基于LabVIEW的某型光電雷達隨動電子部件檢測儀軟件設計

錢平　于寶成　杜玉立

摘 要：隨動電子部件是光電雷達中一個核心部件，需進行定期故障檢查，檢測信號種類多、數量大，且不能進行破壞性檢測。為方便檢測，考慮到實際應用中的檢測要求，利用LabVIEW語言設計一個在工控機端運行的檢測儀軟件。結果表明，結合數據采集卡，采用狀態機模型與生產者消費者設計模式，能有效構建模塊，對部件的各項參數進行檢測。使用檢測儀軟件，能方便、快捷地對各項數據進行檢測，避免大量數據的人工檢測，提高效率。

關鍵詞：光電雷達；LabVIEW；狀態機；生產者消費者循環

DOI：10.11907/rjdk.171504

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2017）009-0117-03

Abstract：Electronic following component is one of the core components of the Photoelectric Radar， which needs the regular fault detection， it has large number and kinds of signals， and it can not be destructively detected. In order to detect and take the actual application requirements into account， we design a test software using LabVIEW in a industrial computer . The results show that， combining with the data acquisition card， using the state machine model and the producing consumer design model， it can effectively build modules and detect the parameters of the components. With the detector software， the data can be detected conveniently and quickly，avoiding large amounts of data detected by manual and improving the efficiency.

Key Words：photoelectric radar； LabVIEW； state machine； producer consumer cycle

0 引言

隨動電子部件在飛機上主要用于探索、發現、截獲和跟蹤目標，且能測量目標距離[1]，為攻擊目標提供參考信息。隨著對光電雷達安全可靠性要求提高，隨動電子部件需要進行性能調試與測試。通過對電子部件響應結果進行測試與分析，以獲得滿足技術指標的隨動電子部件。

檢測儀中的工控機端通過ARINC通信板卡發送工作指令到隨動系統，電子部件收到命令后，自身發出占空比可調的PWM信號控制模擬負載運動，而負載上對應的光電編碼器將運動的角度信息以16位二進制形式發送回工控機。通過對反饋的角度信息進行處理和分析，對隨動電子部件進行性能判斷。此外，電子部件自身的信號參數通過NI采集卡獲取，同樣也是性能檢測的一部分。

1 軟件總體結構

隨動電子部件檢測儀軟件流程見圖1，主要有系統自檢、角度數據發送、負載控制顯示、數據采集等模塊。

2 軟件系統結構

2.1 消息隊列狀態機

電子部件需要在自檢后進入以下7種工作狀態：大區搜索、小區搜索、帶掃描、不帶掃描、場截獲、場跟蹤、垂直。以往采用順序狀態機中加入事件結構的形式，從初始化到用戶操作再到關閉程序，很容易用順序結構描述整個過程。但這種設計的缺陷是，一旦運行后，無法改變順序結構的運行次序。比如在自檢過程中，可以設置自檢次數超過規定次數后終止程序，采用順序狀態，需要在每一幀中檢測，降低了程序的執行速度。

多種狀態可以用隊列保存，如圖2所示，使用消息隊列處理器設計模型，連續運行多種狀態。初始化狀態消息入隊列，通常只運行一次，進行軟硬件的自檢等，在消息出列時，將下一狀態入隊列。電子部件的7種工作狀態對應7個按鈕控件，每個按鈕事件響應時將對應的狀態入隊列，執行完相應的子VI后，將消息出隊列，繼續等待用戶事件。退出狀態用于結束消息隊列狀態機，通常執行一些清理工作[2]。采用消息隊列狀態機，可以由用戶選擇不同的狀態，保證了程序的健壯性。

2.2 生產者消費者設計模式

在單個工作狀態中，APINC通信板卡接收回發數據、APINC429板卡發送角度數據、對數據進行分析繪圖、對數據進行處理顯示分別為一個線程。

對多線程進行處理，考慮到并發性，采用生產者消費者設計模式。從數據角度分類，生產者為數據的提供方，消費者為數據的消費方[3]，對數據的處理繪圖等線程都屬于消費者，接受隨動電子部件角度數據的線程為生產者。處理人機交互，在消費者線程中采用事件結構，將數據繪圖線程響應時觸發事件與數據處理顯示時觸發事件區分開，保證線程安全。

3 軟件詳細設計

3.1 系統自檢

系統自檢主要為軟件的正常工作作準備，為對光電雷達進行全方面檢測，使用APINC通信板卡、NI6259、NI6509數據采集卡。程序初始運行時，對硬件進行自檢，避免由于硬件損壞導致程序錯誤。首先，對工控機中的APINC通信板卡進行檢驗，通過自發自收的方式，發送一段數據，檢測接收的數據是否與發送的數據相同，從而驗證429通訊的發送端與接收端能否正常工作。其次，對NI6259與NI6509進行自檢，通過DAQmx自檢函數調用，查看返回值（見圖3），驗證數據采集卡能否正常工作。endprint

3.2 角度數據發送

發送角度信息前，板卡進行復位操作，BOOL_stdcall ResetCard （HANDLE hCardHandle），清空發送FIFO隊列。設置完波特率與配置字后，讀取發送FIFO的狀態，調用函數ReadFIFOStatus_S，當發送緩沖FIFO不為滿時，APINC通信板卡以32位二進制的形式發送數據。發送角度信息時，方位俯仰角度信息先組合成一個簇，根據通信協議轉化為二進制的形式發送[4]。

3.3 角度數據接收

由于隨動部件回傳角度數據速度較快，采用觸發接收的方式處理數據。對板卡進行復位操作，調用Enable_Rev，使數據能接收。判斷接收FIFO是否觸發，調用IsFIFOTriggered_R，如果接收FIFO觸發，調用EnableRead FIFO使FIFO緩沖中的數據可讀，循環調用ReceiveData，連續讀取數據。禁止讀FIFO數據，調用DisableReadFIFO，進行下一次觸發判定。

3.4 角度數據顯示

接收16位二進制角度數據，解除通信板卡傳輸時產生的校驗，逆向得到14位原數據。360度14位表示：α=360214×AD，數據是以度的形式表示的，為更精確表示角度，可通過取余得到分，同理再取余得到秒（見圖4）。

3.5 角度數據分析處理繪圖

每一個工作狀態中存在運行的區間值，通過比較接收的角度大小可模擬工作區域范圍，但其中存在過零問題。在工作區域經過零位時，由于回傳的角度數據是14位二進制數，表示為0°-360°，而實際顯示角度超過180°時需要轉負，比較大小時，359°實際上相當于-1°，比358°（-2°）小，可能造成程序執行錯誤。需對角度進行標記，超過180°與180°以內的角度統一比較大小，方便程序執行。

小于180°的角度統一加上360°，所有角度在[180°，540°]之間比較大小，找到區間中的最大值與最小值，再進行角度數據復原，復原后的最小值與最大值之間的區域則為工作區間。

得到實時角度數據，在坐標中連續繪制，獲得每種工作狀態的實時軌跡。實際測試中，單點繪制軌跡時，由于運動速度過快，軌跡模糊不清，應采用多點組合繪制，即得到n個點的數據后再進行繪制，得到的軌跡比單點圖更清晰。

3.6 數據采集

隨動電子部件工作時的電壓電流需要達到標準狀態，其自身帶有傳感器，對應的物理量通過傳感器以模擬信號的形式傳遞，接入對應的信號航插后，經過信號調理板處理，利用DAQmx與采集卡可以進行信號采集。工控機中插有NI6259、NI6509數據采集卡，NI6509可對數字信號進行處理，NI6259對數字信號與模擬信號均可采集。①數字信號測量時，打開DAQmx虛擬通道，創建一個數字輸入通道，啟動DAQmx開始任務，調用DAQmx讀取函數[5]，采用一通道N采樣，讀取通道中的采樣，使用數字波形圖控件顯示；②模擬信號測量時，打開DAQmx虛擬通道，創建AI電壓采集通道，設置采樣時鐘，啟動DAQmx開始任務，調用DAQmx讀取函數[6]，采用一通道N采樣，讀取通道中的采樣，使用波形圖控件顯示；③模擬信號采集時，不同于數字信號有高、低電平兩種狀態及自身獨特的幅值和波形，為使采集到的信號能更接近原始信號，提高采樣精度，需選擇合適的采樣頻率。采樣頻率過低，可能造成信號混疊，采樣頻率過高，可能造成過采樣[7]。根據采樣定理與奈奎斯特定律，采樣頻率取原始信號最高頻率的2.56～4倍[8]，基本能保持原始信號的形狀。隨動電子部件中信號之間的頻率并不相同，有些甚至在達幾個數量級的差別，采集程序設計時，先使用示波器對每一個原始信號的頻率進行測量，再將測得頻率的4倍作為采樣頻率，利用條件結構輸入采樣時鐘中。

4 結語

由于LabVIEW[9]圖形化界面[10]的方式，可以實現更加直觀地發出激勵信號、采集數據、對數據進行處理、實時返回實驗參數等功能，在不使用破壞性檢測的情況下，使隨動電子部件檢測變得更簡單有效。采用生產者消費者設計模式，使用狀態機消息隊列，使得程序變得精簡健壯，同時保證了線程安全。通過NI6259、NI6509采集卡與LabVIEW 相結合使用，使得數據的采集與處理變得高效、穩定。通過此次項目的開發，可以完成對光電雷達隨動電子部件的全自動性能測試，準確度高、穩定性強。

參考文獻：

[1] 陳強，周文哲，任鵬輝，等.某坦克炮長鏡光學系統裝調技術[J].應用光學，2013（2）：235-238.

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[6] 李鵬.某型舵機傳動機構性能測試臺數據采集系統設計[D].武漢：武漢工程大學，2014.

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[8] 徐君軍.基于虛擬儀器的靜電監測系統研究[D].南京：南京航空航天大學，2012.

[9] 黃燕梅，韓慶瑤，伊淑梅.LabVIEW的虛擬儀器技術在自動化檢測中的應用[J].中國測試技術，2005（1）：37-38.

[10] 劉紅娟，馬飛，武楠.基于LabVIEW的菜單設計及其響應方法研究[J].儀器儀表用戶，2008（4）：116-117.

（責任編輯：何 麗）endprint