LabVIEW和声卡控制系统程序设计

卢崇雨 周庆红

摘 要：LabVIEW作为一种G语言编程软件的代表，编程方便、易学，拥有成套的控制VI以及对声卡信号采集与输出的VI，结合声卡可以设计很好的平面控制系统。通过AutoCAD绘制平面图形，用LabVIEW对图形数据进行采集、去值、排序、控制四大步骤，设计出了良好的平面控制系统程序，结果稳定、精确。

关键词：LabVIEW；平面控制系统；声卡

1 引言

目前，控制系统的编程软件非常多，各类编程语言也数不胜数，具有代表性的有C语言、C++及汇编语言等，相比LabVIEW软件来讲，由于他们具有严格的语言逻辑以及语言规则，所有在设计、实践中往往比较复杂，而LabVIEW作为一种G语言，以图形，线条，结点的形式进行编程，简单易学。而且图形所表示的功能已经用完善的代码集成过，拿来就用，也节省了大量的工作任务。声卡作为一种普遍而且常用的材料，能够在LabVIEW自带的声卡VI中得到更好的运用和体现，二者结合是作为平面控制系统最实用的，最方便的，而且成本较低的体现。

2 LabVIEW软件介绍

LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但是它与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，LabVIEW采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。VI指虚拟仪器，是LabVIEW的程序模块。虚拟仪器具备很好的数据采集、仿真、数字信号处理的功能。LabVIEW拥有专门用于控制领域的模块——LabVIEWDSC以及NI-Motion。除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的LabVIEW驱动程序。使用LabVIEW可以非常方便的编制各种控制程序。

3 声卡介绍

3.1 PCI声卡

PCI声卡就是指采用PCI接口的独立声卡，PCI是Peripheral Component Interconnect（外设部件互连标准）的缩写，它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。从结构上看，PCI是在CPU的供应商和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。

3.2 USB声卡

USB声卡在原理上和结构上与普通的板载声卡很相似，但是由于USB具有其外置特点，他就没有了电路体积的限制，所以他能够通过复杂的模拟电路并采用更好的屏蔽设计从而提高音质。脱离机箱，拥有不错的音质使他在性能上，实用性上得到了很大的提升，价格也相对较低，因此我们采用的是USB声卡作为平面控制系统的输出部分。

4 LabVIEW程序设计

4.1图形的数据导入程序

通过在AutoCAD中绘制出平面图形，将其导入到LabVIEW当中，应用到LabVIEW中数据采集的VI，能够较为方便的获取平面图形的坐标信息，然后设置相关阈值去除掉无关或者重复的坐标，简化数据，提高平面系统控制速度。

4.2 数据的排序整理设计

作为平面控制系统，应该具有良好的控制路径和轨迹，才能按照工厂或者设计要求做出相应的反应或者动作，系统通过对图形数据的处理后获取的数据，先通过最近值搜索的方法寻找最接近的坐标点，然后用距离公式计算出每一个搜索出来的点到起始点的距离大小，筛选出最小值作为相邻点，最后能够筛选出较准确的路径出来。

4.3 声卡输出设计

LabVIEW软件中有一个和声卡数据采集输出非常类似的子VI—Generate Sound，通过分析得出PCI声卡和USB声卡在LabVIEW中的设置基本类似，所以通过对已有程序的优化，改进过后，能够将得到的数据通过声卡输出，所得到的结果从示波器上可以观察到是近似的正弦信号。但由于对步进电机的驱动必须采用一定频率的脉冲信号，所以接下来我们需要对已获得的数据重新进行处理，将正弦信号转换成脉冲信号。

4.4 控制系统程序设计

步进电机是由脉冲信号驱动其运动，其运动速率正比于脉冲信号的频率，根据步进电机的参数通过计算求出步进电机运动距离和脉冲个数的关系。步进电机在平面X，Y轴的速度比例可以根据两点坐标距离差值来确定脉冲个数。对于控制电机正反转问题就是对坐标求差的结果做一个判断，差值为负设置电机反转，为正则正转即可。最关键的一个程序设计就是将正弦信号转换为脉冲信号。

5 结果分析

通过理论分析，程序设计，实验测试最终能够较好的按照一定轨迹[3]还原图像，在速度，精度上能够较好的达到一般设计，施工要求。程序比较稳定，能快速搜索邻近点，并能很好的进行电机的控制，输出波形也符合步进电机工作要求。但是针对平面复杂图形还需优化自己的寻点程序，增强精度，对大数据的处理还有待提高，甚至改进更为简洁快速算法。

6 总结

LabVIEW和声卡的平面控制系统具有其强大的发展空间，在系统设计，软件优化上面都可以进一步改进。在现代工业高速发展的时代，我们还需要寻找到更为创新，迅捷，低成本的自动控制系统，提高企业和工厂的运输效率。未来的3D打印技术也会更快更好的发展，LabVIEW和声卡的平面控制系统也许能在发展完善的道路上，对3D打印行业起到不可小觑的作用。

参考文献

[1] 謝志建.PCI声卡WDM驱动程序研究与设计[D].中国地质大学（北京）：计算机应用技术，2005.9-12.

[2] 孙春龙.基于LabVIEW多通道数据采集分析系统开发[D].武汉大学：机械电子工程，2004.7-9.

[3] 凤俊翔，刘维亭，薛铭刚.基于LabVIEW和AutoCAD VBA的运动控制系统.计算机工程与设计，2010，31（23）.