基于LabView RT 的數(shù)據(jù)采集及通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 磊 ,陳 杰

（1.中國空空導(dǎo)彈研究院，洛陽,471099；2.上海航空測控技術(shù)研究所，上海,201601）

0 引言

近年來，智能蒙皮用于飛行器結(jié)構(gòu)得到了國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注，蒙皮的特性參數(shù)包括形變、位移、振動加速度、應(yīng)力等。由于測試的參數(shù)種類多，信息量大，數(shù)據(jù)難以有效管理，單一儀器分布測試已經(jīng)難以應(yīng)對，以總線技術(shù)為代表的集成化、模塊化、方便擴(kuò)展、可編程的虛擬儀器提供了解決方案。本文設(shè)計(jì)了一種基于LabView RT 的用于蒙皮測試的動靜態(tài)參量實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，通過對蒙皮結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和振動這兩項(xiàng)重要參數(shù)進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)了上下位機(jī)實(shí)時(shí)通信。

1 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成

為了方便蒙皮材料在風(fēng)洞、低溫、電磁場等不適宜進(jìn)入的環(huán)境下試驗(yàn)，將測試系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種集信息采集、信號處理、控件顯示、數(shù)據(jù)庫管理一體的綜合信息平臺。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過多機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)互聯(lián)，多臺上位機(jī)同時(shí)控制PXI 系統(tǒng)RT 端工作，有效地提高了測試的便利性。本文采用的通信方式為共享變量，具有多對多對應(yīng)讀寫、傳輸時(shí)延低、無損傳輸、傳輸速率快等優(yōu)點(diǎn)，數(shù)據(jù)可以在不同主機(jī)之間的不同VI 或同一程序的不同循環(huán)之間通信。通過上位機(jī)編程發(fā)出控制命令，控制下位機(jī)程序?qū)崟r(shí)采集應(yīng)變信號和振動加速度信號。

2 實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)主程序介紹

實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)主程序流程框圖見圖1，在NI 公司的配置軟件MAX 中配置PXI 上下位機(jī)通信網(wǎng)卡，本文通過無線路由實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)變量的多機(jī)實(shí)時(shí)傳輸。

實(shí)時(shí)采集程序上位機(jī)主體采用三層嵌套的條件結(jié)構(gòu)，該條件結(jié)構(gòu)內(nèi)的程序包含一個條件結(jié)構(gòu)和變量換算程序，對采集到的電平進(jìn)行取均方根、幅值等特征值，并通過公式自動計(jì)算所需的應(yīng)變值和加速度值。該程序可以判斷通道共享變量中的名稱是否和當(dāng)前通道名稱一致，如果相同，則提取共享變量中的數(shù)據(jù)值，用于前面板的實(shí)時(shí)顯示，另外把該通道數(shù)據(jù)儲存到預(yù)先設(shè)置好的路徑中，此外在上位機(jī)設(shè)計(jì)了對RT 端程序的數(shù)據(jù)分析和控制命令。下位機(jī)控制器RT 端的主程序是用于高實(shí)時(shí)性要求的控制和采集任務(wù)。為了保證采集數(shù)據(jù)刷新的實(shí)時(shí)性，該程序的前面板沒有設(shè)計(jì)GUI。

采集任務(wù)按鍵觸發(fā)后，程序按照初始化配置、設(shè)置對應(yīng)參數(shù)，接著配置讀狀態(tài)，通過移位寄存器設(shè)置，讀操作選項(xiàng)被選中，數(shù)據(jù)流通過共享變量實(shí)時(shí)傳送給上位機(jī)。當(dāng)狀態(tài)機(jī)里的任何變量變更，程序?qū)⒘⒓刺霎?dāng)前循環(huán)，執(zhí)行清除任務(wù)程序，釋放存儲空間，緊接著狀態(tài)機(jī)程序重新執(zhí)行初始化配置，實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的自主判斷和管理。

3 數(shù)據(jù)覆蓋導(dǎo)致報(bào)錯的解決辦法

實(shí)際中采樣率設(shè)置比較高、疊加次數(shù)也會隨之增多，將會發(fā)生數(shù)據(jù)還未被讀取就被新數(shù)據(jù)覆蓋，導(dǎo)致程序報(bào)錯。為了防止出現(xiàn)這一狀況，本文使用以下兩種方式解決:1）增加每次采集緩沖區(qū)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量，單通道一次采集多個數(shù)據(jù)點(diǎn)；2)增大緩沖區(qū)的容量可以有效避免數(shù)據(jù)溢出，因?yàn)槊看螠y試采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)總量是有限的。試驗(yàn)表明，通過上述兩種方法可以解決數(shù)據(jù)報(bào)錯，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省?/p>

4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在蒙皮結(jié)構(gòu)性能測試上的應(yīng)用

為使系統(tǒng)有效地抑制共模信號和信號噪聲，采用差分模式接入信號。部署程序按照下位機(jī)RT、上位機(jī)程序，主面板運(yùn)行的次序進(jìn)行，前面板波形顯示如圖2 所示，通過點(diǎn)選面板復(fù)選框?qū)崿F(xiàn)每個通道的自由開關(guān)。

提取TDMS 文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，該系統(tǒng)能準(zhǔn)確的檢測蒙皮的應(yīng)變曲線，通過顯示控件，直觀的將傳感器的實(shí)時(shí)量值顯示在前面板上。

圖1 實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)主程序流程框圖

如圖3 所示，蒙皮結(jié)構(gòu)的應(yīng)變值與位移形變值具有良好的正向線性關(guān)系，通過測試蒙皮材料應(yīng)變值實(shí)現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。通過壓電傳感器檢測蒙皮的振動響應(yīng)，傳感器產(chǎn)生的電荷量與加速度成線性關(guān)系，通過程序計(jì)算出采集點(diǎn)加速度的準(zhǔn)確值，經(jīng)測試各通道一致性良好。

圖2 多通道測試前面板顯示界面

圖3 蒙皮材料測試的應(yīng)變-位移曲線和振動響應(yīng)曲線

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