基于LabView海磁数据综合采集系统的设计

2014-10-22 06:59赵瑜邹鹏毅吴招才吴文福黄成功

声学与电子工程 2014年3期

赵瑜邹鹏毅吴招才吴文福黄成功

（1 第七一五研究所，杭州，310023；2.国家海洋局第二海洋研究所，杭州，310012）

海洋磁测采集系统是一种集成多类地磁勘测设备的综合测量系统，包括测量海洋磁场的矢量磁力仪设备、测量姿态信息的惯性导航设备、测量方位的 GPS设备、测量地磁日变的日变站设备以及温度、压力等传感器。系统以 LabView8.6版本为开发平台，充分利用 LabView的强大功能，通过 RS-232串口协议对多路数据进行采集处理，做到实时处理、显示和保存，即降低了系统的开发成本，又缩短了系统研发周期。

1 系统硬件结构设计

系统硬件组成如图 1所示，其中矢量梯度仪是由两组矢量磁力仪设备组成，用于测量空间磁场的各分量梯度信息；测量点的姿态信息由惯性导航设备提供；测量点的位置信息由 GPS定位装置提供。日变站设备提供测区的日变信息，用于日变信号校准。另外温度传感器和压力传感器分别提供设备的温度和压力信息，以便实时监控系统的异常情况[1-2]。

图1 系统硬件结构框图

图中两组矢量磁力仪信号、惯导姿态信号和温度/压力信号通过数据融合模块的处理，由串口发送到系统处理单元；另外两路数据分别为 GPS信号和日变信号，三路串口数据由系统处理单元进行同步处理，用于后续显示和保存操作。

2 系统程序设计

LabView开发平台主要有两个窗口：前面板和后面板。其中前面板用来布局输入控件和显示界面；后面板用于代码编程，基于图形化语言编写，相当于 C语言编程中的代码[3-5]。在本程序设计中，前面板主要用于串口设置、数据采集、显示、存储和数据处理。

2.1 串口配置模块

程序软件通过串口与各种设备进行通信，核心控件为 VISA控件，可以对用于串口通信的参数进行设置，包括串口号、波特率、数据位、校验位、停止位等，图2为各参数选项列表。在串口参数设置时，应确保需要的串口参数全部选择正确，避免多路串口重复设置。图3为程序编程框图。

图2 串口参数设置列表

图3 串口设置实现框图

2.2 串口采集模块

串口采集模块包括三个部分，分别是磁矢量数据采集、GPS定位数据采集、日变数据采集，下文对磁矢量数据采集进行介绍。

系统通过数据融合模块将磁矢量信息融合后，以数据包的形式按照 1 Hz的频率发送给程序软件。数据包长度固定为 73个十六进制字节，数据依次为：起始位、磁矢量数据、温度数据、姿态数据、压力数据等，表 1为数据包各字段详细解释。

表1 磁矢量数据包字段解释列表

在串口采集过程中，可以通过判断串口接收的字符数以及数据包的起始/结束标识位来确定数据包是否接收完整。程序首先判断串口采集的字符串数量，接着进一步匹配数据包起始/结束标志位，然后比较数据包的长度是否为 73。图 4为串口采集流程图。

程序实现过程中，通过 LabView中的 VISA Read.vi控件来实现串口字符的读取，读取字节数由“属性节点”控件的“Bytes at Port”属性来控制，图5为程序编程框图。

图4 串口采集流程图

图5 串口采集程序编程框图

2.3 数据存储模块

数据存储功能是采集软件最重要的功能，数据以文本文档的形式保存，文档名称以程序开始运行的时间进行命名。在磁矢量数据保存过程中，以每个数据包为基准进行存储，即每个数据包为单独一行，不同数据包之间以回车换行作为结束，并且每个文件的存储数量固定为 86400，以避免存储文件过大而影响采集。图 6为数据存储流程图。

程序实现过程中，用到的关键控件有“Write to Text File.vi”、“Open/Create/Replace File.vi”，分别用于将数据包写入到存储文件和新建文本文档，图7为程序编程框图。