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技術文章:利用LabVIEW和IMAQ 進行光電設備的可行性測試
利用LabVIEW和IMAQ 進行光電設備的可行性測試
發佈時間:2006/10/12 下午 01:27:17

應用需求
    為了對某光電設備進行可*性試驗,需要由光應力源、電應力源、光具工作臺、振動試驗台、光度測量設備和監測與記錄部分等組成可*性試驗系統。
解決方案
    在LabVIEW和NI IMAQ的控制下,利用圖像採集卡和DAQ板開發一個基於PC的虛擬儀器系統。
方案簡介
    某光電設備屬於高技術性的設備,對其進行的可*性試驗是很複雜的,需要反復對其施加光應力、電應力、振動應力、溫度應力等,按技術要求要同時對四台光電設備做可*性試驗,其線上工作時間長達600小時,且大部分時間都在微光條件下進行,如此複雜的長期試驗工作,顯然人工方法是難以勝任的,因此要求可*性試驗設備的自動化、智慧化程度高;能對施加的各種應力進行即時監控,對被試品出現的各種故障進行即時判別、記錄,並對整個試驗有較強的監測、處理能力。
    海泰公司圖像部負責開發此可*性試驗設備中的監測與紀錄分系統,這個分系統的功能包括:對被試品的工作情況進行監測;控制試驗的進程;監測系統工作狀態;即時判斷黑斑、亮點、閃光及忽明忽暗等故障;記錄系統工作狀態與故障圖像;經過必要的資料處理,得到可*性試驗報告所需要的故障類型、參數等統計結果。我們利用NI的LabVIEW、資料獲取(DAQ)產品、圖像採集(IMAQ)產品完成了本系統的設計。
系統設計:
    監測與記錄分系統由四台圖像採集與處理電腦、一台系統管理電腦、圖像監視器和視頻切換器、集線器和供電電源等組成,如圖-1所示。我們用管理電腦中的DAQ卡PCI-16E-4的類比輸入端採集系統狀態,用其數位I/O端控制光、電應力的開/關和切換,用其計時器輸出端觸發圖像採集和狀態採集並為四個CCD攝像頭提供同步信號;每一個圖像採集與處理電腦中都插有一個圖像採集卡PCI-1407,用來對CCD攝像頭攝取的被試品圖像進行即時採集處理,判斷故障的類型並存儲故障圖像以便進行後續處理。
    管理電腦和四台圖像採集與處理電腦之間通過集線器以高速乙太網路方式相連,進行資料通訊。
    我們選擇了LabVIEW作為本系統軟體的開發平臺,利用它我們可以快速地生成顯示、分析和控制的圖形化用戶介面,更重要的是利用NI-DAQ豐富的VI庫可輕鬆地完成資料獲取、分析等工作;而NI-IMAQ和IMAQ Vision提供了大量的圖像採集和處理功能;SQL Toolkits和 報表生成器可以將試驗結果存入資料庫並按要求生成標準化報表。利用LabVIEW提供的這些功能,根據實際情況可完成本系統所要求的功能。
系統性能:
    我們開發的這套監測與記錄系統主要是針對光電設備的可*性試驗的,按照系統要求,要有四台光電設備同時進行試驗,這裏要人工進行的工作很少。在試驗開始時試驗人員在管理電腦上進行登錄,輸入檢驗員姓名、代號、口令和被試品型號、試驗條件設置等;接下來系統會按照規定的試驗流程進行可*性試驗:首先管理電腦自動根據試驗進度設置試驗條件(光應力、電應力),設置完成後同時觸發系統狀態、被試品圖像的採集過程。四台圖像電腦分別負責本通道的圖像的採集,並對採集到的圖像進行故障判定,若有故障就將此幀圖像存入硬碟,若圖像出現致命故障就向管理電腦發出關閉本通道的請求,待管理電腦回應後關閉本通道。管理電腦利用NI-DAQ卡PCI-16E-4對系統狀態(電應力、光應力、各級電源)進行即時監測,將所有狀態存入系統狀態資料庫。若狀態出現超差就給出報警資訊,若出現致命超差就關閉相應通道。在試驗的間隔期間圖像電腦使用IMAQ Vision對存儲的故障圖像進行進一步處理,提取出故障的特徵資訊,將這些資訊通過乙太網送到管理電腦中,由管理電腦完成故障圖像資料庫的刷新。試驗結束後利用SQL對狀態資料庫、故障圖像資料庫進行查詢,剔除由於狀態超差引起的圖像故障,用報表生成器完成可*性試驗報告。
關鍵技術
    要完成本系統的設計必須解決兩個關鍵問題:建立系統內部時統和組建基於Web的測控網路MCN(Measurement and Control Network)。
    系統內部時統的作用是為被試品圖像採集和試驗中系統狀態採集(分別由不同的電腦完成)建立起統一的時間基準,從而可以得到採集某幀圖像時對應的系統狀態,以便判斷圖像出現的故障是由被試品引起的真實故障還是由於系統狀態超差引起的從屬故障。為了解決這個問題,我們要做到:
    1.圖像採集與狀態採集同時開始;
    2. 嚴格控制試驗進行過程中圖像採集和狀態採集的頻率,在滿足這兩個條件的基礎下按採集的先後順序給每一組圖像資料和狀態資料分別賦予唯一的ID,相對應的圖像資料與狀態數具有相同的ID, 按照ID就可以得到在時間上相對應的圖像資料和狀態資料。按照這個思路,我們將DAQ卡PCI-16E-4的定時/計數器GPCTR0與圖像採集卡PCI-1407的觸發輸入端、DAQ卡PCI-16E-4的觸發輸入端相連,作為圖像採集和狀態採集共同的觸發信號輸入,從而使圖像採集和狀態採集在同一時刻開始。
    圖像採集是按幀進行的(我們使用的PAL制式是25幀/秒),同時我們利用DAQ卡內部的時鐘指定了狀態採集的採樣率,這樣一來滿足了上述的兩個條件,也就實現了系統內部時統。
    由於本系統中狀態資料獲取和試驗進程控制由系統管理電腦完成,而四路被試品圖像的採集與處理分別由四台圖像處理電腦完成,為了進行控制命令、試驗資料的傳送就需要將這些電腦進行互聯,成為一個完整的測控網路MCN。測控網路在硬體上的實現可利用現有的任何網路硬體,軟體方面我們主要採用了NI公司開發的Datasocket技術。
    Datasocket是NI公司提供的一種編程工具,借助它可以在不同的應用程式和資料源之間共用資料。DataSocket可以訪問本地檔以及HTTP和FTP伺服器上的資料,DataSocket為低層通訊協定提供了一致的API,編程人員無需為不同的資料格式和通訊協定編寫具體的程式碼。而且通常這些資料源分佈在不同的電腦上。DataSocket使用一種增強資料類型來交換儀器類型的資料,這種資料類型包括資料特性(如採樣率、操作者姓名、時間及採樣精度等)和實際測試資料。可以看出,DataSocket是面向高層應用、非常適合測控領域使用的網路技術。
    我們在本系統中使用DataSocket傳送控制命令和試驗資料,若再深入地應用DataSocket技術就可以組建基於Web的測控網路,在這種網路中,儀器的前面板被移植到Web頁面上,通過Web伺服器處理相關的測試需求。這將是對傳統測控方式的一場革命。測控方式的網路化,是未來測控技術發展的必然趨勢,它能夠充分利用現有資源和網路帶來的種種好處,實現各種資源最有效合理的配置。同時還可以實現真正意義上的VI,即用純粹的軟體儀器代替目前的傳統儀器或VXI、PXI等儀器形式,這也是我們在下一步工作中要實現的目標。
結論:
    由於使用了虛擬儀器技術,使得本系統的自動化、智慧化程度很高,有很強的可擴展性。我們在硬體上選用了NI公司的DAQ卡和圖像採集卡,軟體方面以NI LabVIEW 作為開發平臺,使用了NI IMAQ Vision、SQL Toolkits、LabVIEW 報表生成器作為開發工具,與基於自選硬體和常規編程語言(C++、彙編)的解決方案相比較,不僅增加了系統軟硬體的可*性,而且節約了50%以上的開發費用。

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