（1）尋找文件尋找文件主要是用來驗證文件名與文件路徑是否正確，方便后續(xù)數(shù)據(jù)保存的操作。其程序面板如圖11.1所示，其中seek_file子vi的程序面板見圖11.2。圖11.1尋找文件程序面板圖圖11.2seek_file子vi程序面板圖（2）數(shù)采卡參數(shù)設(shè)置數(shù)采卡參數(shù)的設(shè)置要與數(shù)采卡的型號相符，根據(jù)數(shù)采卡的配置說明書來設(shè)置參數(shù)。一般需要設(shè)計觸發(fā)源、觸發(fā)方式、觸發(fā)電平采樣速度、采樣長度、預(yù)延數(shù)、量程等一系列數(shù)采參數(shù)，具體情況以實際應(yīng)用為準。本案列數(shù)采卡采用縱橫公司的JV58114型，通過調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點來完成參數(shù)設(shè)置。詳細配置程序面板見圖11.3（a）—11.3（e），其中1.3（a）為數(shù)采的整體設(shè)置，（b）—（e）為四個通道的具體設(shè)置。雖然此案例只需要一個通道來采集數(shù)據(jù)，但是為了方便以后的測試，最好將數(shù)采卡的全部四個通道配置好。（a）（b）（c）（d）（e）圖11.3數(shù)采卡的參數(shù)設(shè)置程序面板圖當然，在程序面板設(shè)計的同時，也要保證前面板的美觀大方，對于工程應(yīng)用來說，還要求所涉及的前面板能夠使用方便。本案例設(shè)計出的數(shù)采參數(shù)設(shè)置前面板如圖11.4所示，僅供各位讀者參考。由前面板圖可以清晰地看到數(shù)據(jù)采集卡的各參數(shù)設(shè)計，大體可以將數(shù)采參數(shù)劃分為三大塊。第一大塊主要包括觸發(fā)源的選擇、觸發(fā)方式、觸發(fā)電平、內(nèi)觸發(fā)通道、系統(tǒng)觸發(fā)線號的選擇，這一部分主要用來控制觸發(fā)的實現(xiàn)；第二大塊則由采樣速度、采樣長度、預(yù)延數(shù)、存盤起始、存盤長度這五項數(shù)采工作狀態(tài)構(gòu)成，這一部分可以控制采樣的基本狀態(tài)；第三大塊則是各通道的具體參數(shù)設(shè)置，即量程、耦合方式、信號地選擇、內(nèi)觸發(fā)電平設(shè)置，這一塊能夠具體到每一通道的參數(shù)設(shè)置，特別是內(nèi)觸發(fā)電平的設(shè)置經(jīng)常用到。圖11.4數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置前面板圖（3）數(shù)據(jù)采集數(shù)采參數(shù)配置完畢之后，就可以根據(jù)參數(shù)來編寫數(shù)據(jù)采集程序。采樣的順序一般依次為：采樣開始、采樣觸發(fā)、獲取采樣狀態(tài)、獲取采樣時鐘、采樣長度、采樣延時等。同時，為了在界面更好的展示采樣進度，一般可采用滑條來顯示。具體的程序面板見圖11.5（a）—（e）所示。（a）（b）（c）（d）（e）圖11.5數(shù)據(jù)采集程序面板圖數(shù)據(jù)采集部分設(shè)計完成之后，便可以通過事件結(jié)構(gòu)來統(tǒng)一測量的完成。在本例中，以“鼠標按下”作為事件的觸發(fā)源，執(zhí)行整個測量任務(wù)，具體程序面板如圖11.6所示。其中sub_wave子vi為數(shù)據(jù)采集程序，即圖11.5中全部程序，mean子vi為求數(shù)組的平均值程序。圖11.6“開始測量”程序框圖（4）數(shù)據(jù)保存數(shù)據(jù)保存時，可以根據(jù)用戶要求保存的數(shù)據(jù)來設(shè)計。本案例中對數(shù)采卡采得的原始信號、采樣頻率、采樣長度進行保存，其具體的程序面板如圖11.7（a）所示，其中save子vi為數(shù)據(jù)保存的具體操作流程，一般為通用程序，可以在其他數(shù)據(jù)保存的設(shè)計中用到，詳細程序面板見圖11.7（b）。（a）（b）圖11.7數(shù)據(jù)保存程序面板圖（5）數(shù)據(jù)處理應(yīng)用Labview實現(xiàn)測試一般分為數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理。根據(jù)不同的工程需求，數(shù)據(jù)處理程序亦大相徑庭。本案例的數(shù)據(jù)處理相對較簡單，主要是利用采集的電壓信號來擬合數(shù)據(jù)，而labview程序附有相當豐富的擬合程序可以調(diào)用，可以便捷的進行數(shù)據(jù)擬合處理。其程序面板圖和前面板圖如圖11.8（a）和（b）所示。（a）（b）圖11.8數(shù)據(jù)處理的程序面板圖及前面板圖3軟件分析與總結(jié)本案例的軟件需要實現(xiàn)電壓信號采集以及數(shù)據(jù)擬合的功能，因此可以用選項卡控件將電壓采集和數(shù)據(jù)處理分割開來。其前面板如圖11.9所示。由于標定需要重復(fù)多次完成，還需要對數(shù)據(jù)取平均值之后再擬合，于是將三個操作放在一個選項卡內(nèi)，通過選項卡左上角來選擇操作。圖11.9程序主面板圖當然，對于該標定來說，數(shù)據(jù)的采集是整個程序的關(guān)鍵點。雖然上文已經(jīng)詳細介紹了數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)的主要程序，仍需要與其它諸如菜單選擇、顏色設(shè)定以及界面設(shè)計等相銜接貫通，這樣才能實現(xiàn)軟件設(shè)計的初衷。由于篇幅有限，讀者可以通過閱讀源程序并對照前文的介紹來熟悉整個軟件的思想。11.2基于PXI總線的槍彈速度及膛壓測試1案例簡介本案例需要測量子彈的膛壓及速度，將兩個壓力傳感器布置在槍膛內(nèi)來獲取膛壓，一對線圈靶安放在合適的位置以測試彈速，并通過接口接入到PXI上。數(shù)采卡依然是JV58114型號。由于上個案例11.1中已經(jīng)標定了壓力傳感器的各個參數(shù)，因此可以直接將標定的參數(shù)代入，通過采集到的電壓來計算膛壓。子彈在快速穿過線圈靶時，會產(chǎn)生一個類正（余）弦信號，通過測試兩個線圈靶產(chǎn)生信號的時間差與已知距離可以算出子彈的飛行速度。而且膛壓先于子彈速度發(fā)生，可以將膛壓作為觸發(fā)信號完成整個測試的采樣。2軟件實現(xiàn)子彈膛壓及速度的測試軟件需要實現(xiàn)電壓信號的采集與保存、數(shù)據(jù)的計算處理功能。案例11.1中已經(jīng)詳細的介紹了數(shù)據(jù)采集與保存部分，這里不再一一贅述，相較于案例11.1，本案例對數(shù)據(jù)的處理要求更多。有了案例11.1的認識基礎(chǔ)，有助于更好更全面的熟悉程序。因此筆者按照程序的順序結(jié)構(gòu)來介紹整個軟件，以不同的角度展示軟件的設(shè)計思想。（1）程序面板主界面如圖11.10所示，程序面板的主界面最外端是一個while循環(huán)，通過與“退出labview”函數(shù)的搭配可以退出程序。顯然，程序的關(guān)鍵在于while循環(huán)里的事件結(jié)構(gòu)。該事件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)由四個事件分支構(gòu)成，即：[0]“關(guān)閉”鼠標按下；[1]菜單選擇（用戶）；[2]：“開始測量”鼠標按下；[3]“保存數(shù)據(jù)”鼠標按下。圖11.10程序面板主界面圖顧名思義，其中事件0通過按下“關(guān)閉”鍵來跳出程序；事件1提供菜單供用戶選擇；事件2通過按下“開始測量”進入測量程序；事件3在按下“保存數(shù)據(jù)”后開始數(shù)據(jù)保存。下面對事件1-3進行詳細分析。（2）事件[1]菜單選擇（用戶）如圖11.11（a）所示，事件1包含了一個條件結(jié)構(gòu)，該條件結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌有四個子條件分支，分別為默認、退出、讀入數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)采集卡參數(shù)設(shè)置。條件結(jié)構(gòu)的退出分支與事件結(jié)構(gòu)0的退出分支功能相似，一起完成程序的跳出功能；讀入數(shù)據(jù)分支可以將保存的數(shù)據(jù)讀取出來，即將保存的數(shù)據(jù)解除捆綁，然后根據(jù)數(shù)據(jù)來計算膛壓和速度，其程序圖如圖11.11（b）所示，其中xianquanba子vi為線圈靶數(shù)據(jù)處理程序，由于線圈靶的信號為類正（余）弦，通過信號波峰波谷的索引值的平均值定位出線圈的觸發(fā)時間，程序如圖11.11（c）所示；數(shù)采卡參數(shù)設(shè)置（見圖11.11（d））中的pamameter子vi與案例11.1完全一致，不再贅述。（a）（b）（c）（d）圖11.11事件1程序面板圖（3）事件[2]“開始測量”鼠標按下“開始測量”就是數(shù)據(jù)的采集，案例11.1對于數(shù)據(jù)的采集已經(jīng)做了充分的說明，在此基礎(chǔ)上，可以把信號的顏色設(shè)置放進去，這樣就可以免掉如案例11.1中的尋找文件部分，使程序變得更加精簡。具體的程序面板見圖11.12所示。當然，該案例的數(shù)據(jù)處理部分與案例11.1不同，在sub_wave子vi中應(yīng)當做出合理的修改。圖11.12數(shù)據(jù)采集程序面板圖（4）事件[3]“保存數(shù)據(jù)”鼠標按下本案例中對數(shù)采卡采得的四個通道的原始信號、兩個壓力傳感器的標定系數(shù)、線圈靶靶距進行保存，其具體的程序面板如圖11.13所示，實質(zhì)上與案例11.1的數(shù)據(jù)保存方法大同小異。都是按照順序捆綁數(shù)據(jù)、創(chuàng)建數(shù)據(jù)、寫入數(shù)據(jù)、關(guān)閉文件，屬于成熟的規(guī)范操作。圖11.13數(shù)據(jù)保存程