周兆軍 葉慧娟 王昕曄

（1.海軍702廠 上海 200434）（2.海軍工程大學(xué)兵器新技術(shù)應(yīng)用研究所 武漢 430033）（3.海軍工程大學(xué)科研部 武漢 430033）

1 引言

在魚雷發(fā)射裝置試驗(yàn)過程中，為了對(duì)發(fā)射裝置性能進(jìn)行分析，需要對(duì)發(fā)射管內(nèi)的壓強(qiáng)及假雷的內(nèi)彈道參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，發(fā)射試驗(yàn)系統(tǒng)框圖如圖1。單片機(jī)控制電路主要是為了控制發(fā)射閥的開關(guān)，當(dāng)發(fā)射閥打開，發(fā)射氣瓶中的高壓空氣按規(guī)律進(jìn)入發(fā)射管，作用在假雷尾部，推動(dòng)假雷運(yùn)動(dòng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過傳感器可采集到發(fā)射管內(nèi)的實(shí)時(shí)壓力和假雷的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

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(shù)據(jù)采集、儀器控制、數(shù)字信號(hào)分析、工廠自動(dòng)化等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用［1～7］。Labview對(duì)數(shù)據(jù)采集和處理的傳統(tǒng)方法是采用數(shù)據(jù)采集卡，但是這些數(shù)據(jù)采集設(shè)備存在安裝不便、價(jià)格昂貴、受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量、地址、中斷資源的限制，可擴(kuò)展性差，同時(shí)在一些電磁干擾性強(qiáng)的測試現(xiàn)場，可能無法專門對(duì)其做電磁屏蔽從而導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)失真。在Labview下使用USB總線，可以同樣實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，并且彌補(bǔ)了采集卡的不足。本文根據(jù)魚雷發(fā)射試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的實(shí)際需要，采用USB數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用Labview調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL文件讀取USB接口的數(shù)據(jù)，并編制了數(shù)據(jù)的分析處理程序，本文的設(shè)計(jì)為魚雷發(fā)射試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及分析提供了一種簡單、有效的方法。

圖1 發(fā)射試驗(yàn)系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)組成與工作原理

圖2 基于USB接口和Labview的數(shù)據(jù)采集原理框圖

魚雷發(fā)射試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作原理如圖2。USB數(shù)據(jù)采集卡包含信號(hào)放大、調(diào)理電路，A／D轉(zhuǎn)換電路及串口轉(zhuǎn)USB接口電路［8］。傳感器測量信號(hào)首先通過信號(hào)放大、調(diào)理電路進(jìn)入采集卡的A／D轉(zhuǎn)換通道，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過串口轉(zhuǎn)USB接口電路，通過USB接口傳輸給PC機(jī)，最后由Labview軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件選擇

目前，USB數(shù)據(jù)采集卡有兩種類型，一種是循環(huán)采集各通道數(shù)據(jù)的循環(huán)采集卡，另一種是同時(shí)采集各通道數(shù)據(jù)的同步采集卡［9～10，14］。由于循環(huán)采集卡循環(huán)采集各通道數(shù)據(jù)，所以采集的各通道數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻存在一個(gè)較小的時(shí)間差，但是這種采集卡成本較低。因此，選擇何種USB數(shù)據(jù)采集卡取決于系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集精度的需要。

對(duì)USB數(shù)據(jù)采集卡的選擇還需要考慮采樣通道數(shù)和采樣精度指標(biāo)。這些需要根據(jù)實(shí)際采集數(shù)據(jù)的需要進(jìn)行選擇。

4 基于Labview的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

Labview系統(tǒng)軟件功能包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析和在線幫助功能，它可以很好地將分析和數(shù)據(jù)采集結(jié)合起來。

在Labview中調(diào)用DLL與USB設(shè)備的通信安裝驅(qū)動(dòng)后，USB數(shù)據(jù)采集卡與主機(jī)實(shí)現(xiàn)連接，但Labview軟件不直接支持非NI公司的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，因此本系統(tǒng)采用調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫來實(shí)現(xiàn)Labview與采集設(shè)備的連通。

Labview可以通過調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)鏈接庫中函數(shù)的調(diào)用。在程序框中的互連接口，選擇調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)（Call LibraryFunction Node），雙擊左鍵出現(xiàn)調(diào)用庫函數(shù)對(duì)話框。根據(jù)Labview與DLL的參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系填寫好DLL文件的路徑、被調(diào)用函數(shù)名、參數(shù)的類型及返回類型。

需要注意的是，當(dāng)調(diào)用多個(gè)函數(shù)時(shí)要分別填寫參數(shù)的個(gè)數(shù)和對(duì)應(yīng)的類型，而且在調(diào)用過程中應(yīng)保持?jǐn)?shù)據(jù)位的一致。填好單擊OK按鈕后，Labview將自動(dòng)生成各參數(shù)的入口及出口狀態(tài)，這樣就實(shí)現(xiàn)了Labview與DLL的調(diào)用。

在實(shí)現(xiàn)采集前，需要調(diào)用一些庫函數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一些設(shè)置，通過調(diào)用函數(shù)可以得到設(shè)備的描述和USB接口的運(yùn)行狀態(tài)以及實(shí)現(xiàn)對(duì)USB接口的讀寫操作。具體的函數(shù)設(shè)置可以參照數(shù)據(jù)采集卡動(dòng)態(tài)鏈接庫的參考文檔。

根據(jù)設(shè)計(jì)需求，依次調(diào)用所需的函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集系統(tǒng)的設(shè)置。此外，根據(jù)設(shè)計(jì)的采樣速率，需要在上位機(jī)建立一個(gè)緩存。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集，因此采用數(shù)組的讀寫方式，如圖3。

各通道數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后需要編寫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，將采樣值轉(zhuǎn)換成具有物理意義的數(shù)據(jù)，如圖4。

魚雷發(fā)射試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要采集發(fā)射管中壓力數(shù)據(jù)和假雷的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，在上位機(jī)中基于Labview軟件環(huán)境結(jié)合魚雷發(fā)射試驗(yàn)的具體要求編寫了數(shù)據(jù)采集程序。

圖3 多通道數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

圖4 USB2382采集卡的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序

5 系統(tǒng)測試實(shí)例

測試系統(tǒng)主要由壓力傳感器、測速儀、單片機(jī)控制電路，數(shù)據(jù)采集卡及采集軟件等組成。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，發(fā)射氣瓶充滿氣體，發(fā)射水艙充滿水且與發(fā)射管連通，各測試組件準(zhǔn)備好后即可試驗(yàn)。

試驗(yàn)時(shí)單片機(jī)發(fā)出開啟指令，發(fā)射閥開始工作，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)混流泵轉(zhuǎn)動(dòng)，泵把水壓到發(fā)射管中推動(dòng)假雷運(yùn)動(dòng)。同時(shí)各種測量儀器工作，并將相應(yīng)的測量參數(shù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。在一次測試的試驗(yàn)中，對(duì)四個(gè)通道信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其結(jié)果如圖5所示。

圖5 魚雷發(fā)射試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集界面

從圖中可以清楚地觀察到各個(gè)參數(shù)的變化，測試數(shù)據(jù)保存在二進(jìn)制文件中，數(shù)據(jù)還可以生成Excel報(bào)表文件以便用戶參考分析。四通道多參數(shù)測試軟件通過了系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試，成功地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接收、顯示、處理、存儲(chǔ)、回放等功能。

6 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠滿足魚雷發(fā)射試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的需要，解決了科研中的實(shí)際問題。對(duì)于其它類似系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定的參照價(jià)值。

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