基于LabView RT 的数据采集及通信系统设计

张 磊 ,陈 杰

（1.中国空空导弹研究院，洛阳,471099；2.上海航空测控技术研究所，上海,201601）

0 引言

近年来，智能蒙皮用于飞行器结构得到了国内外科研机构的关注，蒙皮的特性参数包括形变、位移、振动加速度、应力等。由于测试的参数种类多，信息量大，数据难以有效管理，单一仪器分布测试已经难以应对，以总线技术为代表的集成化、模块化、方便扩展、可编程的虚拟仪器提供了解决方案。本文设计了一种基于LabView RT 的用于蒙皮测试的动静态参量实时采集系统，通过对蒙皮结构的应变和振动这两项重要参数进行测量，实现了上下位机实时通信。

1 远程实时数据采集系统组成

为了方便蒙皮材料在风洞、低温、电磁场等不适宜进入的环境下试验，将测试系统和计算机网络技术相结合，设计了一种集信息采集、信号处理、控件显示、数据库管理一体的综合信息平台。实时数据采集系统通过多机通信网络可以实现上下位机互联，多台上位机同时控制PXI 系统RT 端工作，有效地提高了测试的便利性。本文采用的通信方式为共享变量，具有多对多对应读写、传输时延低、无损传输、传输速率快等优点，数据可以在不同主机之间的不同VI 或同一程序的不同循环之间通信。通过上位机编程发出控制命令，控制下位机程序实时采集应变信号和振动加速度信号。

2 实时采集系统主程序介绍

实时采集系统主程序流程框图见图1，在NI 公司的配置软件MAX 中配置PXI 上下位机通信网卡，本文通过无线路由实现了数据变量的多机实时传输。

实时采集程序上位机主体采用三层嵌套的条件结构，该条件结构内的程序包含一个条件结构和变量换算程序，对采集到的电平进行取均方根、幅值等特征值，并通过公式自动计算所需的应变值和加速度值。该程序可以判断通道共享变量中的名称是否和当前通道名称一致，如果相同，则提取共享变量中的数据值，用于前面板的实时显示，另外把该通道数据储存到预先设置好的路径中，此外在上位机设计了对RT 端程序的数据分析和控制命令。下位机控制器RT 端的主程序是用于高实时性要求的控制和采集任务。为了保证采集数据刷新的实时性，该程序的前面板没有设计GUI。

采集任务按键触发后，程序按照初始化配置、设置对应参数，接着配置读状态，通过移位寄存器设置，读操作选项被选中，数据流通过共享变量实时传送给上位机。当状态机里的任何变量变更，程序将立即跳出当前循环，执行清除任务程序，释放存储空间，紧接着状态机程序重新执行初始化配置，实现了任务的自主判断和管理。

3 数据覆盖导致报错的解决办法

实际中采样率设置比较高、叠加次数也会随之增多，将会发生数据还未被读取就被新数据覆盖，导致程序报错。为了防止出现这一状况，本文使用以下两种方式解决:1）增加每次采集缓冲区数据点的数量，单通道一次采集多个数据点；2)增大缓冲区的容量可以有效避免数据溢出，因为每次测试采集的数据点总量是有限的。试验表明，通过上述两种方法可以解决数据报错，同时提高了数据传输的效率。

4 数据采集系统在蒙皮结构性能测试上的应用

为使系统有效地抑制共模信号和信号噪声，采用差分模式接入信号。部署程序按照下位机RT、上位机程序，主面板运行的次序进行，前面板波形显示如图2 所示，通过点选面板复选框实现每个通道的自由开关。

提取TDMS 文件进行数据处理，该系统能准确的检测蒙皮的应变曲线，通过显示控件，直观的将传感器的实时量值显示在前面板上。

图1 实时采集系统主程序流程框图

如图3 所示，蒙皮结构的应变值与位移形变值具有良好的正向线性关系，通过测试蒙皮材料应变值实现了对结构状态的实时监测。通过压电传感器检测蒙皮的振动响应，传感器产生的电荷量与加速度成线性关系，通过程序计算出采集点加速度的准确值，经测试各通道一致性良好。

图2 多通道测试前面板显示界面

图3 蒙皮材料测试的应变-位移曲线和振动响应曲线

[1] 蒋新文，张宁,杨三序，基于虚拟仪器技术测控系统，微计算机信息[J],2007,23(12)

[2] 闫淑群,黎玉刚，母勇民，袁国刚，罗宇辉，基于PXI 总线的导弹自动测试系统设计，计算机测量与控制[J],2011,19（8）：1925-1928

[3] 戴光，刘鹏，张颖，基于LabView 共享变量的管道泄漏远程监测系统，仪表技术[J]，2009,1：15-17

[4] 李迺璐，吕跃刚，范晓旭，基于LabVIEW 风电监控系统的通信设计与实现，计算机应用与软件[J]，2010,27(5):32-34

[5] 刘龙飞，张彦军，多通道PXI 总线数据采集卡的设计与实现，自动化仪表，2013,34（5）