基于labview的串口調(diào)試助手 計算機科學和技術(shù)專業(yè)

基于labview的串口調(diào)試助手目 錄緒論11使用 VISA 實現(xiàn)串行通信11.1串行初始化41.2讀取串行數(shù)據(jù)51.3清空接受字符區(qū)31.4數(shù)據(jù)發(fā)送6 2利用LabVIEW編寫的串口調(diào)試助手53上位數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設計原理73.1串口調(diào)試助手程序設計83.2數(shù)據(jù)處理模塊程序設計94大學校園內(nèi)的物流及闡述最后“100”的問提105基于信息系統(tǒng)的校園物流系統(tǒng)的功能116結(jié)束語15參考文獻17摘 要:LabVIEW是NI公司開發(fā)的圖形化編程開發(fā)平臺,具備強大的實時數(shù)據(jù)處理功能與顯示功能。在 LabVIEW開發(fā)環(huán)境中使用VISA進行串口通信程序編寫具有編程簡單，容易操作等特點。本文開發(fā)了一個串口調(diào)試助手程序,為地質(zhì)儀器開發(fā)過程的串口調(diào)試提供一個較為通用的平臺,協(xié)助開發(fā)人員進行快速調(diào)試,并可為后續(xù)的上位機開發(fā)奠定基礎。關(guān)鍵詞:串口;通信;編程;儀器引言目前,在虛擬儀器領(lǐng)域中最引人關(guān)注的是美國國家儀器公司(NI)開 發(fā) 的LabVIEW(LaboratoryVirtual Instrument Engineering Workbench)軟件平臺,LabVIEW是專為測試測量設計的編程語言,使用了圖形的編程方式,能夠幫助用戶高效和快速的開發(fā)測試應用,已逐漸地成為測試測量行業(yè)標準的軟件開發(fā)平臺。串口是常用的計算機與外部串行設備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道,通過 RS-2 3 2 串口總線與 PC 計算機組成虛擬儀器系統(tǒng),仍是目前虛擬儀器的構(gòu)成方式之一,主要適用于速度較低的測試系統(tǒng),它具有接口簡單、使用方便的特點。常用的地質(zhì)儀器在開發(fā)過程中經(jīng)常會用到串口,本文通過LabVIEW平臺編寫串口調(diào)試助手,用于地質(zhì)儀器開發(fā)過程中串口程序調(diào)試,協(xié)助開發(fā)人員快速調(diào)通串口通訊,并在串口調(diào)試助手的基礎上增加一定的數(shù)據(jù)處理顯示保存等功能,為后續(xù)的上位機開發(fā)奠定基礎。1 使用 VISA 實現(xiàn)串行通信串口通訊是利用虛擬儀器中的 VISA 函數(shù)庫來配置串口,并控制串口發(fā)送接收數(shù)據(jù)。VISA 即虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu),是NI公司開發(fā)的用來與各種儀器總線通信的編程接口,包括 USB、GPIB、串口、CAN 等進行配置、編程和調(diào)試2。對簡單任務的設計者提供了簡單易用的控制函數(shù)集,對復雜系統(tǒng)的組建者提供了非常強大的儀器控制功能與資源管理功能3。在LabVIEW中函數(shù)選板的儀器I/O子選板中的串口(Serial)子選板內(nèi)包含進行串口通信操作的一些功能函數(shù),包括 VISA 配置串口函數(shù)、VISA寫入函數(shù)、VISA 讀取函數(shù)，VISA串口字節(jié)數(shù)函數(shù)。VISA關(guān)閉函數(shù)、VISA串口中斷函數(shù)等一系列函數(shù),運用這些函數(shù)可以滿足串口數(shù)據(jù)寫入、讀取程序的編寫操作4。隨著計算機技術(shù)、軟件技術(shù)等的發(fā)展及其在電子測量技術(shù)與儀器領(lǐng)域中的應用，產(chǎn)生了新的測試理論、測試方法，并且由于計算機技術(shù)和測試技術(shù)的緊密結(jié)合，產(chǎn)生了全新概念的儀器虛擬儀器。在實際生產(chǎn)應用中，虛擬儀器通常包括軟件和硬件兩部分。硬件，即下位機通常就是指具體的儀器，其功能是在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)及對裝置實現(xiàn)特定的控制等，而軟件大多指上位機，用于完成各種數(shù)據(jù)處理。兩者通過相應的通信協(xié)議進行通信。在多普勒流量計整個系統(tǒng)中，以PC為上位機，安裝在油井現(xiàn)場的流量計為下位機。用串口調(diào)試助手模擬流量計對數(shù)據(jù)的采集，由上位機來完成各種數(shù)據(jù)處理功能，如對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的保存、制表、數(shù)據(jù)圖形顯示等。本文以串口調(diào)試助手發(fā)送的數(shù)據(jù)為采集對象，利用 LabVIEW2012 G 圖形化1.1 串行口初始化串行口初始化函數(shù)VISA Configure SerialPor.t VI可以選擇配置串口的信息,選擇COM口、波特率、校驗位和終止字符等信息。1.2 讀取串口數(shù)據(jù)串口數(shù)據(jù)讀取程序如圖2所示,串口屬性節(jié)點Property Node 檢測當前串口輸入字節(jié)數(shù),并返回該字節(jié)數(shù)。在使用 VISA Read節(jié)點讀取串口前,先用 VISABytes at Serial Port節(jié)點檢測當前串口輸入緩存中存在的字節(jié)數(shù),然后由此指定VISA Read節(jié)點從串口輸入緩存中讀取的字節(jié)數(shù),可以保證一次將串口輸入緩存中的數(shù)據(jù)全部讀出。在讀取數(shù)據(jù)之前,先判斷串口緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)是否為 0。如果不是,取數(shù)據(jù)進行處理;如果是,繼續(xù)等待,直至有數(shù)據(jù)為止。1.3 清空接收字符區(qū)如圖3所示,按下“清空接收區(qū)”按鈕,程序進入case 結(jié)構(gòu)的“True”情況,接收字符區(qū)就會被清空。1.4 數(shù)據(jù)發(fā)送2 利用LabVIEW 編寫的串口調(diào)試助手基于LabVIEW編寫的上位機上的串口助手的主要功能是發(fā)送命令信號,可選擇自動發(fā)送或手動發(fā)送,并將接收到的數(shù)據(jù)曲線顯示。具體功能如下:串 口 可 變:設 置 了 COM1、COM2、COM3、COM4 共四個串口,通過系統(tǒng)組合框(System combo box)選擇設置;波特率可變:波特率從3 00 115 200可任意選擇,通過系統(tǒng)組合框選擇設置:設置好串口和波特率后,點擊“打開串口”按鈕或按下快捷鍵 F2,即可打開對應串口進行通訊,此時指示燈由暗變?yōu)榱辆G色;設置好保存數(shù)據(jù)的路徑和格式后,點擊“保存”按鈕或按下快捷鍵 F3,程序從當前開始,保存后面所有接收到的數(shù)據(jù);接收到的字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)值實時顯示在圖形面板;可以將實時顯示的波形放大、縮小,或查看局部的波形;點擊“清空接收區(qū)”按鈕或按下快捷鍵 F4,可清空接收區(qū)的字符。隨著計算機技術(shù)、軟件技術(shù)等的發(fā)展及其在電子測量技術(shù)與儀器領(lǐng)域中的應用，產(chǎn)生了新的測試理論、測試方法，并且由于計算機技術(shù)和測試技術(shù)的緊密結(jié)合，產(chǎn)生了全新概念的儀器虛擬儀器。在實際生產(chǎn)應用中，虛擬儀器通常包括軟件和硬件兩部分。硬件，即下位機通常就是指具體的儀器，其功能是在現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)及對裝置實現(xiàn)特定的控制等，而軟件大多指上位機，用于完成各種數(shù)據(jù)處理。兩者通過相應的通信協(xié)議進行通信。在多普勒流量計整個系統(tǒng)中，以Pc為上位機，安裝在油井現(xiàn)場的流量計為下位機。用串口調(diào)試助手模擬流量計對數(shù)據(jù)的采集，由上位機來完成各種數(shù)據(jù)處理功能，如對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的保存、制表、數(shù)據(jù)圖形顯示等。本文以串口調(diào)試助手發(fā)送的數(shù)據(jù)為采集對象，利用 LabVIEW2012 G 圖形化編程語言來編寫一個串口調(diào)試助手和數(shù)據(jù)處理兩個模塊 , 從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取及保存 , 數(shù)據(jù)提取及轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示等的功能。3 上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設計原理由于上位機程序的設計開發(fā)與多普勒流量計的硬件設計開發(fā)的進度不是同步的，所以為了測試上位機程序，其所處理的數(shù)據(jù)需要由虛擬串口來提供。如圖1所示，為多普勒流量計的上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程圖。該系統(tǒng)的工作原理是通過 Virtual Serial Port Driver 6.9 by Eltima Software 配置虛擬通信串口，使整個上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以在一臺電腦上進行調(diào)試。打開串口調(diào)試助手，根據(jù)上面設定的虛擬串口和相應的通信協(xié)議對齊進行配置，然后將一幀幀相應的數(shù)據(jù)寫入發(fā)送區(qū)，然后打開串口，點擊發(fā)送，運行相應LabVIEW行。在其串口調(diào)試助手模塊中，進行與PC機上串口調(diào)試助手相應的配置，既可以接收到數(shù)據(jù)，此外該串口調(diào)試助手模塊還可以將數(shù)據(jù)保存，從而可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的回調(diào)。數(shù)據(jù)處理模塊將接受來的數(shù)據(jù)進行相關(guān)處理。數(shù)據(jù)是以字符串的形式進行讀取的，而根據(jù)本文所要求處理的數(shù)據(jù)只是每一幀數(shù)據(jù)的幾個字節(jié)，因此需要提取相應的字符串，并且進行相應的數(shù)據(jù)圖表顯示等，實現(xiàn)基本的上位機數(shù)據(jù)處理功能。圖 6 多普勒流量計的上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程圖圖 7 串口調(diào)試助手前面板4 LabVIEW 程序設計3.1串口調(diào)試助手程序設計串口調(diào)試助手的作用是根據(jù)相關(guān)的通信協(xié)議，設置相應的串口號、波特率、校驗位等與 PC 打開的串口調(diào)試助手進行全雙工通信，即可同時進行接收和發(fā)送。串口調(diào)試助手包括三個部分 :串口參數(shù)設置模塊，發(fā)送模塊和接受模塊。串口調(diào)試助手前面板如圖2所示。串口調(diào)試助手的程序如所示。在串口參數(shù)設置模塊中，用戶可以利用前面板的下拉菜單來選擇通訊所需要的串口號，COM1，波特率 9600，無校驗位。發(fā)送模塊包括發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)，發(fā)送數(shù)據(jù)的顯示方式、發(fā)送數(shù)據(jù)的方式，如自動、手動、定時發(fā)送等，清空發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)的模塊。而相應的接受模塊也具有相應的功能。此外接受模塊還具有數(shù)據(jù)保存的功能。通過設置保存文件的位置，點擊保存按鈕即可實現(xiàn)文件的保存功能。3.1數(shù)據(jù)處理模塊程序設計數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)據(jù)的讀取、數(shù)據(jù)提取及處理及相應的表格圖表顯示，其相應的數(shù)據(jù)處理模塊程序如圖所示。其中數(shù)據(jù)讀取就是將PC上的串口調(diào)試助手發(fā)送的數(shù)據(jù)，讀取方式有兩種 ：一種是通過打開保存數(shù)據(jù)文件來讀取，另一種是通過同步顯示來讀取數(shù)據(jù)。下圖所示程序中采用的是第一種方法。數(shù)據(jù)提取及處理則采用的是將字符串數(shù)據(jù)文本轉(zhuǎn)換為字符串數(shù)組在通過for循環(huán)對字符串數(shù)據(jù)進行截取，并通過相應的的算法、格式轉(zhuǎn)換等來。圖8數(shù)據(jù)處理模塊程序圖9串口調(diào)試助手程序表 1 數(shù)據(jù)幀格式圖 10 多普勒流量計的上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)前面板趨勢曲勢測試結(jié)果圖5 測試結(jié)果多普勒流量計與上位機的通訊電平為 rs232, 波特率為 9600, 數(shù)據(jù)位為 8 , 停止位為 1, 無校驗位 , 數(shù)據(jù)幀的格式如表 1 所示。按照該協(xié)議將串口調(diào)試助手及LabVIEW 程序進行相應的設置。在串口的發(fā)送區(qū)根據(jù)相應的數(shù)據(jù)幀協(xié)議，寫入相應的一組數(shù)據(jù)幀，如 3A 44 4A 00 0C 41 CE6A EA 3F 79 0F 03 00 00 00 00 30 30 30 3030 0D 0A 等，手動點擊發(fā)送。在 labVIEW的串口調(diào)試模塊的接收區(qū)，可以看到相應的一幀幀數(shù)據(jù)顯示。將該數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊經(jīng)過相應的處理，含水率和測量電壓值顯示在波形圖表和表格中。6 大學校園內(nèi)的物流及闡述最后“100”的問題1 在物流運輸過程中“，最后 100 米”是指運輸貨物到達終點站，將貨物從快遞員派送給收件人的最后一段路程。在這短短的一段路程中，可能因為派送時間不合適導致收件人無法及時取件，導致重復派送，增加快遞公司營運成本。在大學校園內(nèi)，這個問題尤其突出。經(jīng)過作者在校園物流方向的前期調(diào)查，發(fā)現(xiàn)目前校園物流中存在的主要問題有以下幾點 ：2 對學校而言，由于學校土地面積有限，校園并未規(guī)劃快件放置區(qū)域，導致快遞員在校園內(nèi)擺地攤現(xiàn)象。對快遞公司而言?？旒伤蜁r間常與學生上課時間沖突，學生無法在第一次派件時簽收快件，快遞員需對快件進行重復配送，導致配送成本增加，也提高了快件丟失的風險。另外，快遞公司規(guī)定了快遞員每日配送的數(shù)量和配送時間，快遞員為了趕時間催促學生取件，導致服務評價不好，影響快遞公司形象。3）對取件學生而言。平日課程較緊湊，能夠取件的時間和快遞員要求取件的時間不吻合，因此無法在當日取件，服務體驗因此會下降。7 基于信息技術(shù)的校園物流系統(tǒng)的功能通過前期的研究，作者發(fā)現(xiàn)，中國人民大學設立的“校園 100”物流系統(tǒng)，對于校園物流“最后 100 米”優(yōu)化具有借鑒意義。本文在對“校園 100”的研究基礎上，理中心進行問題溝通。最后由后臺分析系統(tǒng)收集所有數(shù)據(jù)并對收取件過程進行分析。該系統(tǒng)的功能主要是：1 錄入取件學生的信息，進行學生信息存檔。收集的信息包括：快件的物流信 息（可直接掃描快遞單上的條形碼）、快件的大小、種類、收件人從系統(tǒng)發(fā)出短信通知到最后取件所用時間、收件人的聯(lián)系方式、 姓名、宿舍號、收件人的反饋等等。其中，收件人寢室號的錄入，方便日后校園物流系統(tǒng)將快件直接送到寢室。其他各類信息的錄入體現(xiàn)了大數(shù)據(jù)的基本思想， 有利于后期進行后臺數(shù)據(jù)分析。2 問題件處理中心。取件學生發(fā)現(xiàn)快件有問題或者想要拒收快件可以直接向問題件處理中心反應，有專職人員對該類快件進行處理。上述 1）中進行的信息錄入后，可以直接在信息系統(tǒng)中查詢到寄件人的地址和信息，直接聯(lián)系寄件人進行問題溝通。如若是在物流中轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的問題，也可直接致電快遞公司。3 快遞查詢接口。這是指在校園物流系統(tǒng)中外接入校園物流 APP 或微信平臺，在平臺中內(nèi)置快遞查詢功能，可供學生查詢快件物流信息、問題件處理情況。同時， 學生們的反饋意見可以直接通過微信平臺提出。為虛擬儀器的開發(fā)工具，使我們能夠在計算機上按照自己的需求設計相應的儀器，實現(xiàn)所需功能。事實證明，虛擬儀器開發(fā)時間短，技術(shù)要求，方便靈活，適用于測試領(lǐng)域。圖 11 多普勒流量計的上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)前面板圖表測試結(jié)果圖近年來，隨著國家對環(huán)衛(wèi)工作的逐漸重視，既有垃圾自卸又能裝卸箱體的拉臂式垃圾車受到了人們的關(guān)注。拉臂機構(gòu)是拉臂式垃圾車的核心部件，對其運行狀態(tài)進行監(jiān)測，以保證設備運行的可靠性、穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的檢測儀器不僅體積大、功能固定、不易擴展，而且成本高、技術(shù)更新時間長，已不能滿足現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的需求。美國國家儀器公司提出的虛擬儀器技術(shù)，使儀器軟件化，可實現(xiàn)儀器功能自定義、靈活擴展，其開發(fā)周期短、成本低、適用范圍廣。本文以垃圾車拉臂機構(gòu)為主要研究對象，在硬件系統(tǒng)設計的基礎上，基于虛擬儀器技術(shù)開發(fā)拉臂機構(gòu)虛擬檢測平臺，并對其軟、硬件方面進行調(diào)試。本研究主要內(nèi)容包括：垃圾車拉臂機構(gòu)檢測平臺硬件系統(tǒng)開發(fā)。硬件系統(tǒng)主要用于信號的采集、轉(zhuǎn)換和傳輸，由傳感器、信號調(diào)理電路及數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成。依據(jù)拉臂機構(gòu)工作原理，選擇兩個液壓缸的行程以及舉升液壓缸的壓力為檢測對象，通過傳感器和信號調(diào)理電路將被測物理量轉(zhuǎn)換為標準電壓信號輸出。數(shù)據(jù)采集卡可將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸給上位機，考慮成本問題，本文選擇USB-mini DAQ。該數(shù)據(jù)采集卡的主要功能模塊為A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換、單片機控制電路和USB通信接口。其所用PIC16F877嵌入式芯片不僅具有普通單片機功能，還內(nèi)嵌了10位8通道的A/D轉(zhuǎn)換模塊。與上位機通信采用USB接口形式，保證傳輸效率的同時，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡的即插即用。基于虛擬儀器技術(shù)的拉臂機構(gòu)檢測平臺軟件系統(tǒng)開發(fā)。軟件系統(tǒng)主要用于數(shù)字信號的處理和顯示，利用LabVIEW強大的軟件功能，模塊化的設計思想，分任務編制相應程序。整個軟件系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集、信號預處理、數(shù)據(jù)管理、時域分析和結(jié)果顯示五個功能模塊。在程序框圖中編制各模塊程序，用戶通過前面板的輸入控件操作檢測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集處理后的結(jié)果在前面板顯示控件中顯示。調(diào)試拉臂機構(gòu)虛擬儀器檢測平臺。借助串口調(diào)試助手，驗證了數(shù)據(jù)采集卡與計算機通信正常，運行穩(wěn)定。通過搭建電路采集模擬信號，觀察前面板各顯示控件輸出的結(jié)果，調(diào)試LabVIEW軟件系統(tǒng)。根據(jù)各功能模塊實現(xiàn)的結(jié)果，驗證了檢測平臺的可行性和可靠性。利用尾氣分析儀的串口通訊功能,基于Labview實現(xiàn)FGA-4100尾氣檢測儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā),借助串口調(diào)試助手完成系統(tǒng)調(diào)試,并通過臺架尾氣測試實現(xiàn)系統(tǒng)驗證.該系統(tǒng)可控制尾氣檢測儀的開泵、調(diào)零和關(guān)泵,并實現(xiàn)5種氣體含量、過量空氣系數(shù)、溫度、轉(zhuǎn)速的實時采集、顯示、存儲和回放功能.該系統(tǒng)運行良好、準確可靠。利用FGA-4100廢氣檢測儀的串行通信功能，開發(fā)了基于實驗室視圖的廢氣檢測儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)調(diào)試在串行調(diào)試助手的幫助下完成，系統(tǒng)驗證通過臺架試驗完成。該系統(tǒng)可控制排氣檢測器的泵送、調(diào)零和停泵，實現(xiàn)五種氣體含量、過量空氣系數(shù)、溫度和發(fā)動機轉(zhuǎn)速的實時采集、顯示、存儲和回放。系統(tǒng)運行良好、準確、可靠。水稻產(chǎn)量與水稻育種的關(guān)系密切，水稻育種過程中需要利用到水稻產(chǎn)量信息對所培育的水稻品種進行評價、篩選和鑒定。水稻新品種測產(chǎn)驗收時通常的做法是先將稻谷曬干（或烘干）、揚凈后再過秤，然后按13.5（秈稻）或14%（粳稻）的含水率折算成標準產(chǎn)量后加以比較。因此研究水稻重量和含水率的數(shù)據(jù)采集方法，搭建一套易操作、低成本、適用性強的水稻產(chǎn)量信息采集系統(tǒng)對水稻育種問題的研究具有重要的科學意義。本文基于LabVIEW軟件平臺，結(jié)合天平、串口轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集卡和傳感器變送器，構(gòu)建了水稻產(chǎn)量信息采集系統(tǒng)，完成了水稻重量信息和含水率信息數(shù)據(jù)的采集程序設計，進行了水稻重量和含水率檢測方法的研究，建立了傳感器標定模型。主要研究結(jié)論如下：以NI公司的2010版LabVIEW為軟件設計平臺，開發(fā)了方便易用、經(jīng)濟合理、安全可靠、適用范圍廣的信息采集系統(tǒng)。依據(jù)標準產(chǎn)量折算對水稻重量和含水率兩個信息參數(shù)的需求，選擇了LT601型精密電子天平，Edgeport型USB-串口轉(zhuǎn)換器和HSTL-102S型溫濕度傳感器變送器，NI USB-6003型數(shù)據(jù)采集NES-150-24型開關(guān)電源，搭配HP Compaq6531s型筆記本電腦，分別對兩個參數(shù)進行了采集。系統(tǒng)中重量和含水率信息采集硬件設備搭配靈活、互換性強、安裝維護便利。通過VISA函數(shù)編寫串口控制程序，結(jié)合串口調(diào)試助手應用程序?qū)μ摂M串口的調(diào)試，解決了串口通信問題，完成了水稻重量信息采集程序的設計，能快速讀取電子天平稱量的數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)的保存。通過在NI MAX中先建立采集任務，再利用任務直接生成代碼并結(jié)合實際進行修改調(diào)試的方式，編寫了傳感器輸出電壓值采集程序。從533份水稻核心種質(zhì)資源中隨機取出10份不同編號的水稻樣本，利用DHG-06-600B型電熱恒溫鼓風干燥箱和SIN-LS01型糧食水分儀，以及編寫的重量和電壓值采集程序，考察了水稻重量和含水率、傳感器響應時間對傳感器響應的影響，確定了重量大的樣本電壓輸出值相對大；合理傳感器響應穩(wěn)態(tài)值的數(shù)據(jù)采集時長為5min；樣本含水率值和傳感器輸出值間存在線性關(guān)系。分別采集10份樣本泡水前后不同情況下的含水率值、重量值和電壓值共40份。利用IBM SPSS Statistics20版統(tǒng)計軟件對采集到的數(shù)據(jù)進行多元回歸分析，建立了傳感器輸出與水稻含水率值之間的回歸方程 xY?0.417?0.322。利用建立的回歸方程中電壓值與含水率值的轉(zhuǎn)換關(guān)系，結(jié)合任務直接生成代碼的方式，編寫了水稻含水率信息采集程序，能快速采集含水率信息并保存。抽取隨機的250份水稻核心種質(zhì)資源樣本，其中秈稻98份，粳稻42份，分三批六組進行泡水前后產(chǎn)量信息采集實驗，共采集數(shù)據(jù)445份。以天平和水分儀測取的樣本不泡水狀態(tài)下的重量和含水率值為基準值，對泡水前的含水率信息進行分析得絕對誤差基本小于2，相對誤差基本小于15%；對泡水后的含水率信息分析得，秈稻的絕對誤差基本小于6，相對誤差基本小于30%，粳稻的絕對誤差基本小于10，相對誤差基本小于20%。結(jié)合標準產(chǎn)量折算公式0?0?111.1561 YWW?（秈稻）和0?0?111.1628 YWW?（粳稻），對泡水后的產(chǎn)量信息分析得，秈稻的絕對誤差基本小于15，相對誤差基本小于15%，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)折算的產(chǎn)量與基準值折算的基準產(chǎn)量擬合系數(shù)為0.979；粳稻的絕對誤差基本小于15，相對誤差基本小于15%，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)折算的產(chǎn)量與基準值折算的基準產(chǎn)量擬合系數(shù)為0.987。LabVIEW是 NI公司開發(fā)的圖形化編程開發(fā)平臺，具備強大的實時數(shù)據(jù)處理功能與顯示功能。在 Lab-VIEW 開發(fā)環(huán)境中使用VISA進行串口通信程序編寫具有編程簡單、容易操作等特點。本文開發(fā)了一個串口調(diào)試助手程序，為地質(zhì)儀器開發(fā)過程的串口調(diào)試提供一個較為通用的平臺，協(xié)助開發(fā)人員進行快速調(diào)試，并可為后續(xù)的上位機開發(fā)奠定基礎。基于Arduino的智能廠房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，是以Ardunio控制板以及模塊為下位機，PC為上位機實時對廠房的溫度以及濕度進行監(jiān)控，并可對溫濕度設定報警值，現(xiàn)場以及PC上位機發(fā)出聲光報警的系統(tǒng)。系統(tǒng)的硬件由Arduino Uno控制板，RS485擴展板，W5100擴展板，LM35溫度傳感器，DS18B20數(shù)字型溫度傳感器，DHT11數(shù)字型溫濕度傳感器以及PC上位機支持，軟件部分由Arduino IDE，Protues，Eagle，LabVIEW，虛擬串口助手以及串口調(diào)試助手支持。其中，下位機通過Arduino+RS485模塊，可實現(xiàn)遠距離，有線的無網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸;通過Arduino+W5100以太網(wǎng)擴展板，接入路由器，實現(xiàn)遠距離網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸。上位機采用LabVIEW VISA串口函數(shù)庫與RS485模塊，TCP/IP協(xié)議函數(shù)庫與W5100模塊實現(xiàn)通訊編程，數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)保存，報警值設定，聲光報警功能，Protues軟件對硬件電路進行仿真，Eagle軟件繪制電路板。智能廠房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的溫濕度計，廠房環(huán)境參數(shù)智能采集，溫濕度聲光報警，具有代替人工，效率高，使用方便，可控性強等特點。伴隨著我國軍事力量的不斷強大，在相關(guān)領(lǐng)域的前沿科學技術(shù)得到了很大的提高。其中陀螺穩(wěn)定云臺作為眾多武器裝備中必不可少的一項，其相關(guān)技術(shù)得到了眾多科研人員的關(guān)注和研究。陀螺穩(wěn)定云臺的主要功能是通過陀螺儀敏感載體相對慣性空間的擾動角速率，并通過控制器不斷的調(diào)整伺服系統(tǒng)，使得云臺搭載的光電設備的視軸保持相對慣性空間穩(wěn)定，并根據(jù)搭載光電設備的不同，來實現(xiàn)例如探測，跟蹤，信息對抗等不同的功能。本文主要設計了基于光纖陀螺的穩(wěn)定云臺，并對光纖陀螺和云臺控制系統(tǒng)進行了相關(guān)的研究，并對實際系統(tǒng)進行了調(diào)試。論文工作主要包括以下幾個方面：本文首先介紹了國內(nèi)外關(guān)于陀螺穩(wěn)定云臺的研究現(xiàn)狀與關(guān)于云臺控制的相關(guān)算法；在研究了陀螺穩(wěn)定云臺控制結(jié)構(gòu)的基礎上，從理論上分析了穩(wěn)定云臺隔擾動的原理；本設計選用DSP28335作為核心的控制器件，并對云臺系統(tǒng)相關(guān)的硬件電路進行了器件選擇，借助cadence軟件對硬件電路進行了設計與實現(xiàn)。其次，作為本次設計的另外一個核心部件光纖陀螺，其性能的好壞直接影響了云臺系統(tǒng)的穩(wěn)定精度。本文研究了光纖陀螺的工作原理，針對本次的要求設計完成了光纖陀螺的標定試驗；根據(jù)光纖陀螺的溫度特性，建立了光纖陀螺的溫度模型，在此基礎上設計完成了光纖陀螺的溫度實驗，并對陀螺輸出進行了溫度補償?shù)姆抡骝炞C，補償后光纖陀螺的溫漂特性得到了明顯的抑制，取得了很好的效果；因為反饋敏感元件光纖陀螺的噪聲是影響系統(tǒng)精度的另外一個重要因素，結(jié)合信號的特點和穩(wěn)定云臺的設計要求，提出了法拉依達準則，以及IIR數(shù)字低通濾波和小波變換閾值濾波的方法，并對濾波算法進行了仿真分析與對比。最后，根據(jù)各控制環(huán)節(jié)的數(shù)學模型建立了控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，針對穩(wěn)定速率環(huán)設計了傳統(tǒng)PID控制器，對于傳統(tǒng)校正方法存在問題，運用滑模變結(jié)構(gòu)控制算法設計對位置跟蹤環(huán)控制器進行了設計與仿真，跟蹤回路仿真結(jié)果表明，采用指數(shù)趨近律型的滑模變結(jié)構(gòu)控制設計的控制器比傳統(tǒng)校正設計方法有更好的調(diào)節(jié)效果，對摩擦干擾有很好的魯棒性；在此基礎上對穩(wěn)定云臺系統(tǒng)的硬件、軟件進行了調(diào)試，根據(jù)調(diào)試需要利用Qt和Labview軟件編寫了串口調(diào)試助手及上位機軟件，對實驗結(jié)果分析的同時，提出了設計存在的不足與系統(tǒng)的作為一種有效緩解城市人口出行壓力的方式，城市軌道交通目前正在飛速發(fā)展。變流器是城軌車輛最重要的核心組成部分，而與其相關(guān)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)及通信系統(tǒng)都是保障城軌車輛在調(diào)試和運行階段的安全可靠、高效及智能化的重要因素。針對這兩個方面，論文以“十一五”國家科技支撐計劃重點項目“城市軌道交通能饋式牽引供電系統(tǒng)及牽引傳動系統(tǒng)研制”為背景展開研究。依據(jù)城軌車輛變流器的結(jié)構(gòu)特征及工作原理，分析了其中的A/D數(shù)據(jù)采集對電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制和車輛的通信系統(tǒng)的影響及重要性，在此基礎上，提出了對車輛變流器數(shù)據(jù)采集的需求分析。總結(jié)了現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集技術(shù)的弊端，采用一種基于Delta-Sigma A/D二階調(diào)制并基于FPGA使用VHDL硬件描述語言編程實現(xiàn)的三階Sine數(shù)字濾波的新型數(shù)據(jù)采集方法。經(jīng)仿真和實驗驗證，這種新型的A/D數(shù)據(jù)采集方法具有高分辨率、高速率、低延時及抗干擾的良好性能，能夠滿足車輛變流器對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求。針對車輛變流器的通信系統(tǒng)提出了網(wǎng)絡接口和存儲方面的需求分析?；贏ltera公司強大的NIOS嵌入式軟核處理器以及與其相關(guān)的Avalon總線架構(gòu)和接口規(guī)范，結(jié)合車輛變流器的底層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計和系統(tǒng)硬件資源，基于Quartus和Qsys工具自定制IP核并對全部硬件IP模塊進行添加、設置與連接，最終生成以NIOS CPU為核心的硬件系統(tǒng)?；贓clipse開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)NIOS硬件系統(tǒng)與上層軟件程序之間的連接，且在硬件系統(tǒng)基礎上完成軟件程序的設計，實現(xiàn)RS232串口通信、以太網(wǎng)通信、LPC總線通信以及FLASH的讀寫操作等功能。將車輛變流器的數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)同上位機的串口調(diào)試助手、虛擬示波器以及Labview車輛調(diào)試界面相結(jié)合，最終能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛變流器工作狀態(tài)的實時監(jiān)控，完成車輛變流器與其他系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸與存儲，確保車輛變流器在調(diào)試運行階段以及日常維護維修階段的方便性與可靠性。結(jié)束語LabVIEW 是一種圖形化編程語言,專門用于計算機測控技LabVIEW 內(nèi)置了串口通信的 8個功能函數(shù),可以分別實現(xiàn)串口初始化、串口寫、串口讀、檢測串口緩存、中斷以及關(guān)閉串口等功能。使用串口通信方式對儀器進行控制具有簡單易行、成本低的優(yōu)點,希望本文對串口節(jié)點的分析可作為串口通信程序設計的參考。本文通過使用 LabVIEW 為開發(fā)平臺設計的多普勒流量計的上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取，其數(shù)據(jù)處理并進行相應的圖表顯示等的功能，并且給出了相應的 LabVIEW 的部分程序框圖及前面板。由測試結(jié)果可表明 ：該上位機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)準確、界面簡潔形象、性能穩(wěn)定、效率高、實時存儲保存顯示、易于調(diào)試等特點。隨著人類社會的進步與科學技術(shù)的發(fā)展,計算機技術(shù)在民用和工業(yè)控制領(lǐng)域的作用愈顯示出其魅力。特別是串行通信技術(shù),已成為實現(xiàn)生產(chǎn)自動化,提高生產(chǎn)力,減輕勞動強度的有效手段。串口通信1是一種在計算機與計算機之間或計算機與外圍設備之間傳送數(shù)據(jù)的常用方法。串行通信使用計算機內(nèi)建的串口,用戶無需再購買任何特殊硬件,只要一根串口線就可以達到發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的目的,而且不失測試的準確性。但傳統(tǒng)的串口調(diào)試采用高級語言,程序代碼冗長,不便進行功能拓展。如果對串口數(shù)據(jù)進行分析2,則需推翻原有程序結(jié)構(gòu),重新編制代碼。圖形化編程語言 LabVIEW 的出現(xiàn)為串口調(diào)試與數(shù)據(jù)分析帶來了極大方便。本文開發(fā)了基于 LabVIEW 的串口調(diào)試軟件,并給出了在該軟件基礎上擴展串口數(shù)據(jù)分析模塊。目前,在虛擬儀器領(lǐng)域中最引人關(guān)注的是美國國家儀器公司(NI)開發(fā)的 LabVIEW(LaboratoryVirtual Instrument Engineering Workbench)軟件平臺,LabVIEW 是專為測試測量設計的編程語言,使用了圖形化的編程方式,能夠幫助用戶高效和快速的開發(fā)測試應用,已逐漸地成為測試測量行業(yè)標準的軟件開發(fā)平臺1。串口是常用的計算機與外部串行設備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道,通過 RS-232 串口總線與 PC 計算機組成虛擬儀器系統(tǒng),仍是目前虛擬儀器的構(gòu)成方式之一,主要適用于速度較低的測試系統(tǒng),它具有接口簡單、使用方便的特點1。常用的地質(zhì)儀器在開發(fā)過程中經(jīng)常會用到串口,本文通過 LabVIEW平臺編寫串口調(diào)試助手,用于地質(zhì)儀器開發(fā)過程中串口程序調(diào)試,協(xié)助開發(fā)人員快速調(diào)通串口通訊,并在串口調(diào)試助手的基礎上增加一定的數(shù)據(jù)處理顯示保存等功能,為后續(xù)的上位機開發(fā)奠定基礎本文主要研究目標是在虛擬儀器上搭建垃圾車拉臂機構(gòu)檢測平臺。為實現(xiàn)系統(tǒng)的整體檢測功能，對系統(tǒng)的軟、硬件方面進行了分別開發(fā)。1)通過對拉臂機構(gòu)工作原理的分析，確定所檢測的具體對象為兩個位移量，一個壓力。根據(jù)被測量的具體形式，選擇合適的位移傳感器和壓力傳感器將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵觥Ｓ捎谒x傳感器輸出信號形式不同，需設計相應的轉(zhuǎn)換電路，將不同的輸出轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標準的電壓信號，與后續(xù)數(shù)據(jù)采集卡的要求相匹配，充分發(fā)揮DAQ的功能。由于計算機不能識別模擬信號，需通過數(shù)據(jù)采集卡將電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號傳輸給上位機。信號的處理、分析及顯示是在LabVIEW編制的軟件程序中進行。2)針對本文檢測信號的數(shù)目及精度要求，選擇能多通道分時采集、轉(zhuǎn)換信號的AD轉(zhuǎn)換器。隨著USB接口技術(shù)的發(fā)展，便攜式的端口形式越來越受到人們歡迎，USB20的傳輸率己能達至tJ480Mbps。綜合考慮整體系統(tǒng)需求，選擇了一款功能強大、價格實惠的USBmini DAQ。此數(shù)據(jù)采集卡主要是由單片機、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB接口芯片三部分構(gòu)成。單片機是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制部件，采用Microchip公司研發(fā)的嵌入式MCU一一PICl6F877控制整個系統(tǒng)的運行。其內(nèi)嵌的10位8通道逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊可實現(xiàn)多路分頻作業(yè)，滿足采集系統(tǒng)的要求。采集卡與上位機通信是通過Prolific公司研發(fā)制造的PL2303HX便攜式USB接口芯片，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡的即插即用，簡單實用。3)數(shù)據(jù)采集卡輸出的信號在計算機中進行相應的處理、分析，并將結(jié)果顯示出來，這就需要用LabVIEW軟件編制相應程序。采用模塊化的思想分析軟件所需實現(xiàn)的功能，對各功能模塊分別設計。前面板是人機交互的界面，為便于用戶的操作，整體界面簡單明了，與傳統(tǒng)儀器操作習慣相符合。程序框圖是整個系統(tǒng)功能程序的搭建平臺，采用狀態(tài)機的編程方法，編制程序的每個功能模塊。數(shù)據(jù)采集卡接入計算機后要能實現(xiàn)與LabVIEW的通信，并對串口初始化。通過發(fā)送地址指令控制采集卡采集、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并將結(jié)果返回軟件系統(tǒng)進行后續(xù)處理?？紤]外界各種干擾因素，設置了數(shù)字濾波器濾除原始信號中的無用成分。采集卡采集到的只是傳感器輸出的電信號，需將電信號轉(zhuǎn)換為原始物理信號在前面板顯示出來。除了波形顯示，還需計算出信號的某些特征參數(shù)，利用LabVIEW中的時域分析模塊對信號進一步處理。將原始波形儲存至計算機，可通過讀取模塊將數(shù)據(jù)調(diào)出用以顯示完整波形。41拉臂機構(gòu)檢測平臺軟硬件系統(tǒng)開發(fā)完成之后，為保證整個系統(tǒng)的準確運行需對各部分進行分別驗證。數(shù)據(jù)采集卡通過串口調(diào)試助手向單片機發(fā)送指令，在接收區(qū)顯示出采集卡返回的數(shù)據(jù)，這說明采集卡的運行是正常的。LabVIEW軟件部分則通過具體的信號輸入驗證其各功能模塊能否完成任務。將3個電信號接入數(shù)據(jù)采集卡，并與LabVIEW建立通信關(guān)系。運行程序后，通過點擊界面上的“開始采集”布爾控件，在波形圖中可以看到采集的波形。點擊“保存數(shù)據(jù)”布爾控件實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時存儲。點擊“加載數(shù)據(jù)”布爾控件，可查看保存后的完整波形。整個系統(tǒng)各功能模塊的正常顯示，標志著所開發(fā)的拉臂機構(gòu)虛擬儀器檢測平臺是可行有效的。本文所研發(fā)的拉臂機構(gòu)虛擬儀器檢測平臺能實現(xiàn)設備運行狀況的實時監(jiān)控，但還可基于虛擬儀器強大的功能擴展系統(tǒng)性能。因此本課題還可進行如下展望：1)拉臂機構(gòu)是聯(lián)動裝置，自由度為1，根據(jù)液壓缸的位移可計算出機構(gòu)中其它部件的運動形式，并在LabVIEW中顯示相應的運動過程。2)本文只研究了信號的采集及處理，后續(xù)還可加上控制模塊，對拉臂機構(gòu)的運動狀態(tài)進行相應控制。3)本文選取的數(shù)據(jù)采集卡只能采集變化速度不快的信號；由于只有一個AD轉(zhuǎn)換模塊，不能實現(xiàn)多路信號的同時采集、轉(zhuǎn)換；USB接口芯片的傳輸率只有12Mbps，不能跟上更先進的USB技術(shù)。為擴展其應用性，可選用性能更優(yōu)的數(shù)據(jù)采集卡，使整體系統(tǒng)的工作效率得以提高。參考文獻:1 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