基于labview的機(jī)場地面結(jié)冰檢測系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計

基于labview的機(jī)場地面結(jié)冰檢測系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計

1冰傳感器及使用軟件設(shè)計在寒冷的天氣，留在機(jī)場的飛機(jī)很容易結(jié)冰。盡管對飛機(jī)采取了起飛前的除冰措施,但由于缺乏先進(jìn)的地面結(jié)冰探測手段,飛機(jī)帶霜、雪或冰起飛的情況仍時有發(fā)生,從而對飛機(jī)飛行安全構(gòu)成了很大的威脅。當(dāng)前用于飛機(jī)結(jié)冰探測的多是機(jī)載結(jié)冰傳感器,主要用于飛機(jī)在空中的結(jié)冰探測,而很少有專門的結(jié)冰傳感器用于機(jī)場地面結(jié)冰探測。隨著我國民航事業(yè)的快速發(fā)展,需要迫切解決機(jī)場地面結(jié)冰探測這一難題。因此,研究開發(fā)出一種地面機(jī)場結(jié)冰探測系統(tǒng)就顯得十分必要。該系統(tǒng)能指導(dǎo)地面作業(yè)人員進(jìn)行科學(xué)合理的防除冰作業(yè),徹底避免飛機(jī)帶霜、雪或冰起飛,杜絕安全隱患。LabVIEW(laboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench)是實(shí)驗室虛擬儀器集成環(huán)境的簡稱,是美國NI(NationalInstruments)公司開發(fā)的應(yīng)用廣泛功能強(qiáng)大的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。軟件產(chǎn)品大部分信號采集設(shè)備提供與LabVIEW的通訊接口,或者通過動態(tài)連接庫實(shí)現(xiàn)與LabVIEW的數(shù)據(jù)交換,方便地從數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取信號數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)文本語言相比,LabVIEW的程序開發(fā)過程簡捷、效率高,用其構(gòu)成的虛擬儀器完全類似于人們比較熟悉的硬件面板,很容易為用戶理解和接受。另外,用LabVIEW開發(fā)的系統(tǒng)可脫離開發(fā)平臺獨(dú)立運(yùn)行。2數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計機(jī)場地面結(jié)冰檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖1所示。系統(tǒng)由多傳感器系統(tǒng)、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集模塊和上位機(jī)這四大部分組成。除去上位機(jī)之外的其余三部分構(gòu)成了系統(tǒng)的硬件。其中系統(tǒng)所采用的多傳感器具有不同的測量范圍和精度,能取長補(bǔ)短,發(fā)揮各自的優(yōu)勢。信號調(diào)理電路主要包括結(jié)冰信號探測電路和溫度探測器信號處理電路,利用以鎖定放大器為核心的微弱信號檢測電路將強(qiáng)噪聲中的微弱結(jié)冰信號檢測出來,同時利用溫度參量輔助上位機(jī)進(jìn)行冰型識別以及控制系統(tǒng)工作狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集模塊為研華公司ADAM4100系列I/O模塊,它應(yīng)用EIARS-485通信協(xié)議,是工業(yè)上最廣泛使用的雙向、平衡傳輸線標(biāo)準(zhǔn),使得ADAM4100系列模塊可以遠(yuǎn)距離高速傳輸和接收數(shù)據(jù)?？紤]到LabVIEW軟件在測控領(lǐng)域的強(qiáng)大界面顯示功能,并且具有開發(fā)周期短,界面友好,維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),本系統(tǒng)上位機(jī)采用LabVIEW來開發(fā)。在系統(tǒng)中,上位機(jī)軟件通過串口,串口轉(zhuǎn)485及485總線,按照Modbus協(xié)議與硬件系統(tǒng)進(jìn)行通信,按照一定的時序,上位機(jī)先下傳控制命令控制ADAM4150,使其選通4路模擬通道的某一路;然后上位機(jī)接收ADAM4117發(fā)送過來的采集數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后,上位機(jī)軟件將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中;同時上位機(jī)對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,將各個光纖傳感器的結(jié)冰數(shù)據(jù)、預(yù)警、告警等級等信息在上位機(jī)界面上顯示出來。3上位機(jī)設(shè)計上位機(jī)軟件功能框圖如圖2所示。上位機(jī)啟動后先完成參數(shù)選擇設(shè)定,然后運(yùn)行,硬件系統(tǒng)通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機(jī),上位機(jī)通過通信處理模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成固定格式的結(jié)冰數(shù)據(jù),然后將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中,并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示結(jié)冰狀態(tài)及曲線。3.1上位機(jī)程序上位機(jī)通信在VISA控件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)LabVIEW串口通信功能。在本軟件中,采用主從式進(jìn)行通信。上位機(jī)發(fā)送采集數(shù)據(jù)命令,下位機(jī)收到命令后,開始采集,并把采集到的數(shù)據(jù)按一定格式發(fā)送給上位機(jī)。當(dāng)接收的數(shù)據(jù)形成一個完整的數(shù)據(jù)幀時,程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、保存并顯示。需要注意的是發(fā)送指令和讀回數(shù)據(jù)之間要有一定的延時,即VISAWRITE和VISAREAD之間要有一定的延時,一般20ms即可,因為串口是底層硬件,數(shù)據(jù)從軟件到串口上需要一些時間,然后儀器對指令作出響應(yīng)也要一定時間,這些時間加起來肯定比軟件運(yùn)行二個節(jié)點(diǎn)的時間要短,所以延時是一定要加的。典型的指令如表1～表2所示。3.2數(shù)據(jù)庫的改造在本程序的編寫過程中,考慮到項目開發(fā)成本及技術(shù)開發(fā)難度,采用LabVIEW的免費(fèi)數(shù)據(jù)庫工具包LabSQL實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫存儲功能,同時具備讀取標(biāo)定數(shù)據(jù)的功能,這樣相當(dāng)于在數(shù)據(jù)庫中開放了標(biāo)定數(shù)據(jù)窗口,方便了用戶的使用?？傮w思路是:在LabVIEW中安裝數(shù)據(jù)庫訪問工具包LabSQL,建立ACCESS2003數(shù)據(jù)庫,其中數(shù)據(jù)庫中包含標(biāo)定數(shù)據(jù)表和存儲數(shù)據(jù)表;然后在Windows系統(tǒng)中建立LabVIEW與數(shù)據(jù)庫的ODBC關(guān)系;最后在上位機(jī)中操作LabSQL的VI來實(shí)現(xiàn)存取讀取數(shù)據(jù)庫功能。3.3數(shù)據(jù)處理和顯示目前數(shù)據(jù)處理主要包括以下四方面:1數(shù)字濾波用于收集數(shù)據(jù)主要是判定同一路信號連續(xù)采集四次的數(shù)據(jù)是否在允許的范圍內(nèi),以及是否偏差過大,最后取其平均值。2u3000系統(tǒng)方法目前僅粗糙計算溫度,依據(jù)PT100三線制測溫原理,可得溫度計算公式:T=(PT1-2PT2)/(0.0039*PT3)后續(xù)根據(jù)建模需要,如果要精確測溫,將采用查表法來實(shí)現(xiàn)。3實(shí)時計算冰厚對楔形,同軸光纖傳感器采集的電壓信號V1,V2,V3,V4,依據(jù)線性插值算法,實(shí)時計算出對應(yīng)的冰厚d11,d12,d13,d14。4冰厚電壓曲線顯示界面在四冰厚d11,d12,d13,d14的基礎(chǔ)上進(jìn)一步得出兩個光纖傳感器分別對應(yīng)的冰厚D1,D2,冰厚時間曲線也由原來的雙冰厚曲線變?yōu)閱伪袂€;開放冰厚計算系數(shù)窗口(k11,k12,k13,k14),且其對應(yīng)關(guān)系為D1=k11*d11+k12*d12D2=k13*d13+k14*d14冰厚計算系數(shù)窗口k11,k12,k13,k14默認(rèn)為0.5,可根據(jù)實(shí)際的情況結(jié)合數(shù)學(xué)建模,調(diào)整至合適的系數(shù)值(0～1之間)。在本程序中顯示界面的設(shè)計也很重要,需要將重要的數(shù)據(jù)很突出地顯示出來,而不太重要的數(shù)據(jù)也能予以顯示,以便試驗人員觀察試驗過程。本顯示界面主要包括系統(tǒng)設(shè)定區(qū)、系統(tǒng)狀態(tài)觀察區(qū)和冰厚電壓曲線顯示區(qū)。設(shè)計完成后的主程序界面如圖3所示。4上位機(jī)調(diào)試結(jié)果本文介紹了基于LabVIEW的機(jī)場地面結(jié)冰檢測系統(tǒng)的上位機(jī)開發(fā)過程,從串口通訊與數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲與讀取、數(shù)據(jù)處理與顯示幾個方面詳細(xì)進(jìn)行了闡述。該上位機(jī)調(diào)試完成后,配合多傳感器系統(tǒng),信號調(diào)理電路和數(shù)