基于Labview的魚雷發射試驗數據采集系統設計＊

周兆軍 葉慧娟 王昕曄

（1.海軍702廠 上海 200434）（2.海軍工程大學兵器新技術應用研究所 武漢 430033）（3.海軍工程大學科研部 武漢 430033）

1 引言

在魚雷發射裝置試驗過程中，為了對發射裝置性能進行分析，需要對發射管內的壓強及假雷的內彈道參數進行數據采集工作，發射試驗系統框圖如圖1。單片機控制電路主要是為了控制發射閥的開關，當發射閥打開，發射氣瓶中的高壓空氣按規律進入發射管，作用在假雷尾部，推動假雷運動，數據采集系統通過傳感器可采集到發射管內的實時壓力和假雷的運動參數。

Labview是一種基于圖形程序的虛擬儀器編程語言，在測試與測量、數據采集、儀器控制、數字信號分析、工廠自動化等領域獲得了廣泛的應用［1～7］。Labview對數據采集和處理的傳統方法是采用數據采集卡，但是這些數據采集設備存在安裝不便、價格昂貴、受計算機插槽數量、地址、中斷資源的限制，可擴展性差，同時在一些電磁干擾性強的測試現場，可能無法專門對其做電磁屏蔽從而導致采集的數據失真。在Labview下使用USB總線，可以同樣實現數據采集，并且彌補了采集卡的不足。本文根據魚雷發射試驗數據采集的實際需要，采用USB數據采集卡進行數據采集，利用Labview調用動態鏈接庫DLL文件讀取USB接口的數據，并編制了數據的分析處理程序，本文的設計為魚雷發射試驗數據采集及分析提供了一種簡單、有效的方法。

圖1 發射試驗系統框圖

2 系統組成與工作原理

圖2 基于USB接口和Labview的數據采集原理框圖

魚雷發射試驗數據采集系統工作原理如圖2。USB數據采集卡包含信號放大、調理電路，A／D轉換電路及串口轉USB接口電路［8］。傳感器測量信號首先通過信號放大、調理電路進入采集卡的A／D轉換通道，轉換后的數字信號通過串口轉USB接口電路，通過USB接口傳輸給PC機，最后由Labview軟件對數據進行分析處理。

3 數據采集系統的硬件選擇

目前，USB數據采集卡有兩種類型，一種是循環采集各通道數據的循環采集卡，另一種是同時采集各通道數據的同步采集卡［9～10，14］。由于循環采集卡循環采集各通道數據，所以采集的各通道數據所對應的時刻存在一個較小的時間差，但是這種采集卡成本較低。因此，選擇何種USB數據采集卡取決于系統對數據采集精度的需要。

對USB數據采集卡的選擇還需要考慮采樣通道數和采樣精度指標。這些需要根據實際采集數據的需要進行選擇。

4 基于Labview的系統軟件設計

Labview系統軟件功能包括：數據采集、數據顯示、數據存儲、數據分析和在線幫助功能，它可以很好地將分析和數據采集結合起來。

在Labview中調用DLL與USB設備的通信安裝驅動后，USB數據采集卡與主機實現連接，但Labview軟件不直接支持非NI公司的數據采集設備，因此本系統采用調用動態鏈接庫來實現Labview與采集設備的連通。

Labview可以通過調用庫函數節點實現對動態鏈接庫中函數的調用。在程序框中的互連接口，選擇調用庫函數節點（Call LibraryFunction Node），雙擊左鍵出現調用庫函數對話框。根據Labview與DLL的參數對應關系填寫好DLL文件的路徑、被調用函數名、參數的類型及返回類型。

需要注意的是，當調用多個函數時要分別填寫參數的個數和對應的類型，而且在調用過程中應保持數據位的一致。填好單擊OK按鈕后，Labview將自動生成各參數的入口及出口狀態，這樣就實現了Labview與DLL的調用。

在實現采集前，需要調用一些庫函數對系統進行一些設置，通過調用函數可以得到設備的描述和USB接口的運行狀態以及實現對USB接口的讀寫操作。具體的函數設置可以參照數據采集卡動態鏈接庫的參考文檔。

根據設計需求，依次調用所需的函數實現對采集系統的設置。此外，根據設計的采樣速率，需要在上位機建立一個緩存。數據采集系統要實現多通道數據采集，因此采用數組的讀寫方式，如圖3。

各通道數據存儲后需要編寫數據轉換程序，將采樣值轉換成具有物理意義的數據，如圖4。

魚雷發射試驗數據采集系統主要采集發射管中壓力數據和假雷的運動數據，在上位機中基于Labview軟件環境結合魚雷發射試驗的具體要求編寫了數據采集程序。

圖3 多通道數據的存儲

圖4 USB2382采集卡的數據轉換程序

5 系統測試實例

測試系統主要由壓力傳感器、測速儀、單片機控制電路，數據采集卡及采集軟件等組成。進行數據采集時，發射氣瓶充滿氣體，發射水艙充滿水且與發射管連通，各測試組件準備好后即可試驗。

試驗時單片機發出開啟指令，發射閥開始工作，發動機運轉帶動混流泵轉動，泵把水壓到發射管中推動假雷運動。同時各種測量儀器工作，并將相應的測量參數經數據采集卡傳到計算機進行存儲和處理。在一次測試的試驗中，對四個通道信號進行數據采集，其結果如圖5所示。

圖5 魚雷發射試驗數據采集界面

從圖中可以清楚地觀察到各個參數的變化，測試數據保存在二進制文件中，數據還可以生成Excel報表文件以便用戶參考分析。四通道多參數測試軟件通過了系統的聯合調試，成功地實現了數據的接收、顯示、處理、存儲、回放等功能。

6 結語

本文設計的數據采集系統能夠滿足魚雷發射試驗數據采集的需要，解決了科研中的實際問題。對于其它類似系統的設計有一定的參照價值。

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