基于LabVIEW 的数据采集与信号处理

2007馨 第12期 袄表技术蓐转感器 InstrumentTechniqueandSensor 嬲 No。12 基于LabVIEW的数据采集与信号处理 张丙才，刘琳，高广峰，赵朋 (燕粕大学电气z程学院，游她秦皇鑫066004) 摘要：介绍了I_abVIE7融m锱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为软件开发乎台，构建了用于实现信号的采集岛信号分析的多功能虚拟仪器系统。系统可实现单通道、 多逶遗数琚酶采集，信号分榜，双及数撼的存储和砖苈吏数据酶复琨。在降低设备蔑本麓褥跨，该系统还吴有友好酶人辊 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；I．abVIEW；数据采集；信号分析 孛鞭分类号：TP274 文献檬谖鹬：A 文章编号：1002一184l(20簖)12—0074—02 DataAcquisitionandSignalAnalysisBasedonLabVIEW ZHANGBing-cai，LIULin，GAOGuang-feng，ZHAOPeng (CollegeofElectric啦ring，YanshanUniversity，Qhlhuangdao066004，China) Abstract：The糟a1嘲methodsofthedataacquisitionandsignalanalysisWaSintroducedbasedonI_abVIEW7Express．hsetup8 virtualinstrumentationwiththefunctionofdataacquisitionandsisn丑lanalysis。basedOilcomputerandUSB三1002dataacquisitioncardand softwareofLabVIEW．Thesystemincludesthesisnalacquisitionandcontrolmodulewhichcall枷zethedataacquisitionwithsiw,le channelormulti-channelsa8wellasmer∞ryandsisr丑recall．ReducingtheCostoftheequi辫nt．thesystemc徽alsoprovideafriendly huma烨machineinterface．Inaddition，itisconvenientforthesystemmaintenanceandfunctionexpansion．Itisalsoconvenienttothe systemmaintenanceandfunctionexpansion．The3ystemhasgoodverificationandshowsthesuperiorperformancesinthepowersystem． KeyWOI心"-virtualinstrumentation；LabVIE弹d；dataacquisition；signalanalysis 1软件简介 I曲VIEW是基予嘲形编译(Graphics，G)语言的虚拟仪器软 传牙发黟台，它具有数据采集、数据分辑、信号生残、信号处理、 输入输出控制等功煞。与传统编程采取的文本语言相比，l_ab． VIEW使用G语言编攫，界面更加友好直观，是一种直觉式图形 程痒语誊t“。 LabVIEW有2个基本窗口：前筒板窗日和流程图窗暖。前 面板窗阴用于放置控制对象和鼹示对象，相肖于常规仪器的显 示羼幕戏指铮。藏穗懑塞日用予编写霸显承程序的爨形源代 码，它相墨子语言编程中的语句，它由各种熊够完成一定功能 的模块通过连接线连接而成训2。 2硬馋篱会 2．1硬律结构 该廉拟仪器的硬件结构如网1所示。系统所需的硬件设 备有数糖果集卡、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，舆肖俸积小、鼯插即用等优点。 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路汗关量输穗。模拟电压输入范匿秀士5V，±10V，最大 采样速帛为400bit／s． 2．2采集卡驱动方炎 数据采集卡的骡动分为蠹鬣式驱动稻外攘式驱凄，对予Nl 基金项嗣：河北省自然科学基金资助(NO，07M007) 羧甍日期：2007一镐一08狡掺获稿霸期：2007一08—24 圈1虚拟仪器硬件绪构图 公司推出的数据采集卡，用户可以使用I_abVIEW内部的DAQ 露直接对藕麓进行操捧，鞠蠹置式熬凌，但壶予这些数据采集 卡价格比较昂贵，影响了在科研中的应用；而如果采用一魃圈产数据采集卡，要使其熊应用在Ia嘲环境下，必须编写遮 耀予LabVIEW的接霉驱凌程．孛，这给数据采集卡戆使震蒂寒? 不便[4f。 目前，圜内一些中价位板卡已经开始提供基乎DLL的外挂 式h筑毯彩驱动器程穿，翔斑蹴数据采集卡势用户定义终 接式驱动接口，位于数据采集卡安装目录下的USB2002．v1文 件中，用户只筲从文件中复制所需的接口，将其粘贴到系统辩 发环境孛露霹。 3设计实例 3．1程序设计 虚援纹爨的莪瑟叛上蜀羧设置采集参数、滤波参数段及存 储和复现参数；并可以最示滤波前后波形及信号参数。其稷序 流程图如图2所示，前面板如图3所示。 3．2壤号努攒 3．2．1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，蠢在电力系绫孛，缀多髂号豹处理与分耪都是熬 万方数据 第12期 张丙才等：基于IzbVIEW的数据采集与信号处理 75 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 图3虚拟仪器前面板 220V的基频分量，和频率为100Hz、150I-Iz、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 (a)滤波前的波形 (b)经巴特沃器滤波后的波形 圈4滤波前后波形图 3．2．2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。 3．3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I_abVIEW7Express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[4I。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IabVIEW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．I曲vIEw7 E印日∞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(1955一)，高级工程师，主要研究方向为电力系统继电 保护。E—mail：0831tiulin@163．COIII (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]珊J，YANGQP。JONESBE，et81．DPflow∞n80rusmgopticalfiber Bragg脚．‰andActuators，A：Physical，2001，92(1-3．)：，l％一 1德． [2]ZIIAOY，LIAOY．Discriminationmetho&anddemodulationtechniques forfiberBragggratingseIlsom．Opticsandk№minEhgin∞Iillg，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(198l一)，博士研究生，主要研究方向为光纤传感技术 及应用。E—mail：changtianying@hotrmil．coin 万方数据 基于LabVIEW 的数据采集与信号处理 作者： 张丙才， 刘琳， 高广峰， 赵朋， ZHANG Bing-cai， LIU Lin， GAO Guang-feng， ZHAO Peng 作者单位： 燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛,066004 刊名： 仪表技术与传感器 英文刊名： INSTRUMENT TECHNIQUE AND SENSOR 年，卷(期)： 2007(12) 被引用次数： 14次 参考文献(4条) 1.戴新 国产数据采集卡在虚拟仪器中的应用[期刊论文]-计量与测试技术 2006(02) 2.雷振山 LabVIEW 7 Express实用技术教程 2001 3.陈真;王延江;王钊 基于LabVIEW的远程数据采集系统开发[期刊论文]-仪表技术与传感器 2006(06) 4.关旭;张春梅;王尚锦 虚拟仪器软件LabVIEW和数据采集[期刊论文]-微机发展 2004(03) 引证文献(14条) 1.张连军.何春俐.常江.陈光军.郭士清 基于LabVIEW实现数据采集的设计[期刊论文]-机械管理开发 2010(1) 2.周荣.卢博友 果园气象因子远程监测系统的设计与开发[期刊论文]-安徽农业科学 2010(4) 3.李强.曾显光.张永林 基于LabVIEW的半导体光源P-I特性测试系统[期刊论文]-光学与光电技术 2010(2) 4.任璐娟.韩焱 基于LabVIEW和PCI-5124的数据采集系统设计[期刊论文]-电子设计工程 2010(2) 5.赵政春.邓曙光.谭跃 基于LABVIEW的数据采集与分析系统[期刊论文]-计算机与数字工程 2010(5) 6.田中俊.胡纯栋.刘胜 中性束注入系统的电参数测量控制系统[期刊论文]-核电子学与探测技术 2010(10) 7.肖志伟.魏光辉 基于单片机和LabVIEW的静电电荷衰减测试系统[期刊论文]-电子测量技术 2009(11) 8.王琳.杨小飞.盛步云 基于LabVIEW的汽轮机转子湿度监测系铳[期刊论文]-热力发电 2009(10) 9.叶树江.张凌志.韩喜春 基于虚拟仪器的传感器测试平台[期刊论文]-黑龙江工程学院学报(自然科学版) 2009(4) 10.牛群峰.王莉.胡红生 基于PXI总线和LabVIEW的压缩机状态监测系统设计[期刊论文]-仪表技术与传感器 2009(6) 11.徐振越.王四棋.宋宝韫.樊志新.梁永东.张锋刚 基于LabVIEW的连续挤压机动态参数检测分析系统[期刊论文]- 仪表技术与传感器 2009(6) 12.李广.袁嫣红.彭来湖 LabVIEW在OCT电网电流测试平台上的应用[期刊论文]-浙江理工大学学报 2008(5) 13.孟武胜.朱剑波.黄鸿.赵晨光 基于LabVIEW数据采集系统的设计[期刊论文]-电子测量技术 2008(11) 14.杨广学.范军.康守强 基于LabVIEW的光拍频噪声的特性分析[期刊论文]-国外电子测量技术 2008(10) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ybjsycgq200712030.aspx