采用LabVIEW的海洋環(huán)境多物理場(chǎng)測量系統設計

三、軟件系統介紹：

1.軟件簡(jiǎn)介：

軟件所使用的開(kāi)發(fā)平臺為NI公司的LabVIEW軟件。LabVIEW是NI公司開(kāi)發(fā)的一種目前應用最廣、發(fā)展最快、功能最 強的圖形化開(kāi)發(fā)平臺。它是一種適合任何編程任務(wù)，具有擴展函數庫的通用編程環(huán)境，定義了數據模型、結構類(lèi)型和模塊調用語(yǔ)法規則等編程語(yǔ)言的基本要素;它的擴展函數庫面向數據采集、GPIB和串行儀器控制，以及數據分析、數據顯示和數據存儲;提供了與遵從GPIB、VXI、RS-232、RS-485協(xié)議的硬件及數據采集卡的全部功能，還內置了TCP/IP，ActiveX等軟件標準的庫函數，不需要編寫(xiě)程序代碼，而是利用編程人員熟悉的術(shù)語(yǔ)，圖表和概念，來(lái)繪制程序流程圖，直觀(guān)清晰，并且包括了常用的程序調試工具，簡(jiǎn)化了程序的開(kāi)發(fā)時(shí)間和難度。

2.編程思路說(shuō)明

本系統的軟件編程主要是需要實(shí)現對各個(gè)物理場(chǎng)采集的控制，按需要的采樣率要求進(jìn)行數據采集;將采集信號傳送到上位機的用戶(hù)界面上，實(shí)時(shí)顯示，方便測試人員對測量體的布放、調試以及對目標的測量。

對于本系統來(lái)說(shuō)，工作的重點(diǎn)是編譯各個(gè)物理場(chǎng)采集控制模塊，并將各采集模塊同姿態(tài)儀控制模塊集成在一起，形成一個(gè)成熟的系統采集控制軟件，可以便捷的對各個(gè)采集模塊進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)的顯示采集結果、存儲數據，更重要的是要讓程序的采集模塊之間即不相互產(chǎn)生沖突，也不會(huì )因為運行速度的問(wèn)題產(chǎn)生丟點(diǎn)和串道。

圖3 程序流程圖

2.1 NI cRIO-9233控制采集部分

利用NI cRIO-9233采集水下物理場(chǎng)交變部分，軟件設計的關(guān)鍵問(wèn)題首先是要保證兩個(gè)NI cRIO-9233的同步，這在Project中通過(guò)設置兩個(gè)cRIO-9233的硬件屬性，可以將兩個(gè)NI cRIO-9233的時(shí)鐘設為同步，達到要求;其次是保證信號不會(huì )產(chǎn)生丟點(diǎn)和串道，根據采樣率的要求，最高要達到10K的采樣率，選擇DMA FIFO的方式，可以解決這個(gè)問(wèn)題。采集到的數據，通過(guò)對DMA的讀取，經(jīng)過(guò)二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉換，進(jìn)行顯示和存儲以及后期的數據處理。同時(shí)，在程序中還集成了錯誤報警，當程序出錯時(shí)，可以及時(shí)的提醒測量人員。

2.2 cRIO-9004與單片機的串口通信

在本系統中，集成了對于海洋環(huán)境物理場(chǎng)直流信號的采集模塊以及姿態(tài)儀與漏水報警的控制和數據采集模塊，利用單片機控制各個(gè)模塊的采集，將信號通過(guò)串口傳給NI cRIO-9004，并在上位機顯示與存儲。

姿態(tài)儀和環(huán)境物理場(chǎng)采集模塊的工作通過(guò)上位機給單片機發(fā)送命令進(jìn)行切換，方便測量人員的觀(guān)測和控制，同時(shí)，當漏水報警啟動(dòng)時(shí)，單片機將傳送報警信號而不再發(fā)送其他信號，通過(guò)對信號的判斷，進(jìn)行軟件報警。

在對水下測量體進(jìn)行布放的時(shí)候，程序發(fā)送姿態(tài)儀工作指令給單片機，然后，讀取串口數據，并按照姿態(tài)儀的數據傳輸格式，將從串口得到的姿態(tài)儀數據提取出來(lái)并顯示，同時(shí)增加報警判斷，根據需要設定姿態(tài)判斷規則，當系統姿態(tài)達到一定的角度，程序開(kāi)始報警。

FPGA.vi的程序部分

圖4 FPGA.vi的程序部分

當水下測量體姿態(tài)穩定之后，通過(guò)程序設定的切換按鈕，給單片機發(fā)送指令，結束姿態(tài)儀數據的采集并發(fā)送穩恒物理場(chǎng)傳感器工作指令，開(kāi)始穩恒物理場(chǎng)的數據采集，根據單片機的數據傳輸格式，讀出串口中的字符串，并將其分解，轉換為10進(jìn)制數值，并根據規則將其換算為實(shí)際的物理量，顯示出來(lái)。

圖5 上位機中DMA的數據讀取和轉換

四、結論

本文討論了基于National Instruments公司的NI CompactRIO控制和采集系統和圖形化的編程開(kāi)發(fā)平臺LabVIEW而構建的海洋環(huán)境多物理場(chǎng)測量系統。由于很好的利用了NI CompactRIO——小巧而堅固的工業(yè)化控制和采集系統靈活，可靠等多項特性，并且結合了LabVIEW這一強大、高效的軟件開(kāi)發(fā)平臺，使得整個(gè)自動(dòng)化控制和采集系統能成功的應用于海洋環(huán)境多物理場(chǎng)的測量中，解決了傳統測量系統體積龐大，靈活性差，且操作繁瑣的難題。這也使海上實(shí)驗變得更加的方便、快捷和易于維護。通過(guò)已研制樣機的實(shí)驗，其多點(diǎn)同測，穩定可靠，實(shí)時(shí)便捷，靈活小巧，低功耗，布放方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，很好地證明了測量系統能夠滿(mǎn)足海上多種物理場(chǎng)實(shí)驗的不同參數要求。該系統的成功開(kāi)發(fā)，也展現了NI公司的虛擬儀器技術(shù)在測試測量領(lǐng)域內的良好應用前景，為今后海洋環(huán)境多物理場(chǎng)測量陣的研制提供了極為有力的參考。