船电技术|应用研究 Vol.30 No.5 2010.5 42 基于 LabVIEW 的数据回放技术 姜波 陈馨 张聪 付志超 (中国船舶重工集团公司七一二研究所,武汉 430064) 摘要:美国 NI 公司开发的 LabVIEW 是一种真正意义上的图形化编程语言,以其界面友好、开发周期短、 功能强大在世界范围内得到广泛应用.本文借助于该平台开发出非线性条件下电能测试系统的数据回放软 件.该软件功能丰富,界面简洁,操作方便,可再现实时采集的数据,为设备输出参量计算与监控、系统 单元匹配、性能评估、维护与改进提供数据依据与指导. 关键词:LabVIEW 图形化 数据回放 中图分类号:TP391.76 文献标识码:A 文章编号:1003-4862 (2010) 05-0042-04 Data Review Technology Based on LabVIEW Jiang Bo, Chen Xin, Zhang Cong, Fu Zhichao (Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, CSIC, Wuhan 430064, China) Abstract: LabVIEW is a graphical programmable language in deed developed by NI Corporation in American. It is applied widely all over the world for its friendly interface, short exploiting period and powerful function. This article presents data reviewing soft on electrical power test system in non-linear condition recur to this flat. This soft can re-appear real-time data acquired to provide gist and guide in data to computing, monitoring and controlling of parameters exported by equipment and matching of system unit and evaluating of performance and maintenance and improving. This soft is provided with abundant function, compact interface and convenient operation. Key words: LabVIEW; graphical; data review 1 引言 在工厂自动化、地理遥感与地球物理、铁路 铁轨、桥梁涵洞、公路运输等大量数据的测试与 测量领域,数据采集与回放系统得到广泛应用. 本文以 LabVIEW 为开发平台,将特定参量作为 处理对象,构建出一个功能较为完善的历史数据 回放系统. 2 LabVIEW 的特点与属性节点介绍 LabVIEW 是一种用图标代替文本行创建应 用程序的图形化编程语言[1] , 其基本思想是"软件 即是仪器"[2] , 它是以计算机软、 硬件技术为核心, 以自动控制技术、传感器技术、现代信号处理技 术、现代网络技术、数值分析技术为支撑,以各 专业学科为应用背景的现代测试技术.它利用高 性能的模块化集成化概念和方法,结合软件设计 平台高效、简便的程序编译功能,依据用户各类 特殊需求创建出人机对话界面,实现并取代了很 多特殊、昂贵的测试仪器的功能. 传统文本编程语言根据语句和指令决定程序 的执行顺序,而LabVIEW 采用数据流编程方式 [3] ,程序框图中节点之间的数据流向决定了程序 的执行顺序. LabVIEW 的软件编程界面包括前面 板和程序框图两部分.前面板提供非常多的类示 波器控件,用来创建用户界面,方便人机交流与 对话, 可使用工具和控件选板. 程序框图以图标、 连线、结构框体为主体,图标表示函数,连线表 示数据流向,其颜色代表不同的数据类型,也可 象VC 一样在程序中添加文字性说明,可使用工 收稿日期: 2009-11-01 作者简介:姜波(1978-),男,工程师,研究方向: 机械电子技术、光纤传感技术. Vol.30 No.5 2010.5 船电技术|应用研究 43 具与函数选板.前面板中的每一个控件与程序框 图中一个对象相对应,两者的界面类似,都采用 window 的通用软件界面, 且可显示单步运行、连 续运行、步进运行,对用户调试程序很有帮助. 在面向对象的编程中,将类中定义的数据称 为属性,而函数称为方法.LabVIEW 中一切对象 均有属性,所谓属性是指 LabVIEW 中预定义的 用来描述对象状态的数据.改变对象的属性将改 变对象相应的状态. LabVIEW 为所有用户可能接 触到的对象预定义了非常丰富的属性,使得 Lab VIEW 的开发具有很强的灵活性和功能性,可实 现各种想象得到的高级功能和丰富效果,而某些 控件必须通过属性节点才能使用.属性节点可以 用来通过编程设置或获取控件的属性. 创建属性节点有两种方法,一种是在程序框 图中直接右击控件图标, 选择 Create/Property No de 选项,在弹出的下一级菜单中选择想设置或获 取的属性,即可创建该属性节点;另一种方法是 在Functions Palette 中选择 Programming/Applicat ion Control/Property Node 选项,右击该属性节 点选择 Link to 到想设置或获取属性的控件,即 可创建该属性节点. 属性节点由三部分组成,标签、引用输入和 输出端、属性名及其输入或输出端.引用输入与 输出端之间的条形颜色随着属性节点所属控件输 入或输出的数据不同而改变.在已创建的属性节 点条形颜色框上单击左键可选定该属性节点,单 击右键弹出下图 1 所示菜单.在属性名上单击鼠 标左键可改变已设置控件的属性, 如下图 2 所示, 单击右键弹出下图 3 所示菜单.对于每一个属性 节点, 鼠标放在其上时会显示上下可拉伸的标志, 在该标志上按住鼠标左键不放,向上或向下移动 鼠标即可同时显示或设置多个属性. 3 数据回放系统的组成 一般而言,回放系统由数据通道选择、历史 数据加载、数据图象变换、回放处理及参量计算 等几大部分组成.其系统框图如下图 4 所示. 一般数据存储有多个通道构成,且通道选择 应具有实时性和可重复性.数据加载可使用的文 件类型很多,这里我们选择 TDMS 文件类型.T DMS 是以流文件的形式存储数据, 读取速度相对 于TDM 而言更快,使用简单方便,适合于我们 目前的存储需要.波形变换主要是获得波形的局 部特征和整体概貌.此外,参数计算也是回放中 必不可少的一环.大量的数据信息必须被统计和 归整,便于使用者定量地了解回放数据的特性. 船电技术|应用研究 Vol.30 No.5 2010.5 44 由以上几部分组成的回放系统[4] 功能完整, 界面采用类示波器的设计.波形显示区域下方为 回放进度条,右侧是当前波形通道的名称与颜色 信息.波形调节与控制区设有文件路径选择框、 加载、左右移动、暂停、停止、通道选择、参量 选择等按钮、加载完成指示灯、时基幅基选择下 拉列表、相对与绝对时间切换开关、游标信息图 表.下图 5 为该软件完整的前面板展示. 3.1 数据加载和通道选择 历史数据加载和通道选择[5] 部分如下图 6 所示.程序使用了条件结构和层叠顺序结构,按先 选定后加载的次序进行数据加载. 在存储数据时, 已经将通道赋予了名称,因此在加载时我们就据 此加载数据. 数组由布尔和字符串组成的簇元素构成,字 符串作为输入通道名,布尔值作为条件结构的选 择信号输入.使用 for 循环来给选定通道的曲线 赋予编号(编号要从 0 开始,否则程序会报错) , 将选定通道的名称作为曲线名.图例的宽度应该 与通道数成正比,我们用移位寄存器统计选定通 道的数量,以确定图例宽度(注意,此宽度与显 示器的分辨率有关) .已选通道出 for 循环后形成 一新数组,使用 TDMS 读取函数读取该数组,在 波形图上显示曲线. 图6 数据加载和通道选择 3.2 回放主模块的编程 一般回放系统应具备以下功能:图象可双向 移动,暂停和停止,回放速度可调,回放进度条 显示,回放时间显示,磁盘空间使用情况显示, 相对时间轴和绝对时间轴的转换,游标定位,显 示区域跳转.本模块的程序框图如下图 7 所示. 在具体的程序编程中,我们使用了下图 6 所 示的以属性节点为主的回放模块.图中两个波形 图属性节点 XScale.Minimum 和XScale.Maximum 分别起到接收和发送数据的作用,同时也作为暂 存器使用,结合循环结构实现数据回放.用三个 条件选择结构实现暂停键对左右移动键的控制, 数据图象的向左和向右移动,用移动按钮布尔控 件的局部变量实现双键互锁,循环结构的条件接 线端用停止按钮作为输入,起到程序整体控制的 Vol.30 No.5 2010.5 船电技术|应用研究 45 作用.而另两个属性节点 XScale.Increment 则获 取波形图像的增量值,将回放速度与波形图象增 量值相匹配,达到了较好的回放效果.在数据回 放的过程中,根据数据量的大小,须调节回放的 速度,可用定时结构的控件改变回放速度. 3.3 波形图像的变换 在回放的过程中,对数据图像的一系列变换 具有重要意义.我们不仅要了解一段时间内数据 波形的整体概貌,而且对感兴趣的局部也想做进 一步的观察,以便得出特定的结论和相应的处理 手段.波形变化有很多种,时基幅基变换即为其 中一种,下图 8 所示为时基幅基变换的程序方框 图.图中用带多个分支的事件结构实现时基、幅 基的变换.时基和幅基的下拉列表作为条件结构 的选择信号输入.波形图的属性节点 XScale.Min imum 获取当前波形图像的初始值,条件结构中 的各个分支具体规定了图像的变换方法,这些分 支可随时增加和减少,以适应广泛的变换需求, 每条分支中的数据可按要求修改,以调节图像的 具体时基与幅基值.图9为时基和幅基均改变的 波形对照图. 3.4 参量计算模块 图10 所示为计算有效值的程序框图. 框图使 用了 Functions Palette/programming/waveform/An alog Waveform/Waveform Measurement 中的基本 平均直流-均方根函数, 在这个地方还有很多其他 函数供用户使用,可计算平均值、瞬态值等等. 基本平均直流-均方根函数的输入是 TDMS 数据 流,将其转换为动态数据提供给创建表格函数, 转置后形成表格. 4 结论 经运行与测试, 本程序针对 500 M 以下的数 据量运行状态良好,载入速度较快,回放功能正 常,波形变换具有较好的实时性,能实现回放系 统的绝大部分功能. 参考文献: [1] 张桐, 陈国顺, 王正林. 精通 LabVIEW 程序设计. 北京: 电子工业出版社, 2008, 12. [2] 陈锡辉, 张银鸿. LabVIEW 8.20 程序设计从入门到 精通. 北京: 清华大学出版社, 2007, 7. [3] 江建军, 刘继光. LabVIEW 程序设计教程. 北京: 电子工业出版社, 2008.3. [4] 张宁, 王言章. 便携式动态心电记录仪及数据回放 系统设计. 长春理工大学学报, 2006, 29(4). [5] 刘卓, 张维竞, 聂鹏瑜. 基于 LabVIEW 平台的数据 回放系统设计. 仪表技术, 2003, (6).
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船电技术|应用研究 Vol.30 No.5 2010.5 42 基于 LabVIEW 的数据回放技术 姜波 陈馨 张聪 付志超 (中国船舶重工集团公司七一二研究所,武汉 430064) 摘要:美国 NI 公司开发的 LabVIEW 是一种真正意义上的图形化编程语言,以其界面友好、开发周期短、 功能强大在世界范围内得到广泛应用.本文借助于该平台开发出非线性条件下电能测试系统的数据回放软 件.该软件功能丰富,界面简洁,操作方便,可再现实时采集的数据,为设备输出参量计算与监控、系统 单元匹配、性能评估、维护与改进提供数据依据与指导. 关键词:LabVIEW 图形化 数据回放 中图分类号:TP391.76 文献标识码:A 文章编号:1003-4862 (2010) 05-0042-04 Data Review Technology Based on LabVIEW Jiang Bo, Chen Xin, Zhang Cong, Fu Zhichao (Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, CSIC, Wuhan 430064, China) Abstract: LabVIEW is a graphical programmable language in deed developed by NI Corporation in American. It is applied widely all over the world for its friendly interface, short exploiting period and powerful function. This article presents data reviewing soft on electrical power test system in non-linear condition recur to this flat. This soft can re-appear real-time data acquired to provide gist and guide in data to computing, monitoring and controlling of parameters exported by equipment and matching of system unit and evaluating of performance and maintenance and improving. This soft is provided with abundant function, compact interface and convenient operation. Key words: LabVIEW; graphical; data review 1 引言 在工厂自动化、地理遥感与地球物理、铁路 铁轨、桥梁涵洞、公路运输等大量数据的测试与 测量领域,数据采集与回放系统得到广泛应用. 本文以 LabVIEW 为开发平台,将特定参量作为 处理对象,构建出一个功能较为完善的历史数据 回放系统. 2 LabVIEW 的特点与属性节点介绍 LabVIEW 是一种用图标代替文本行创建应 用程序的图形化编程语言[1] , 其基本思想是"软件 即是仪器"[2] , 它是以计算机软、 硬件技术为核心, 以自动控制技术、传感器技术、现代信号处理技 术、现代网络技术、数值分析技术为支撑,以各 专业学科为应用背景的现代测试技术.它利用高 性能的模块化集成化概念和方法,结合软件设计 平台高效、简便的程序编译功能,依据用户各类 特殊需求创建出人机对话界面,实现并取代了很 多特殊、昂贵的测试仪器的功能. 传统文本编程语言根据语句和指令决定程序 的执行顺序,而LabVIEW 采用数据流编程方式 [3] ,程序框图中节点之间的数据流向决定了程序 的执行顺序. LabVIEW 的软件编程界面包括前面 板和程序框图两部分.前面板提供非常多的类示 波器控件,用来创建用户界面,方便人机交流与 对话, 可使用工具和控件选板. 程序框图以图标、 连线、结构框体为主体,图标表示函数,连线表 示数据流向,其颜色代表不同的数据类型,也可 象VC 一样在程序中添加文字性说明,可使用工 收稿日期: 2009-11-01 作者简介:姜波(1978-),男,工程师,研究方向: 机械电子技术、光纤传感技术. Vol.30 No.5 2010.5 船电技术|应用研究 43 具与函数选板.前面板中的每一个控件与程序框 图中一个对象相对应,两者的界面类似,都采用 window 的通用软件界面, 且可显示单步运行、连 续运行、步进运行,对用户调试程序很有帮助. 在面向对象的编程中,将类中定义的数据称 为属性,而函数称为方法.LabVIEW 中一切对象 均有属性,所谓属性是指 LabVIEW 中预定义的 用来描述对象状态的数据.改变对象的属性将改 变对象相应的状态. LabVIEW 为所有用户可能接 触到的对象预定义了非常丰富的属性,使得 Lab VIEW 的开发具有很强的灵活性和功能性,可实 现各种想象得到的高级功能和丰富效果,而某些 控件必须通过属性节点才能使用.属性节点可以 用来通过编程设置或获取控件的属性. 创建属性节点有两种方法,一种是在程序框 图中直接右击控件图标, 选择 Create/Property No de 选项,在弹出的下一级菜单中选择想设置或获 取的属性,即可创建该属性节点;另一种方法是 在Functions Palette 中选择 Programming/Applicat ion Control/Property Node 选项,右击该属性节 点选择 Link to 到想设置或获取属性的控件,即 可创建该属性节点. 属性节点由三部分组成,标签、引用输入和 输出端、属性名及其输入或输出端.引用输入与 输出端之间的条形颜色随着属性节点所属控件输 入或输出的数据不同而改变.在已创建的属性节 点条形颜色框上单击左键可选定该属性节点,单 击右键弹出下图 1 所示菜单.在属性名上单击鼠 标左键可改变已设置控件的属性, 如下图 2 所示, 单击右键弹出下图 3 所示菜单.对于每一个属性 节点, 鼠标放在其上时会显示上下可拉伸的标志, 在该标志上按住鼠标左键不放,向上或向下移动 鼠标即可同时显示或设置多个属性. 3 数据回放系统的组成 一般而言,回放系统由数据通道选择、历史 数据加载、数据图象变换、回放处理及参量计算 等几大部分组成.其系统框图如下图 4 所示. 一般数据存储有多个通道构成,且通道选择 应具有实时性和可重复性.数据加载可使用的文 件类型很多,这里我们选择 TDMS 文件类型.T DMS 是以流文件的形式存储数据, 读取速度相对 于TDM 而言更快,使用简单方便,适合于我们 目前的存储需要.波形变换主要是获得波形的局 部特征和整体概貌.此外,参数计算也是回放中 必不可少的一环.大量的数据信息必须被统计和 归整,便于使用者定量地了解回放数据的特性. 船电技术|应用研究 Vol.30 No.5 2010.5 44 由以上几部分组成的回放系统[4] 功能完整, 界面采用类示波器的设计.波形显示区域下方为 回放进度条,右侧是当前波形通道的名称与颜色 信息.波形调节与控制区设有文件路径选择框、 加载、左右移动、暂停、停止、通道选择、参量 选择等按钮、加载完成指示灯、时基幅基选择下 拉列表、相对与绝对时间切换开关、游标信息图 表.下图 5 为该软件完整的前面板展示. 3.1 数据加载和通道选择 历史数据加载和通道选择[5] 部分如下图 6 所示.程序使用了条件结构和层叠顺序结构,按先 选定后加载的次序进行数据加载. 在存储数据时, 已经将通道赋予了名称,因此在加载时我们就据 此加载数据. 数组由布尔和字符串组成的簇元素构成,字 符串作为输入通道名,布尔值作为条件结构的选 择信号输入.使用 for 循环来给选定通道的曲线 赋予编号(编号要从 0 开始,否则程序会报错) , 将选定通道的名称作为曲线名.图例的宽度应该 与通道数成正比,我们用移位寄存器统计选定通 道的数量,以确定图例宽度(注意,此宽度与显 示器的分辨率有关) .已选通道出 for 循环后形成 一新数组,使用 TDMS 读取函数读取该数组,在 波形图上显示曲线. 图6 数据加载和通道选择 3.2 回放主模块的编程 一般回放系统应具备以下功能:图象可双向 移动,暂停和停止,回放速度可调,回放进度条 显示,回放时间显示,磁盘空间使用情况显示, 相对时间轴和绝对时间轴的转换,游标定位,显 示区域跳转.本模块的程序框图如下图 7 所示. 在具体的程序编程中,我们使用了下图 6 所 示的以属性节点为主的回放模块.图中两个波形 图属性节点 XScale.Minimum 和XScale.Maximum 分别起到接收和发送数据的作用,同时也作为暂 存器使用,结合循环结构实现数据回放.用三个 条件选择结构实现暂停键对左右移动键的控制, 数据图象的向左和向右移动,用移动按钮布尔控 件的局部变量实现双键互锁,循环结构的条件接 线端用停止按钮作为输入,起到程序整体控制的 Vol.30 No.5 2010.5 船电技术|应用研究 45 作用.而另两个属性节点 XScale.Increment 则获 取波形图像的增量值,将回放速度与波形图象增 量值相匹配,达到了较好的回放效果.在数据回 放的过程中,根据数据量的大小,须调节回放的 速度,可用定时结构的控件改变回放速度. 3.3 波形图像的变换 在回放的过程中,对数据图像的一系列变换 具有重要意义.我们不仅要了解一段时间内数据 波形的整体概貌,而且对感兴趣的局部也想做进 一步的观察,以便得出特定的结论和相应的处理 手段.波形变化有很多种,时基幅基变换即为其 中一种,下图 8 所示为时基幅基变换的程序方框 图.图中用带多个分支的事件结构实现时基、幅 基的变换.时基和幅基的下拉列表作为条件结构 的选择信号输入.波形图的属性节点 XScale.Min imum 获取当前波形图像的初始值,条件结构中 的各个分支具体规定了图像的变换方法,这些分 支可随时增加和减少,以适应广泛的变换需求, 每条分支中的数据可按要求修改,以调节图像的 具体时基与幅基值.图9为时基和幅基均改变的 波形对照图. 3.4 参量计算模块 图10 所示为计算有效值的程序框图. 框图使 用了 Functions Palette/programming/waveform/An alog Waveform/Waveform Measurement 中的基本 平均直流-均方根函数, 在这个地方还有很多其他 函数供用户使用,可计算平均值、瞬态值等等. 基本平均直流-均方根函数的输入是 TDMS 数据 流,将其转换为动态数据提供给创建表格函数, 转置后形成表格. 4 结论 经运行与测试, 本程序针对 500 M 以下的数 据量运行状态良好,载入速度较快,回放功能正 常,波形变换具有较好的实时性,能实现回放系 统的绝大部分功能. 参考文献: [1] 张桐, 陈国顺, 王正林. 精通 LabVIEW 程序设计. 北京: 电子工业出版社, 2008, 12. [2] 陈锡辉, 张银鸿. LabVIEW 8.20 程序设计从入门到 精通. 北京: 清华大学出版社, 2007, 7. [3] 江建军, 刘继光. LabVIEW 程序设计教程. 北京: 电子工业出版社, 2008.3. [4] 张宁, 王言章. 便携式动态心电记录仪及数据回放 系统设计. 长春理工大学学报, 2006, 29(4). [5] 刘卓, 张维竞, 聂鹏瑜. 基于 LabVIEW 平台的数据 回放系统设计. 仪表技术, 2003, (6).