LabVIEW和聲卡控制系統程序設計

盧崇雨 周慶紅

摘 要：LabVIEW作為一種G語言編程軟件的代表，編程方便、易學，擁有成套的控制VI以及對聲卡信號采集與輸出的VI，結合聲卡可以設計很好的平面控制系統。通過AutoCAD繪制平面圖形，用LabVIEW對圖形數據進行采集、去值、排序、控制四大步驟，設計出了良好的平面控制系統程序，結果穩定、精確。

關鍵詞：LabVIEW；平面控制系統；聲卡

1 引言

目前，控制系統的編程軟件非常多，各類編程語言也數不勝數，具有代表性的有C語言、C++及匯編語言等，相比LabVIEW軟件來講，由于他們具有嚴格的語言邏輯以及語言規則，所有在設計、實踐中往往比較復雜，而LabVIEW作為一種G語言，以圖形，線條，結點的形式進行編程，簡單易學。而且圖形所表示的功能已經用完善的代碼集成過，拿來就用，也節省了大量的工作任務。聲卡作為一種普遍而且常用的材料，能夠在LabVIEW自帶的聲卡VI中得到更好的運用和體現，二者結合是作為平面控制系統最實用的，最方便的，而且成本較低的體現。

2 LabVIEW軟件介紹

LabVIEW是一種程序開發環境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發，類似于C和BASIC開發環境，但是它與其他計算機語言的顯著區別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言，LabVIEW采用數據流編程方式，程序框圖中節點之間的數據流向決定了VI及函數的執行順序。VI指虛擬儀器，是LabVIEW的程序模塊。虛擬儀器具備很好的數據采集、仿真、數字信號處理的功能。LabVIEW擁有專門用于控制領域的模塊——LabVIEWDSC以及NI-Motion。除此之外，工業控制領域常用的設備、數據線等通常也都帶有相應的LabVIEW驅動程序。使用LabVIEW可以非常方便的編制各種控制程序。

3 聲卡介紹

3.1 PCI聲卡

PCI聲卡就是指采用PCI接口的獨立聲卡，PCI是Peripheral Component Interconnect（外設部件互連標準）的縮寫，它是目前個人電腦中使用最為廣泛的接口，幾乎所有的主板產品上都帶有這種插槽。從結構上看，PCI是在CPU的供應商和原來的系統總線之間插入的一級總線，具體由一個橋接電路實現對這一層的管理，并實現上下之間的接口以協調數據的傳送。

3.2 USB聲卡

USB聲卡在原理上和結構上與普通的板載聲卡很相似，但是由于USB具有其外置特點，他就沒有了電路體積的限制，所以他能夠通過復雜的模擬電路并采用更好的屏蔽設計從而提高音質。脫離機箱，擁有不錯的音質使他在性能上，實用性上得到了很大的提升，價格也相對較低，因此我們采用的是USB聲卡作為平面控制系統的輸出部分。

4 LabVIEW程序設計

4.1圖形的數據導入程序

通過在AutoCAD中繪制出平面圖形，將其導入到LabVIEW當中，應用到LabVIEW中數據采集的VI，能夠較為方便的獲取平面圖形的坐標信息，然后設置相關閾值去除掉無關或者重復的坐標，簡化數據，提高平面系統控制速度。

4.2 數據的排序整理設計

作為平面控制系統，應該具有良好的控制路徑和軌跡，才能按照工廠或者設計要求做出相應的反應或者動作，系統通過對圖形數據的處理后獲取的數據，先通過最近值搜索的方法尋找最接近的坐標點，然后用距離公式計算出每一個搜索出來的點到起始點的距離大小，篩選出最小值作為相鄰點，最后能夠篩選出較準確的路徑出來。

4.3 聲卡輸出設計

LabVIEW軟件中有一個和聲卡數據采集輸出非常類似的子VI—Generate Sound，通過分析得出PCI聲卡和USB聲卡在LabVIEW中的設置基本類似，所以通過對已有程序的優化，改進過后，能夠將得到的數據通過聲卡輸出，所得到的結果從示波器上可以觀察到是近似的正弦信號。但由于對步進電機的驅動必須采用一定頻率的脈沖信號，所以接下來我們需要對已獲得的數據重新進行處理，將正弦信號轉換成脈沖信號。

4.4 控制系統程序設計

步進電機是由脈沖信號驅動其運動，其運動速率正比于脈沖信號的頻率，根據步進電機的參數通過計算求出步進電機運動距離和脈沖個數的關系。步進電機在平面X，Y軸的速度比例可以根據兩點坐標距離差值來確定脈沖個數。對于控制電機正反轉問題就是對坐標求差的結果做一個判斷，差值為負設置電機反轉，為正則正轉即可。最關鍵的一個程序設計就是將正弦信號轉換為脈沖信號。

5 結果分析

通過理論分析，程序設計，實驗測試最終能夠較好的按照一定軌跡[3]還原圖像，在速度，精度上能夠較好的達到一般設計，施工要求。程序比較穩定，能快速搜索鄰近點，并能很好的進行電機的控制，輸出波形也符合步進電機工作要求。但是針對平面復雜圖形還需優化自己的尋點程序，增強精度，對大數據的處理還有待提高，甚至改進更為簡潔快速算法。

6 總結

LabVIEW和聲卡的平面控制系統具有其強大的發展空間，在系統設計，軟件優化上面都可以進一步改進。在現代工業高速發展的時代，我們還需要尋找到更為創新，迅捷，低成本的自動控制系統，提高企業和工廠的運輸效率。未來的3D打印技術也會更快更好的發展，LabVIEW和聲卡的平面控制系統也許能在發展完善的道路上，對3D打印行業起到不可小覷的作用。

參考文獻

[1] 謝志建.PCI聲卡WDM驅動程序研究與設計[D].中國地質大學（北京）：計算機應用技術，2005.9-12.

[2] 孫春龍.基于LabVIEW多通道數據采集分析系統開發[D].武漢大學：機械電子工程，2004.7-9.

[3] 鳳俊翔，劉維亭，薛銘剛.基于LabVIEW和AutoCAD VBA的運動控制系統.計算機工程與設計，2010，31（23）.