基于LabVIEW平台的虚拟仪器编程

谭延军，聂友伟

(1.中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳 110032;2.沈阳军区65042部队，沈阳 110035)

1 引言

1.1 虚拟仪器系统

虚拟仪器(VI)是指通过应用程序将计算机与功能化模块结合起来，通过图形界面操作计算机，就像操作自己设计的仪器一样，从而完成数据采集、分析、处理、显示、存储和打印。

虚拟仪器的突出优点是不仅可以利用PC组建成为灵活的虚拟仪器，还可以通过各种不同的接口总线，组建不同规模的自动测试系统，因此具有定制面板、定制功能、研发成本低、研发周期短、仪器升级与计算机同步、仪器开放灵活，方便与网络及周边设备互联等优点。虚拟仪器分类有多种，一般以计算机及其总线控制方式不同，分为下述5类:

(1)PC－DAQ插卡式虚拟仪器

(2)并行口式虚拟仪器

(3)GPIB总线方式虚拟仪器

(4)VXI总线方式虚拟仪器

(5)PXI总线方式虚拟仪器

1.2 LabVIEW开发系统

LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的简称，是美国国家仪器公司(NATIONAL INSTRUMENT，简称NI)的创新软件平台，又称为G语言。

LabVIEW被广泛应用于各种行业，包括汽车、半导体、航空航天、交通运输、电信、生物工程等领域。它的功能非常强大，可扩展函数库和子程序库，可方便地调用Windwos动态链接库和自定义的库函数，内置了用于GPIB设备控制、VXI总线控制、串口控制，以及数据分析、显示和存储等的应用模块。对大数据块解析而言，它支持DDE和SQL，对数据传输而言，它支持TCP/IP和PDP网络协议等。从本质上讲，它在宏观上已经不再是传统的冯·诺依曼计算机体系结构的执行方式了，而是一种带有图形控制流结构的数据流模式。因此，LabVIEW的程序是数据流驱动的，编程人员可以通过相互连接功能方框图快速简洁的开发应用程序，甚至可以有多个数据通道同步运行。

本文充分运用了LabVIEW编程的这些优点，以驱动串口为例，设计一款伺服电机控制器，通过控制电流和转速，读取电机扭矩值，实现伺服电机的全功能测试。最后将设计的虚拟仪器实际用于控制ABB公司的伺服控制器和BSM系列电机中，取得了很好的效果。目前这款虚拟仪器已经成功运行在某大型仪器设备上。

2 LabVIEW串口编程

2.1 串口编程控制方式

LabVIEW的串口控制，可以通过多种方法实现。

(1)最基本的IN OUT控制。LabVIEW提供了In Port和Out Port两个基本输入输出VI，通过它就可以直接读写寄存器，对于计算机的COM1，它的端口地址是0X3F8，完全可以通过它来完成串口通讯。

(2)利用API的WriteFile函数实现串口通讯，这是VC进行串口通讯的方法。

(3)利用VB提供的MSCOMM控件(这是目前用的最多的，它支持查询和中断两种模式，既可以发送文本型数据(ASCII)，也可以发送二进制(BIN，实际是BYTE ARRAY)。

(4)利用LabVIEW特有的VISA通讯。下面采用的通讯模式是VISA通讯。

2.2 LabVIEW中的VISA通讯

LabVIEW用于串行通讯的节点为VISA节点，打开LabVIEW程序选项，选择VISA子选板，包括8个节点，实现配置串口、串口写入、串口读取、关闭串口、监测串口缓冲区等。如图1所示。

图1 打开并配置串口节点

基于此节点的串口通讯框图程序如图2所示。

图2 串口通讯程序

通过图2可以看出，LabVIEW的编程是非常直观简单的，使用内置的节点和函数，甚至不用写一行代码，开发人员可以把节省的很多精力用于虚拟仪器的设计及仪器功能的完善上。

3 利用LabVIEW实现虚拟仪器系统

3.1 虚拟仪器功能介绍

本文要实现的虚拟仪器是测量水泥浆的稠度和静胶凝强度，为此需要直流伺服电机驱动盛放泥浆样品浆筒内的旋转桨叶，通过测量电机的转速和驱动电流，计算出桨叶的扭矩和剪切力，从而计算出泥浆样品的稠度和静胶凝强度。

基于LabVIEW平台，设计的虚拟仪器如图3所示。

图3 虚拟仪器面板功能图

3.2 虚拟仪器功能实现

以静胶凝强度测试为例，仪器实现的主要功能有:

(1)胶凝强度初始化标定

相当于仪器校准，在设备开始测试数据前，标定基准数据，以此作为后续测量的基准值。标定过程通过在浆筒上加挂不同重量的砝码，在恒定转速下，测试驱动电流和扭矩。测试值通过滤波、降噪处理后保存在标定文件中。

(2)胶凝强度测试

完成仪器的初始化标定后，浆筒中装入固定容积的泥浆(792ml)，首先设定电机高转速，测量泥浆的驱动电流和扭矩，此时得出的泥浆特性值为稠度值。在稠度升到一定值后，系统自动转入低转速，此时测得的泥浆特性值为真实的胶凝强度值，经过整形滤波降噪处理，该值以曲线形式显示在示波器上，数值保存在计算机。根据泥浆体系配方的不同，整个测量过程需要几个小时。测量达到预定值后，系统自动停止。

4 虚拟仪器功能验证

为了验证所设计的虚拟仪器功能，我们加载ABB公司的伺服电机控制器 Microflex_e100，电机采用BSM50N－133ABX，驱动器与电机的通讯接口采用BISS接口，控制器与计算机接口为USB。以此为原型设备，测量泥浆的稠度和胶凝强度，比较数值见表1所示。

从表1可以看出，在采用相同的滤波和降噪方式下，胶凝强度值在虚拟仪器和原型机上反映的数值吻合的非常好，这就充分验证了所设计的虚拟仪器完全满足了原型机的功能需求。目前，该仪器已成功应用于某大型数字采集设备中。

表1 测量泥浆的稠度和胶凝强度数值对比表

5 结 束 语

结合ABB公司的伺服控制器和电机，采用LabVIEW平台开发具有定制复杂功能的虚拟仪器，开发周期短，仪器设计成本低，易于功能拓展。通过本文的成功实践，证明了采用LabVIEW开发虚拟仪器的极大优越性。

［1］胡仁喜，高海宾.LabVIEW 2010虚拟仪器从入门到精通［M］.北京 机械工业出版社，2011.

［2］Baldor Comp.Microflex e100 Servo Drive Installation Manul［DB/OL］.http://www.baldor.com/support/Literature/Load.ashx/MN1942?ManNumber=MN1942.

［3］ABB Comp.MINT Basic Programming ［DB/OL ］.http://www.baldor.com/support/Literature/Load.ashx/MN1955WEN?ManNumber=MN1955WEN.