基于LabVIEW的数据采集与信号处理
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基金项目:河北省自然科学基金资助(NO.07M007)收稿日期:2007-08-08 收修改稿日期:2007-08-24基于LabVIEW的数据采集与信号处理
张丙才,刘 琳,高广峰,赵 朋
(燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛 066004)
摘要:介绍了LabVIEW7Express开发环境下数据采集与信号处理的实现方式。以计算机和USB2002数据采集卡为主
要硬件,LabVIEW为软件开发平台,构建了用于实现信号的采集与信号分析的多功能虚拟仪器系统。系统可实现单通道、
多通道数据的采集,信号分析,以及数据的存储和对历史数据的复现。在降低设备成本的同时,该系统还具有友好的人机
界面,并且方便进行维护和实现功能扩充。该系统已应用在电力系统试验中,充分体现了方便、快捷、实用等诸多优势。
关键词:虚拟仪器;LabVIEW;数据采集;信号分析
中图分类号:TP274 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2007)12-0074-02
DataAcquisitionandSignalAnalysisBasedonLabVIEW
ZHANGBing2cai,LIULin,GAOGuang2feng,ZHAOPeng
(CollegeofElectricEngineering,YanshanUniversity,Qinhuangdao066004,China)
Abstract:TherealizingmethodsofthedataacquisitionandsignalanalysiswasintroducedbasedonLabVIEW7Express.Itsetupa
virtualinstrumentationwiththefunctionofdataacquisitionandsignalanalysis,basedoncomputerandUSB2002dataacquisitioncardand
softwareofLabVIEW.Thesystemincludesthesignalacquisitionandcontrolmodulewhichcanrealizethedataacquisitionwithsingle
channelormulti2channelsaswellasmemoryandsignalrecall.Reducingthecostoftheequipment,thesystemcanalsoprovideafriendly
human2machineinterface.Inaddition,itisconvenientforthesystemmaintenanceandfunctionexpansion.Itisalsoconvenienttothe
systemmaintenanceandfunctionexpansion.Thesystemhasgoodverificationandshowsthesuperiorperformancesinthepowersystem.
Keywords:virtualinstrumentation;LabVIEW;dataacquisition;signalanalysis
1 软件简介
LabVIEW是基于图形编译(Graphics,G)语言的虚拟仪器软
件开发平台,它具有数据采集、数据分析、信号生成、信号处理、
输入输出控制等功能。与传统编程采取的文本语言相比,Lab2
VIEW使用G语言编程,界面更加友好直观,是一种直觉式图形
程序语言[1]。
LabVIEW有2个基本窗口:前面板窗口和流程图窗口。前
面板窗口用于放置控制对象和显示对象,相当于常规仪器的显
示屏幕或指针。流程图窗口用于编写和显示程序的图形源代
码,它相当于语言编程中的语句,它由各种能够完成一定功能
的模块通过连接线连接而成[2]。
2 硬件简介
211 硬件结构
该虚拟仪器的硬件结构如图1所示。系统所需的硬件设
备有数据采集卡、计算机。其中数据采集卡为USB2002,它是
USB总线兼容的数据采集板,具有体积小、即插即用等优点。
USB板上装有14Bit分辨率的A/D转换器。为用户提供32路
单端模拟信号输入、16路双端的模拟输入通道、16路开关量输
入、16路开关量输出。模拟电压输入范围为±5V,±10V,最大
采样速率为400bit/s.
212 采集卡驱动方式
数据采集卡的驱动分为内置式驱动和外挂式驱动,对于NI图1 虚拟仪器硬件结构图
公司推出的数据采集卡,用户可以使用LabVIEW内部的DAQ
库直接对端口进行操作,即内置式驱动,但由于这些数据采集
卡价格比较昂贵,影响了在科研中的应用;而如果采用一些国
产数据采集卡,要使其能应用在LabVIEW环境下,必须编写适
用于LabVIEW的接口驱动程序,这给数据采集卡的使用带来了
不便[4]。
目前,国内一些中价位板卡已经开始提供基于DLL的外挂
式LabCIEW驱动器程序,如USB2002数据采集卡为用户定义外
挂式驱动接口,位于数据采集卡安装目录下的USB2002.VI文
件中,用户只需从文件中复制所需的接口,将其粘贴到系统开
发环境中即可。
3 设计实例
311 程序设计
虚拟仪器的前面板上可以设置采集参数、滤波参数以及存
储和复现参数;并可以显示滤波前后波形及信号参数。其程序
流程图如图2所示,前面板如图3所示。
312 信号分析
31211 信号的滤波
现在越来越多的非线性电力负荷投入使用,使得电网中谐
波分量猛增,而在电力系统中,很多信号的处理与分析都是基 2007年 第12期仪表技术与传感器Instrument Technique and Sensor2007 No112 于对正弦基波的分析。因此,在对信号进行分析前要先进行滤
波,将高次谐波滤除,提取基频分量。
现以某时刻采集的电力信号为例,说明滤波效果。此时
刻从电力系统中采集的信号中含有频率为50Hz,有效值为220V的基频分量,和频率为100Hz、150Hz、200Hz的二次、
三次、四次谐波。程序中采用巴特沃思滤波器对信号进行滤
波,上限截止频率为55Hz,滤波阶次为8。滤波前后的波形
如图4所示。
图2 程序流程图
图3 虚拟仪器前面板
(a)
滤波前的波形(b)经巴特沃器滤波后的波形
图4 滤波前后波形图
31212 信号的测量
通过此模块可以测量出信号的峰值、有效值以及信号的频
率,从而实时地了解信号的参数,判断信号是否在正常范围之
内,若信号超出正常范围,则发出报警信号,及时进行处理
。313 信号存储与复现
保存功能是将采样得到的时域或频域等数据,根据需要转
换成LabVIEW7Express特有的波形文件或Excel文件、文本文
件的格式,存放在计算机的磁盘中。复现功能是为了使用户在
实时采集和分析数据结束后,还可以重新观察和深入处理采集
数据[4]。系统设计了采集信号的复现功能,即在选定了存放数
据所在文件后,可以重头开始连续回放整个过程。
4 结束语
利用LabVIEW开发的数据采集处理系统完成了信号的采
集、显示、分析、保存以及对历史数据的查询功能。它与传统数
据采集处理仪器相比具有性价比高,通用性强,易于开发,数据
处理简单,开发时间短,使用效果良好等优点。这使没有丰富
编程经验的用户从繁重的程序编写中解脱出来,能将更多的精
力投入到试验测试、数据分析和处理、系统性能测试上,大大缩
短了开发时间。
参考文献:
[1] 陈真,王延江,王钊.基于LabVIEW的远程数据采集系统开发.仪表技术与传感器,2006(6):27-29.[2] 雷振山.LabVIEW7Express实用技术教程.北京:中国铁道出版社,2001.[3] 戴新.国产数据采集卡在虚拟仪器中的应用.计量与测试技术,2006(2):17-20.[4] 关旭,张春梅,王尚锦.虚拟仪器软件LabVIEW和数据采集.微机发展,2004(3):77-79.作者简介:张丙才(1955—),高级工程师,主要研究方向为电力系统继电保护。E-mail:0831liulin@163.com
(上接第45页)若将其波长解调转化成光强解调(目前这是大
多数解调方法的本质),实验光路必须固定,即在整个实验过程
中不能拆卸或弯曲光路,否则即使外界物理量不变化,实验输
出电压也可能变化,这样将会误以为是外界物理量的变化,实
验数据将不准确。
参考文献:
[1] LIMJ,YANGQP,JONESBE,etal.DPflowsensorusingopticalfiberBragggrating.SensorsandActuators,A:Physical,2001,92(1-3):102-108.[2] ZHAOY,LIAOY.DiscriminationmethodsanddemodulationtechniquesforfiberBragggratingsensors.OpticsandLasersinEngineering,2004,41(1):1-18.[3] 刘波,孙桂玲,曾剑,等.ADuC824在光纤光栅传感复用网络中的应用.仪表技术与传感器,2004(5):25-26.
[4] 宋丰华.现代光电器件技术及应用.北京:国防工业出版,2004.[5] 江月松.光电技术与实验.北京:北京理工大学出版社,2000.作者简介:常天英(1981—),博士研究生,主要研究方向为光纤传感技术及应用。E-mail:changtianying@hotmail.com 第12期张丙才等:基于LabVIEW的数据采集与信号处理75
