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基于LabVIEW的多功能信号分析处理系统


数采与监测
文章编号:1008--0570(2008)08--1-0100-02

中文核心期刊'微计算机信息>(测控自动化)2008年第24卷第8·1期
,,

基于La bVl EW的多功能信号分析处理系统
Multi-function Signal
Analysis and Pro

cessing System Based
on

Lab

VIEW

(武汉科技大学)陈东方张有清
CHEN Dong-fang ZHANG You-qing

摘要:针对传统仪器功能单一,只能连接有限的独立设备以及价格昂贵等不足,以Lab VIEW为开发工具,采用虚拟仪器技 术及信号处理技术等.开发多功能信号分析与处理系统.该系统主要具有数据采集模块和信号分析与处理模块.该系统有 良好的人机界面,且便于对之维护和功能扩充,具有很强的实用性. 关键词:Lab VIEW;虚拟仪器;数据采集;信号分析与处理 中图分类号:Tlr311;TP274 文献标识码:A

Abstract:Considering the single function of the traditional instrument,connection of limited independent equipments and high price, Muhifunctional Signal Analysis and Processing System is developed by means of the software Lab VIEW and the technology of virtual instrument and signal processing.The system consists of modular data acquisition,signal analysis and processing module.In addition, the system
can

provide

a

friendly man-machine interface and it is also convenient

to

maintain

and expand,with

a

very strong

sense

of practicality.

Key words:Lab VIEW;virtual instrument;data acquisition;signal analysis and processing

引言
Lab

言.故本系统采用NI公司推出的多功能数据采集卡来实现数 据采集功能,保证采集模块的可靠性,如低价位的PEl-6221.数 据采集模块是将信号送到采集卡上.并控制卡进行D/A转换. 由于NI公司的数据采集卡都提供了配套的(DAQ)驱动软 件.实现采集卡的连接,操作管理和资源管理,同时驱动软件提 供交互性良好的界面,因此便于虚拟仪器功能的开发. 1.3系统功能介绍 作为著名的虚拟仪器开发平台.Lab VIEW在信号的发生, 分析和处理上有着非常明显的优势.而本文设计的基于Lab VIEW构建的数据采集和信号处理系统在此基础上,完成对信 号显示,测量,波形存储,时域分析,频域分析以及信号的滤波 处理功能.如图2所示.

VIEW是一个工业标准的图形化开发环境,提供实现

仪器编程和数据采集系统的便捷途径.它结合了图形化编程方 式的高性能与灵活性以及专为测试,测量与自动化控制应用设 计的高端性能与配置功能.能为仪器控制,测量分析与数据显 示等各种应用提供必要的开发工具,被广泛应用于各种行业 中.开发人员都可以通过Lab VIEW创建功能强大的测试,测量 与自动化控制系统.

1系统设计
1.1系统总体结构 系统由如图1测试前端(测试信号);虚拟仪器硬件部分 (数据采集卡,接线板,数据线);虚拟仪器软件(数据采集与信 号处理系统)3部分构成.

图l 1.2系统原理 美国国家仪器(NI)公司开发生产的专用数据采集设备能 够实现高性能,高精度,高速的数据采集要求,并且美国国家仪 器公司开发的Lab VIEW语言是一种基于图形程序的编程语 陈东方:副教授博士 图2

2信号的时域分析
2.1平均值与均方差 平均值与均方差用于测量信号的平均值以及均方差.计算方 法是在信号上加窗,即将原有信号乘以—个窗函数,窗函数的类型

基金项目:省教育厅重点项目(Z枷51伽回
一100—360元,年邮局订阅号:82-946



I露的论文得到两院院士关国

数采与监测
"7""""'7'—'

圣警釜慧篓誓鬻蠹絮喜絮.擞奠耋煮感黝唷4信号的滤波处理
后信号的均值以及均方差值.平均值与均方差模块如图3. 在对信号处理的众多方式中,滤波是最常用的一种,可以 将用户需要频率范围的目标信号从噪声中提取出来,并将无用 的信号去处. 在该模块中主要有巴特沃斯滤波器,切比雪夫滤波器,反 切比雪夫滤波器和贝塞尔滤波器.都可以设置为高通,低通,带 通,和带阻四种模式,并且可以为每一种模式设置其截止频率. 其中反切比雪夫滤波器对带白噪声的正弦信号进行滤波后的 图3 2.2时域和过渡态测量 时域和过渡态测量用以测量信号的时域参数以及过渡态 参数.如频率,周期,占空比以及超调量等. 2.3脉冲测量 脉冲测量(Pulse Me鹊urements)用以测量信号的周期,脉冲 宽度以及信号的占空比,模块如下图4. 刚6 为了便于管理波形.通过Lab VIEW中Waveform 和读取功能.
File I/0

效果如图6所示.

子模块中专门用于波形文件输入和输出vI来完成波形的存储

5结束语
本文是基于Lab VIEW8.0开发设计的多功能信号分析处 理系统,操作简单,功能齐全.具有用户可自定义仪器功能,已 改传统仪器的封闭,仪器问相互配合差,开发与维护开销高等 缺点.此外,在实际使用中,本系统具有性能高,扩展性强,可维
图4

护等特性,具有很强的实用性. 本文作者创新点:该系统采用了虚拟仪器技术及美国国家 仪器公司开发生产的数据采集设备.系统具有高性能,高精度, 高速的数据采集特点,在信号分析处理方面比传统仪器容易操 作,减轻了操作人员的工作量.避免了传统仪器相互间的兼容性 差的缺点,实现了数据的采集,显示,分析,处理,存储等功能.在 维护和升级方面,更加方便,无须考虑更换硬件的兼容性. 参考文献 【1】黄清锋,王碧玉.基于LabVIEW和PCI6514传送机构控制系 统设计.微计算机信息.2006.22—12:25—27. 【2】徐晓彤,王向周,郭建勋.基于LabVIEW的低频虚拟信号源设 计.微计算机信息,2005,21—5:161—162.

3信号的频域分析
有些时间仅仅对信号进行时域分析和处理是不能够反映信号 的全部特征和揭示其全部信息的.这时需要对信号进行频域分析. 3.1快速傅立叶变换 快速傅立叶变换功率谱用以对时域进行快速傅立叶变换. 并计算其功率谱.快速傅立叶变换功率谱密度用以对时域进行 快速傅立叶变换.并计算其功率谱密度. 3.2快速傅立叶变换幅值相位谱 快速傅立叶变换幅值相位谱是对信号进行快速傅立叶变 换,并且计算其幅值谱和相位谱.其模块的前面板如图5.

13]刘君华基于Lab VIEW的虚拟仪器设舌fI电子工业出版社2003.
【4】杨乐甲.虚拟仪器技术概论.电子工业出版社2003. 【5】王磊,陶梅.精通Lab VIEW8.0.电子_[业出版社2007.

作者简介:陈东方(1967一),男,湖北人,副教授,博士,主要研究
方向:科学计算可视化.数值计算方法.图形学与虚拟现实;张 有清(1981一),男,湖jE人,硕士研究生,研究方向:小波的理论 与应用.图形图像,嵌入式.
Biography:CHEN Computer

Science&Technology,

Dong-fang(1967一),male,Hubei,College of Wuhan University of Science
Professor,PhD.Research
area:

图5

&融hnology,Wuhan,Associate
Scientific
and virtual reality.

3.3频率响应函数的时部一虚部谱 频率响应函数的时部一虚部谱.用于针对时域的激励信号及 其响应信号计算其频率响应函数,并计算出其实部谱和虚部谱. 3.4互谱 幅值一相位谱用于做两个时域信号的互谱,并计算其幅值

visualization,Numerical Calculation

Method,Graphics

(430081湖北武汉武汉科技大学计算机学院)陈东方张有清
(College of Computer Science&Technology,Wuhan Universi- ty of Science&Technology,Wuhan,430081)CHEN Dong-fang
ZHANG You-qing

谱和相位谱.
实部一虚部谱也是用于做两个时域信号的互谱,只是计算 其幅值谱和相位谱.

通讯地址:(430081湖北省武汉市武汉科技大学计算机学院)陈东方
(收稿日期:2008.05.23)(修稿Et期:2008.07.15)

IIII!1111II邮局订阏号:82-946 3∞元,年一101—



基于LabVIEW的多功能信号分析处理系统
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 引用次数: CHEN Dong-fang, 张有清, CHEN Dong-fang, ZHANG You-qing 武汉武汉科技大学计算机学院,湖北,430081 微计算机信息 CONTROL & AUTOMATION 2008,24(22) 2次

参考文献(5条) 1.黄清锋.王碧玉 基于LabVIEW和PCI6514传送机构控制系统设计[期刊论文]-微计算机信息 2006(36) 2.徐晓彤.王向周.郭建勋 基于LabVIEW的低频虚拟信号源设计[期刊论文]-微计算机信息 2005(5) 3.刘君华 基于Lab VIEW的虚拟仪器设计 2003 4.杨乐甲 虚拟仪器技术概论 2003 5.王磊.陶梅 精通Lab VIEW8.0 2007

相似文献(10条) 1.期刊论文 吴腾奇.廖伟盛 虚拟仪器系统与Lab VIEW平台 -电子质量2002(1)
介绍了PXI模组仪器平台,以及建立在Lab VIEW平台上的虚拟仪器系统.

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文章将虚拟仪器概念引入石油测试仪器的设计中,设计和实现面向井下仪器的虚拟测试系统,用计算机软件代替传统硬件的分析与显示功能,改变测试 设备体积大,精度差的缺点,对石油仪器的升级换代具有一定的意义.

3.会议论文 胡贵钱.王涵.王菊芳.常非.唐云雁 Lab VIEW虚拟仪器在机械学教学实验中的应用 2005
通过介绍Lab VIEW软件在改进机械原理教学实验中典型的曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构的应用,用以分析Lab VIEW的基本特点及其应用场景.并以此 分析Lab VIEW虚拟实验平台的设计思路,简要分析程序中各模块的作用,以达到Lab VIEW软件在机械原理机械设计课程实验教学中的推广,即利用Lab VIEW软件替代现有实验测试系统中的硬件,来完成机械学教学实验的内容.

4.期刊论文 尚会超.张金林.李勇.SHANG Hui-Chao.ZHANG Jin-Lin.LI Yong 基于虚拟仪器的坯布疵点在线检测系 统 -成组技术与生产现代化2009,26(3)
为了能实时检测坯布产品质量,把坯布疵点缺陷标记出来并进行分类,本文研究了适用于坯布疵点检测的实时检测系统,论述了其硬件结构和软件流程 ,提出了一种基于虚拟仪器的快速有效的检测算法,对采集的图像进行实时分析,处理与识别.结果表明,该系统可以有效地检测出织物的疵点和疵点的类 别.对于每帧4096×4096像素,实际大小为20cm×20cm的图像,检测速度最高可到达90m/min.

5.期刊论文 张锋.ZHANG Feng 利用Lab VIEW平台制作数字电路示教板 -襄樊职业技术学院学报2005,4(4)
在Lab view平台上能快速地制作出数字电路的示教板及仿真演示实验,可以提高教学效果,也可以让学生在计算机屏幕上仿真地进行实验,达到预习实 验的目的.

6.期刊论文 刘洋.赵志洋.王冬蕾.Liu Yang.Zhao Zhi-yang.Wang Dong-lei 基于Lab VIEW的声发射信号小波阈值 去噪研究 -气象水文海洋仪器2007(4)
;虚拟仪器代表着目前测试仪器领域的发展方向,Lab VIEW语言是一种功能强大的仪器开发平台.对淹没在噪声中声发射信号的有效提取(去噪)是声发 射信号处理技术的第一步,也是声发射信号处理的关键所在.本文介绍了基于小波变换的阈值去噪方法.在Lab VIEW平台上,通过仿真试验,对声发射信号的 几种阈值法的去噪结果进行比较,选出一种适合声发射信号去噪的阈值准则.

7.期刊论文 王强.李国臣.王蕊 基于虚拟仪器的植物电信号的测量系统研究 -中国农机化2004(5)
植物电信号是一种相当复杂的微弱信号,根据研究表明,它的幅度在几个pV到几十个mV之间.根据植物电信号的特点,采用虚拟仪器-Lab VIEW技术,开 发了一套植物电信号高速采集与处理系统.该系统采用自适应滤波器,利用LMS算法,通过MATLAB编程完成.实验证明,该系统具有自动化程度高,测试灵活 ,信号采集准确可靠,数据处理能力强等特点.

8.期刊论文 邹文杰.张吉.张雪丽 基于Lab VIEW虚拟仪器技术的重介选自动监控系统设计 -选煤技术2008(3)
文章简要介绍了基于Lab VIEW设计平台的虚拟仪器技术在选煤厂重介选煤过程自动监控系统的初步设计.重介悬浮液的参数设置直接影响实际分选效 果,决定产品的最终质量和产率以及选煤的经济效益,所以要求监控系统可对重介选煤过程的主要参数进行在线监测,图表显示,优化控制,处理和实时 记录,以提高系统的易用性,可扩展性和数据分析处理的性能,为获得良好的工艺效果奠定基础.

9.期刊论文 刘赵荣.王玉春.薛海霞.习艳妮.LIU Zhao-rong.WANG Yu-chun.XUE Hai-xia.XI Yan-ni 基于 LabVIEW的燃烧热测定的化学虚拟仪器 -山西大同大学学报(自然科学版)2009,25(6)
通过利用SWC精密数字温度温差仪的串行接口及LabvIEW强大的数据采集和处理功能.编制了界面友好,操作简便,自动化程度高的燃烧热测定化学虚 拟仪器.文中在介绍解决系统设计关键问题的基础上,重点研讨了将Speil公式处理差热分析实验数据的思想应用于燃烧热实验数据处理的可行性;通过对 Speil公式进行适当的合理改进,并结合Matlab用于数值微分的di仃函数以及LabVIEW中用于数值积分的Numeric Integration.vi 节点,实现了燃烧热的计 算机精确计算.利用该系统进行燃烧热测定实验,获得了满意的结果.

10.期刊论文 齐攀.刘伟平.陈舜儿.黄红斌.QI Pan.LIU Weiping.CHEN Shun'er.HUANG Hongbin 基于Lab VIEW的光 功率计控制系统 -科学技术与工程2006,6(24)

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引证文献(2条) 1.徐利娜.薛瑞.关晓丹 基于labview的汽车尾气检测系统研究[期刊论文]-北华航天工业学院学报 2009(3) 2.王宝珠.杨春英.戴世杰.王金刚.李晓玲 基于虚拟仪器的汽车制动器制动噪声问题的研究[期刊论文]-计量与测试 技术 2008(12)

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