基于LabVIEW的多种测试仪器集成控制系统设计

时间：2024-05-04

杨华，李洁，贺奇，孙邦兴

（中国船舶集团有限公司第七一八研究所，河北邯郸，056027)

0 引言

电子测量技术如今已取得突破性进展。进入21世纪，随着科技不断进步，生产力的逐渐提高，在测试理论、使用的方法及领域都有了新的发现，新的仪器结构也层出不穷，计算机与测量仪器相结合的自动测试技术逐渐取代了传统的测试方式，一系列多功能、高效率、高精度的测量仪器也相继问世。

集成控制测试系统可对仪器型号、接口和地址等信息进行统一配置管理。在物联网概念的驱动下，仪器使用领域的发展日趋成熟、稳定、先进；所谓系统集成，就是将测试软件、测试仪器、通信技术作为一个整体组合起来，为用户解决信息处理问题的业务。也就是说，各个分离部分原本是作为一个个独立的系统，经过集成为整体之后，各部分之间能彼此配合的工作，从而发挥整体效益，最终得到整体优化的效果。

对于中小型企业来说，生产制造的成本应在满足需要的前提下尽可能减小以保证效益。目前市场上测试仪器品种繁多，功能齐全，虽然大型精密仪器可满足各项测量要求，但他们成本较高，体积庞大，对于中小型企业来说不是一个合适的选择，而传统的人工测量又费时费力且容易出错。本文针对目前测量市场上的现状，设计出一套仪器集成控制测试系统，利用仪器本身的编程接口，集成化至软件开发平台LabVIEW这个虚拟仪器应用，对仪器进行编程控制，实现对一些小型精密仪器的控制，并将测量数据存储在MySQL数据库中，具有界面简单、易操作、性价比高等优点，同时，该系统可以通过配置仪器相关信息，实现对不同型号、不同厂家的同类型仪器的兼容使用，在实际应用中既节约了成本又提高了测试的速度和精度。

1 系统硬件组成

系统硬件的组成主要是由万用表、功率表、电子负载、RS232-USB接口转换器和计算机组成。

■1.1 万用表

本系统采用优德利生产的UT805A万用表，精度可达0.015%，也是一款轻便的，价格适中的电量测量仪器。本表可用于测量交直流电压、交直流电流、电阻、二极管、电路通断、频率等功能，适用于电子等行业的测量。

图1 系统硬件连接图

■1.2 电子负载

电子负载是通过控制内部功率或晶体管的导通量，依靠功率管到的耗散功率消耗电能的设备。它能够准确检测出负载电压，精确调整负载电流，同时可以实现模拟负载短路，模拟负载时感性、阻性和容性。在电子仪器仪表中占有很大的一片市场，主要适用于各种电源、电池、适配器及需要电子负载测试场合。

艾德克斯公司生产的IT8500电子负载在具有极佳性价比的同时具备多种操作模式和测试功能。拥有高分辨率、高精度，体积小方便携带等特点，同时具有多种测试功能，如动态测试、自动测试等，可用于开关电源测试、LED驱动电源测试等多个行业领域。

■1.3 功率分析仪

远方公司生产的PF9811智能电量测量仪是一款便携式、经济型电量测量仪，可以满足基本的工频电参数测量，具有较高的性价比，可适用于生产测试以及科研等多领域使用。PF9811可测量的参数包括电压、电流、功率、功率因数、频率，电压波峰比，电流波峰比，还具备谐波分析、串行通讯等功能。本系统主要使用PF9811对待测物功率、功率因数进行测量。

■1.4 RS232-USB接口转换器

由于目前一般计算机笔记本没有RS-232串口，所以本系统使用了Prolific生产的PL2303接口转换器。它是一种高度集成的RS232-USB接口转换器，可提供一个RS232装置与USB功能接口便利连接的解决方案。

2 系统软件设计

本系统在Windows10环境下采用LabVIEW作为开发平台，使用LabVIEW2017进行编程，实现测量仪器的自动控制。LabVIEW是科学研究和工程领域中最重要的图形开发环境之一，其广泛应用于仿真、数据采集、仪器控制、测量及分析、数据显示和其它应用系统的开发中。同时，LabVIEW提供了大量虚拟仪器和函数库来帮助编程，是较为方便快捷的编程语言。

本系统中，仪器的I/O控制由LabVIEW程序负责，其对数据进行采集和显示。

■2.1 LabVIEW与RS232串口通信

串行通讯是一种常用的数据传输方法，它用于计算机与其它设备，或与另一台计算机之间的通讯。RS232串口是工业中比较常用，也时最易遇到的一种总线协议，目前大多数的下位机、仪器等都还是使用串口通信。

通过RS232串口可以方便的实现LabVIEW与其他测试软件的通讯。本测试系统中通过RS232串口实现LabVIEW与万用表、电子负载之间的通信。

LabVIEW中的VISA节点可以通过调用相同的VISA库函数并配置不同的设备参数，编写控制各种I/O接口仪器的通用程序，从而实现用一套仪器控制程序与多种硬件接口进行配合。如此，用户只需要面对统一的编程接口——VISA，来达到与大多数仪器连接的目的，无论底层是何种硬件接口。此次编程用到了VISA函数中的VISA配置串口、VISA读取、VISA写入。

■2.2 LabVIEW调用DLL

图2 LabVIEW与RS-232通讯后面板

动态链接库(Dynamic Link Library,缩写为DLL)，是微软公司在微软Windows操作系统中，实现共享函数库概念的一种方式。作为一种共享可执行代码的技术进程，动态链接库可以调用与自身无关的其他进程的可执行代码。函数的可执行代码汇集于一个DLL文件，就形成了动态链接库。不同进程可以调用不属于自身的可执行代码，这样有助于共享资源和数据，并且减少了代码量，简化开发者的工作量。

图3 LabVIEW与RS-232通讯前面板

LabVIEW调用DLL方法有很多，本文介绍如何通过通过LabVIEW 2017开发环境自带的导入共享库工具实现对动态链接库DLL中函数接口的调用，本方法简单实用，只需几步简单的配置即可。需要注意的是功能函数的参数中不包含任何复杂数据类型且有相应的头文件（*.h）。

具体操作步骤：打开LabVIEW新建一个vi，选择菜单工具-导入-共享库（.dll）-为共享库创建VI-在文件夹中选择共享库（.dll）文件和头文件（.h）（仪器厂商在仪器出产时都会自带DLL文件和头文件）-添加include的头文件和预处理定义，如果没有直接点击下一步-选择需要转换的dll中函数前面打钩号-选择项目库路径，写入项目库名称-选择错误处理-配置dll中函数生成VI后的属性规范，参数类型-生成总结-导入结束，完成。

■2.3 LabVIEW与MySQL数据库连接

数据库技术的采用可准确反映各类数据之间的密切联系，在面对大量的数据信息时，其能够有效地管理和组织数据，弥补了保存到数据文件中的不足和缺点。LabVIEW可以访问的数据库有很多，本文介绍LabVIEW访问MySQL数据库。需要用到的工具有Labsql工具包，connector to ODBC。

图4 LabVIEW调用DLL前面板

图5 LabVIEW调用DLL前面板

2.3.1 LabSQL简介

LabSQL是由美国NI公司开发的一个针对LabVIEW数据库访问的免费、多数据库、跨平台的工具包。LabSQL使用Microsoft ADO以及SQL语言来完成数据库访问，并将复杂的底层ADO及SQL操作封装到一系列的LabSQL Vis中。它具有操作简单，易于理解的优点，因此不熟悉SQL语言的用户也可以很轻松地在LabVIEW中实现数据库访问。

在NI公司官网下载LabSQL后，将其安装在LabVIEW安装目录中的user.lib文件夹中，重启LabVIEW软件后在后面板-函数-用户库中就可以看到LabSQL模块。

2.3.2 具体操作步骤

安装完Connector to ODBC后，在控制面板-管理工具-数据源（ODBC）的驱动程序中就可以看到MySQL的驱动程序了，该驱动要被使用在LabVIEW进行数据库的访问。接下来就要进行程序的编写，如图6所示。需要注意的是连接字符串的填写。