大直径测量数据采集系统中动态链接库设计

摘要：文章根据多滚轮法大直径测量方案和虚拟仪器及其开发环境LabVIEW的特点，通过LabVIEW调用动态链接库机制，构建大直径测量的数据采集系统。实践表明，调用标准共享库和用户自定义的库函数，对于不附带LabVIEW驱动程序的硬件尤其具有使用价值，这是增强LabVIEW与其它Windows应用程序之间数据共享能力的一条很好的途径。

关键词：大直径测量；虚拟仪器；动态链接库；光栅数据采集

虚拟仪器是现代计算机技术、仪器仪表技术及现代计算机辅助测试(CAT)技术相结合的产物，广泛应用于数据采集和自动测试领域。

Lab VIEW是一种基于图形程序的虚拟仪器编程语言，Lab VIEW程序称为虚拟仪器程序(简称VI)。Lab VIEW按照模块化编程思想，将一些特定的测试任务，建立成一系列的VI，然后通过这些VI的组合来构成各种复杂的、功能强大的测试系统。Lab VIEW除了带有各种基本的VI库(GP-IB、VISA、VXI和串行接口仪器的驱动程序等)和功能超强且庞大的分析函数库外，还可以通过调用外部代码实现Lab VIEW比较复杂的接口功能，其中就包括动态链接库调用机制。

动态链接库可采用VB、VC++6.0等高级语言开发，VC++6.0编制动态链接库，首先由AppWizard生成DLL框架，用户自己键入实现各种功能的代码。DLL需要h函数声明文件、C源文件及def定义文件。h文件的作用是声明DLL要实现的函数原型，供DLL编译使用，同时还提供应用程序编译使用。C文件是实现具体文件的源文件，它有一个入口点函数，在DLL被初次调用时运行，完成初始化工作。def文件是DLL项目中比较特殊的文件，用于定义该DLL项目将输出的函数，只有def文件列出的函数才能被应用函数调用，函数名列在该文件EXPORTS的关键字下。

多滚轮法大直径测量的数据采集系统

多滚轮法大直径测量原理结构
滚轮法大直径测量原理结构主要有被测大轴、滚轮、圆光栅、信号调理与接口、计数器及大轴转数测量标记组成。大轴直径计算公式为
D=α*d/2τN
其中，D为被测大轴直径；d为滚轮直径；α为滚轮转动角度；N为大轴转动周数。滚轮采用特殊的结构设计，以减小测量过程中打滑发生的几率。同时通过3个滚轮的冗余测量信号，可辩识出测量过程中的“打滑发生段”，并在进行三滚轮信号合成时，采用有效的数据融合技术，进一步将“打滑段”的信号剔除。通过对接触压力大小与滚轮直径变化的关系作精确标定，测量时根据拟合数学模型对滚轮变形作适时修正，以消除或减小滚轮变形引起的测量误差。为减小温度场不均匀或变化所导致的测量误差，在工件表面布置多个温度传感器，用以监测工件是否进入恒温状态及工件温度的变化和分布情况，以便对该温度场引起的大直径尺寸变化进行修正。用微位移传感器测量大轴表面形状误差，分离出各次谐波，用以修正测得直径，减小形状误差的影响。

数据采集系统组成
多滚轮法大直径测量系统采用的传感器种类和数目均较多，多参数的测量和控制由虚拟仪器测量系统实现，其结构框图如图1所。

图1　数据采集系统框图

光栅数据采集硬件主要由RENISHAW公司的RESR20圆光栅编码器和FAGOR公司的DRO板组成，RESR20圆光栅编码器的角分辨力可达0.01″，分度不确定度为0.5″。RGH20读数头输出4路信号，DRO板对这4路信号进行细分后转换成数字信号输入计算机，完成对圆光栅信号的数据采集。光电传感器的信号由6071E板(该板为NI公司的多功能数据采集板，具有模拟量、数字量采集单元，该板同时用于位移、压力等信号的采集)上的计数器送入计算机，作为数据采集的触发信号。同时为减小数据采集启停引起的误差，通常在大轴转动数周过程中采集光栅信号。在编制采集软件时设置大轴转动周数单元，当大轴转动且计数标记通过光电传感器时，计算机开始采集数据，当大轴转动周数达到预设值时，停止数据采集。

数据采集系统软件设计

6071E多功能采集卡自身带有适用于LabVIEW环境的驱动程序，直接进行设置即可。DRO板必须用VC++编程调用其动态链接库进行初始化，然后将VC++的调用生成动态链接库，由Lab2VIEW调用完成对DRO板的初始化，参数的初始化包括滚压轮标准参数、测试任务参数以及其他环境参数等。初始化结束，计算机检测到触发信号后开始数据采集，数据采集部分同样需要用VC++编程调用DRO板的动态链接库的库函数。圆光栅信号输入计算机后由软件进行数据的处理和存储，当大轴转动周数等于预设值时，停止采集，一次数据采集过程完成。

LabVIEW调用动态链接库，使用LabVIEW功能模板中“Advanced”子模板的“调用库函数(Call Library Function)”结点。实现动态链接库调用步骤如下：

(1)在LabVIEW程序建立“调用库函数结点”。其中“Call Library Function”结点通过选择功能模板“Advanced”子模板的“Call Library Function”功能产生。

(2)配置“调用库函数结点”。双击框图程序窗口的“Call Library Function”结点，在弹出的对话框中对此“调用库函数结点”进行配置。其中：在“Library Nameor Path”项中键入结点所链接的DLL文件名，它由c源代码编译而来；在“Function Name”项中键入结点相链接的DLL文件中函数的名称；参数“returntype”的类型选择“Void”，并增加所需的其他返回参数。

(3)编辑c源文件。c源文件包括硬件初始化文件和数据采集文件。硬件初始化部分源代码如下：
//FirstInittheBoardConfigandAxisConfigData
BoardConfig.NumberOfAxes=4；
do
{
　　printf(“\nSelectsignaltype(0=TTL，1=1Vpp)：”)；
　　signal_type=getch()；
}while((signal_type<‘0’)(signal_type>‘1’))；
signal_type=signal_type-‘0’；
//Enteryourownvalues，theseareonlyasample.
for(i=0；i {
　　AxisConfigData[i].Resolution=0.005；
　　AxisConfigData[i].CountDirection=0；
　　AxisConfigData[i].SignalType=signal_type；
　　AxisConfigData[i].TTLWaveMultiply=0；
　　AxisConfigData[i].SineWaveMultiply=0；
　　AxisConfigData[i].MachineErrorComp=0；
　　AxisConfigData[i].I0Type=0；
　　AxisConfigData[i].EncoderFactor=1000；
　　AxisConfigData[i].EncoderOffset=0；
　　AxisConfigData[i].ExternalMultiply=1；
}
//CallingtoIniBoardfunction.
if(IniBoard(&BoardConfig，&AxisConfigData[0])==0)
{
　　printf(“\n\n\nErrorduringinicialization\n\n\n”)；
　　exit(0)；
}
数据采集部分源代码如下：
//CounterTest
voidCounterTest(void)
{
　　ReadAllCounters(&AxisValuesData)；
Axis_X=AxisValuesData.AxisDisplayValue[0]；
Axis_Y=AxisValuesData.AxisDisplayValue[1]；
Axis_Z=AxisValuesData.AxisDisplayValue[2]；
Axis_W=AxisValuesData.AxisDisplayValue[3]；
printf(“X=%4.4f”，Axis_X)；　　　　　　　//PrintthevalueofAxisX
printf(“Y=%4.4f”，Axis_Y)；
printf(“Z=%4.4f”，Axis_Z)；
printf(“W=%4.4f”，Axis_W)；
printf(“\r”)；
}

(4)编译c源代码。将c源文件编译成DLL文件，使用VC++6.0完成。

(5)运行VI。运行由上述步骤生成的LabVIEW程序。

结束语

LabVIEW的外部代码扩展功能是其重要特点之一，调用动态链接库是LabVIEW提供的调用外部代码的4种途径中最通用的一种。可调用标准共享库和用户自定义的库函数，对于不附带LabVIEW驱动程序的硬件尤其具有使用价值。通过调用动态链接库机制可引入C语言的强大功能，确实是一条增强LabVIEW与其它Windows应用程序之间的数据共享能力的良好途径。