利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理

1、利用 LabVIEW 實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理摘要信號(hào)處理幾乎涉及到所有的工程技術(shù)領(lǐng)域，而頻譜分析正是信號(hào)處理中的一個(gè)非常重 要的分析手段。 一般的頻譜分析都依靠傳統(tǒng)頻譜分析儀來(lái)完成，價(jià)格昂貴， 體積龐大， 不便 于工程技術(shù)人員攜帶。而基于LabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬頻譜分析儀，用軟件代替硬件，價(jià)格低，便于工程技術(shù)人員完成現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、處理及頻譜分析?，F(xiàn)今最有代表性的圖形化編輯軟件一一LabVIEW,用之模擬從DAQ板卡中采集到一路帶有均勻白噪聲的正弦信號(hào)， 顯示其波形， 并分析、 顯示其幅頻特性曲線(xiàn)以及相頻特性曲線(xiàn)。 另外本文還根據(jù) LabVIEW中的子程序，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音信號(hào)的錄音與播放。關(guān)鍵詞 虛擬儀器

2、數(shù)據(jù)采集 總線(xiàn) LabVIEW1.1 LabVIEW 簡(jiǎn)介L(zhǎng)abVIEW （laboratory virtual instrument engineering wokbench實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái) ）的概念 ,是直觀的前面板與流程圖式的編程方法的結(jié)合 ,是構(gòu)建虛擬儀器的理想 工具。LabVIEW和儀器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析、顯示部分一起協(xié)調(diào)工作，是簡(jiǎn)化了而又更易于使用的基于圖形化編程語(yǔ)言 G的開(kāi)發(fā)環(huán)境。LabVIEW集成了很多儀器硬件庫(kù)，如GPIB/VXI/PXI/基于計(jì)算機(jī)的儀器、RS232/485協(xié)議、插入式數(shù)據(jù)采集、模擬/數(shù)字/計(jì)數(shù)器I / O、信號(hào)調(diào)理、分布式數(shù)據(jù)采集、圖像獲取和機(jī)器

3、視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)控制、PLC/數(shù)據(jù)日志等。與傳統(tǒng)的編程方式相比，使用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器，可以提高效率410倍。同時(shí)，利 用其模塊化和遞歸方式 ， 用戶(hù)可以在很短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建、設(shè)計(jì)和更改自己的虛擬儀器系統(tǒng)。1.2用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器的步驟LabVIEW編程一般要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟。1、 總體設(shè)計(jì)：根據(jù)用戶(hù)需求,進(jìn)行VI 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),確定面板布局與程序流程,并保證所使用的虛擬儀器硬件在LabVIEW函數(shù)庫(kù)中有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。2、 前面板設(shè)計(jì)：在LabVIEW的前面板編輯窗口內(nèi)，利用工具模板和控件模板進(jìn)行VI前面板的設(shè)計(jì)。3、 方框圖編程：在LabVIEW的方框圖編輯窗口內(nèi)，利用工具模板和

4、函數(shù)模 板進(jìn)行方框圖編程。4、程序調(diào)試：?jiǎn)螕羟懊姘寰庉嫶翱诨蚍娇驁D編輯窗口工具條中的運(yùn)行按鈕，執(zhí)行VI程序；同時(shí)可利用 LabVIEW 工具模板中的斷點(diǎn)工具和探針工具調(diào)試縮編程序。2.1 LabVIEW 與信號(hào)處理信號(hào)處理是LabVIEW的一個(gè)重要組成部分它提供了大量的信號(hào)處理庫(kù)函數(shù)，即VI，從信號(hào)的生成或采集，進(jìn)行 FFT變換，到作各種譜分析等都有現(xiàn)成的VI調(diào)用，對(duì)于通用信號(hào)的分析或精度要求不高時(shí)，利用其現(xiàn)成的 VI 就已經(jīng)能夠滿(mǎn)足要求。但當(dāng)用于處理復(fù)雜信號(hào) 時(shí)，其精度遠(yuǎn)達(dá)不到要求。LabVIEW是一比較開(kāi)放的編程環(huán)境，它提供了代碼接口節(jié)點(diǎn) (CIN) 和調(diào)用庫(kù)函數(shù)(CLF)等功能，方便了用

5、戶(hù)直接調(diào)用由其它語(yǔ)言編成的可執(zhí)行程序。結(jié)合工 程實(shí)際，編制了信號(hào)處理頻譜校正的部分程序。利用LabVIEW的CIN接點(diǎn)功能，加入頻譜校正三種新方法，大幅度提高了處理復(fù)雜信號(hào)的精度，使其完全滿(mǎn)足工程分析需要。2.2 利用 LabVIEW 實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理的目的意義信號(hào)處理， 作為對(duì)信號(hào)的分析、 解釋和操作， 是幾乎各類(lèi)工程應(yīng)用中的基本需求。 借助 LabVIEW 軟件完整的分析功能，無(wú)需浪費(fèi)時(shí)間移動(dòng)不相容工具之間的數(shù)據(jù)，無(wú)需編寫(xiě)自己 的分析規(guī)程， 就能處理各類(lèi)信號(hào)。 想在屏幕上查看數(shù)據(jù)， 單憑數(shù)據(jù)的采集和處理往往是不夠 的。您有時(shí)需要保存采集的數(shù)據(jù)以備今后參考； 在硬盤(pán)和數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)數(shù)百或數(shù)千兆字節(jié)

6、的 數(shù)據(jù)也并不稀奇。 應(yīng)用程序運(yùn)行了一次乃至上百次后， 用戶(hù)繼而可以提取信息以便作出決定、 比較結(jié)果、對(duì)過(guò)程做適當(dāng)?shù)男薷?，直到獲得滿(mǎn)意的結(jié)果。盲目存儲(chǔ)所有采集的數(shù)據(jù)， 使累積大量數(shù)據(jù)相對(duì)容易， 以至其變得無(wú)法管理。 借助快速 數(shù)據(jù)采集卡和足量的通道數(shù)，只需數(shù)毫秒就能獲取數(shù)千個(gè)值 NI PCI-6115 S 系列數(shù)據(jù)采集 (DAQ) 卡每秒采集超過(guò) 57 MB 的原始數(shù)據(jù) 。搞清所有數(shù)據(jù)的意義并不是一項(xiàng)瑣碎的任務(wù)。 工程師和科學(xué)家一般會(huì)提出報(bào)告， 創(chuàng)建圖形， 并最終用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)證實(shí)任何評(píng)估和結(jié)論。 缺 乏正確的工具，任務(wù)艱巨的同時(shí)，還導(dǎo)致效率下降。借助 LabVIEW ，在將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到磁盤(pán)前，可

7、先輕松執(zhí)行重要的數(shù)據(jù)壓縮和規(guī)范化，這 樣在提取已保存的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析或預(yù)覽時(shí)，就顯得更容易。重采樣、平均和數(shù)學(xué)變換， 如：快速傅立葉變換 (FFT) ，可將大量原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為更有用的結(jié)果以便記錄和今后參考。 有別于僅為數(shù)據(jù)采集或信號(hào)處理設(shè)計(jì)的軟件開(kāi)發(fā)工具，LabVIEW 從開(kāi)發(fā)時(shí)就提供完全集成的解決方案，幫助用戶(hù)在單一環(huán)境中同時(shí)采集并分析數(shù)據(jù)。2.3 帶有白噪聲的正弦信號(hào)分析本節(jié)采用LabVIEW編寫(xiě)一個(gè)VI程序，模仿從DAQ板中采集一信號(hào)，假設(shè)該信號(hào)為帶有均勻白噪聲的正弦信號(hào)，其中正弦信號(hào)的幅度值為1V，白噪聲信號(hào)的峰值為0.2V。從DAQ板卡中采集信號(hào)后，采用傳統(tǒng)示波器的思想顯示其波形，

8、并對(duì)其進(jìn)行幅頻特性分析以及相頻特性分析，并顯示幅頻特性曲線(xiàn)以及相頻特性曲線(xiàn)。本設(shè)計(jì)還對(duì)輸入信號(hào)的峰峰值進(jìn)行測(cè)量并顯示，并將信號(hào)的峰峰值保存到.Ivm文件（可用word或excel打開(kāi)）,當(dāng)信號(hào)的峰峰值超過(guò)2.2V時(shí)，用LED報(bào)警。VI的前面板如下：1.0-1.0Sii-n# wi th Uni form Noi £.«>O. 5O O-0 52. 0E-24 0E-26.0E-29 0E-21.0E-1Time0 J0E+0：90pj0 5if/xzSina wi th Uni f oitm Hoi (FFT (RMS)100200300400500Frquericy

9、£. 38277STOP圖2 1正弦信號(hào)分析程序前面板上圖中，第一個(gè)圖表顯示帶有白噪聲的正弦信號(hào)，第二個(gè)圖表對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT分析,顯示其幅頻特性曲線(xiàn)，第二個(gè)圖形為相頻特性曲線(xiàn)。程序流程圖如下:Ins t me «6 9ClipboardSine with Uni £ b err ori error in(no eilInstance79 Clipboard_ vi» Si<n«lxerror out i> error in (no tF«-ak to F«4k 囚Instaiiee Opr and 1Result

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11、音器，前面板如圖2 3所示：Buffer Size6192Record PauseN 1IIQUITono 8/16 Bit 2Wavefile Inform a ti oztsono 0/16 BitIIaini圖2 3錄音器與播放器前面板前三個(gè)為錄音控件，分別為record （錄音）、pause （暫停）、stop （停止）；后五個(gè)為放音播放控件，依次為open （打開(kāi)文件）、play （播 放）、pause （暫停）、stop （停止）、quit （放棄）。圖2- 3的三個(gè)顯示面板自左向右，第個(gè)為面板顯示播放文件的信息， 其余兩個(gè)分別顯示錄音文件以及放音文件的波形。程序流程如圖2 - 4所示。匚B-1印毋B圖24錄音器與播放器程序框圖3 LabVIEW實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理結(jié)果和結(jié)論虛擬儀器技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，簡(jiǎn)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了儀器功能，使檢測(cè)結(jié)果更精確、更可靠。它將現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)主流技術(shù)新的靈活易用的軟件和高性能模塊化硬件結(jié)合在一起建立起功能強(qiáng)大又靈活易變的基于計(jì)算機(jī)測(cè)試測(cè)量與控