基于LabVIEW的多傳感器信息采集平臺
發(fā)布時間:2008/5/29 0:00:00 訪問次數(shù):442
孫二敬，蔡伯根
摘 要：車輛定位中利用多傳感器信息融合技術可以提高定位精度。 系統(tǒng)中的傳感器數(shù)量急劇增加，傳統(tǒng)儀器很難滿足整個系統(tǒng)的測量需求。 本文開發(fā)了一種基于虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境labview的多傳感器信息采集平臺，將多傳感器數(shù)據(jù)采集、預處理、信息顯示、存儲及數(shù)據(jù)回放集成在一起，解決了以往實現(xiàn)多傳感器信息同步十分困難的問題，為將來進一步研究利用虛擬儀器測量多傳感器信息及進行多傳感器信息融合奠定了基礎。
關鍵詞：labview；數(shù)據(jù)采集；全球定位系統(tǒng)；慣性測量單元
引 言
車輛定位導航技術是智能交通系統(tǒng)( its)中一個重要技術，而定位精度、定位數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可靠性是導航系統(tǒng)性能的三個重要因素。 車輛定位導航的精度直接取決于各個傳感器的精度，而傳感器精度的提高往往受技術、價格等因素的影響。 目前廣泛采用的基于多傳感器融合的組合導航系統(tǒng)，能夠有效提高導航定位精度，增強導航系統(tǒng)的可靠性，進而充分保證導航數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可用性。 傳感器數(shù)量在系統(tǒng)中的需求增加，傳統(tǒng)儀器不再適應系統(tǒng)要求。本文作者利用ni公司的虛擬儀器編程軟件labview所設計的多傳感器信息采集平臺，為組合導航中的多傳感器信息采集工作提供了一個通用的平臺，克服了傳統(tǒng)儀器功能單一，靈活性差，更新和維護費用高的缺點。 并且將數(shù)據(jù)采集、預處理、信息顯示、存儲和回放集成在一起，形成統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)文件，方便與其它數(shù)據(jù)分析軟件的接口，例如與matlab的接口。 在這個多傳感器信息采集平臺，各種傳感器信息可以顯示在同一界面上，可以很方便地在其它傳感器的信息中添加gps時間信息，解決了以往實現(xiàn)多傳感器信息同步困難的問題。
軟件開發(fā)平臺labview及結構
labview全稱是laboratory virtual instrumentengineering workbench ，是目前十分流行的虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺，是美國國家儀器公司(national instrument) 推出的一種基于圖形開發(fā)、調試和運行程序的集成化環(huán)境，是目前國際上唯一的編譯型的圖形化編程語言。
系統(tǒng)硬件結構
實現(xiàn)此平臺的硬件結構如圖1所示。各種傳感器通過串行接口與計算機相連，實現(xiàn)與計算機的通信，計算機利用系統(tǒng)的labview程序對各種傳感器發(fā)送控制命令，多傳感器信息通過串口送入計算機，供labview程序進行數(shù)據(jù)的識別，讀取，存儲以及后處理工作。 各種傳感器信息分別通過各自接口與計算機通信之間是并行的。 由于實驗室條件有限，多傳感器僅以imu和gps為例完成了系統(tǒng)的設計工作。
系統(tǒng)軟件結構
系統(tǒng)的軟件結構圖如圖2 所示。 由圖2 可以看到，整個系統(tǒng)完成了gps/imu的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理、信息的同一界面顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)回放的功能。
系統(tǒng)關鍵技術及其功能實現(xiàn)
系統(tǒng)關鍵技術
(1) labview的并行機制
labview軟件應用程序采用了并行程序結構，分別實現(xiàn)對多傳感器信息的測控。 如在多任務并行處理中，兩個循環(huán)結構構成了兩個并行的任務，每個任務體的執(zhí)行順序是互不相關的，甚至這兩個任務執(zhí)行的次數(shù)也是可以不一樣的。
(2) 串行口通信子vi
串行口通信的子vi針對計算機標準的串行口。labview提供了一組(共5 個) 串行口通信子vi控件來承擔對編程的支持，它們依次是：①串口初始化(serial portinit) ； ②串口讀(serial portread) ； ③串口寫(serial portwrite) ； ④串口字節(jié)數(shù)(bytesatserialport) ； ⑤串口中斷(serial portbreak) 。
(3) 數(shù)據(jù)同步機制原理
多傳感器信息融合中，要使誤差最小，兩個傳感器數(shù)據(jù)的時間應該相匹配。 然而在實際的傳送到車輛中的基本定位信息只需要有限的時間信息，只要為傳感器信息確定數(shù)據(jù)起始時間，然后可以根據(jù)傳送的數(shù)據(jù)量以及通信波特率來確定時間。 以gps信息與慣性導航系統(tǒng)( inertial navigation system，ins) 的組合為例，由于ins與gps的采樣率不同，ins采樣率一般為10 hz ，而gps的采樣率為1hz。 如圖3 所示，設t1時刻為imu/ins及gps信息開始可用時刻，首先從t1開始向緩存器中存儲一系列的imu/ins信息，由于gps采樣率較低，此時的gps信息可能并不是t1時刻而是前一秒內的信息。 假設gps信息在t1+δt時刻更新，當接收到gps的t1+δt時間信息后，將緩存器的信息恢復到正確的時間并完成更新，取t1+δt為兩個傳感器的數(shù)據(jù)起始時間，這樣imu/ins信息和gps信息就達到了時間上的匹配，此后的時間信息就可以通過傳送的數(shù)據(jù)量以及通信波特率來確定。
系統(tǒng)功能實現(xiàn)
(1) 數(shù)據(jù)的采集和預處理
此部分將傳感
關鍵詞：labview；數(shù)據(jù)采集；全球定位系統(tǒng)；慣性測量單元
引 言
車輛定位導航技術是智能交通系統(tǒng)( its)中一個重要技術，而定位精度、定位數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可靠性是導航系統(tǒng)性能的三個重要因素。 車輛定位導航的精度直接取決于各個傳感器的精度，而傳感器精度的提高往往受技術、價格等因素的影響。 目前廣泛采用的基于多傳感器融合的組合導航系統(tǒng)，能夠有效提高導航定位精度，增強導航系統(tǒng)的可靠性，進而充分保證導航數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可用性。 傳感器數(shù)量在系統(tǒng)中的需求增加，傳統(tǒng)儀器不再適應系統(tǒng)要求。本文作者利用ni公司的虛擬儀器編程軟件labview所設計的多傳感器信息采集平臺，為組合導航中的多傳感器信息采集工作提供了一個通用的平臺，克服了傳統(tǒng)儀器功能單一，靈活性差，更新和維護費用高的缺點。 并且將數(shù)據(jù)采集、預處理、信息顯示、存儲和回放集成在一起，形成統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)文件，方便與其它數(shù)據(jù)分析軟件的接口，例如與matlab的接口。 在這個多傳感器信息采集平臺，各種傳感器信息可以顯示在同一界面上，可以很方便地在其它傳感器的信息中添加gps時間信息，解決了以往實現(xiàn)多傳感器信息同步困難的問題。
軟件開發(fā)平臺labview及結構
labview全稱是laboratory virtual instrumentengineering workbench ，是目前十分流行的虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺，是美國國家儀器公司(national instrument) 推出的一種基于圖形開發(fā)、調試和運行程序的集成化環(huán)境，是目前國際上唯一的編譯型的圖形化編程語言。
系統(tǒng)硬件結構
實現(xiàn)此平臺的硬件結構如圖1所示。各種傳感器通過串行接口與計算機相連，實現(xiàn)與計算機的通信，計算機利用系統(tǒng)的labview程序對各種傳感器發(fā)送控制命令，多傳感器信息通過串口送入計算機，供labview程序進行數(shù)據(jù)的識別，讀取，存儲以及后處理工作。 各種傳感器信息分別通過各自接口與計算機通信之間是并行的。 由于實驗室條件有限，多傳感器僅以imu和gps為例完成了系統(tǒng)的設計工作。
系統(tǒng)軟件結構
系統(tǒng)的軟件結構圖如圖2 所示。 由圖2 可以看到，整個系統(tǒng)完成了gps/imu的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理、信息的同一界面顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)回放的功能。
系統(tǒng)關鍵技術及其功能實現(xiàn)
系統(tǒng)關鍵技術
(1) labview的并行機制
labview軟件應用程序采用了并行程序結構，分別實現(xiàn)對多傳感器信息的測控。 如在多任務并行處理中，兩個循環(huán)結構構成了兩個并行的任務，每個任務體的執(zhí)行順序是互不相關的，甚至這兩個任務執(zhí)行的次數(shù)也是可以不一樣的。
(2) 串行口通信子vi
串行口通信的子vi針對計算機標準的串行口。labview提供了一組(共5 個) 串行口通信子vi控件來承擔對編程的支持，它們依次是：①串口初始化(serial portinit) ； ②串口讀(serial portread) ； ③串口寫(serial portwrite) ； ④串口字節(jié)數(shù)(bytesatserialport) ； ⑤串口中斷(serial portbreak) 。
(3) 數(shù)據(jù)同步機制原理
多傳感器信息融合中，要使誤差最小，兩個傳感器數(shù)據(jù)的時間應該相匹配。 然而在實際的傳送到車輛中的基本定位信息只需要有限的時間信息，只要為傳感器信息確定數(shù)據(jù)起始時間，然后可以根據(jù)傳送的數(shù)據(jù)量以及通信波特率來確定時間。 以gps信息與慣性導航系統(tǒng)( inertial navigation system，ins) 的組合為例，由于ins與gps的采樣率不同，ins采樣率一般為10 hz ，而gps的采樣率為1hz。 如圖3 所示，設t1時刻為imu/ins及gps信息開始可用時刻，首先從t1開始向緩存器中存儲一系列的imu/ins信息，由于gps采樣率較低，此時的gps信息可能并不是t1時刻而是前一秒內的信息。 假設gps信息在t1+δt時刻更新，當接收到gps的t1+δt時間信息后，將緩存器的信息恢復到正確的時間并完成更新，取t1+δt為兩個傳感器的數(shù)據(jù)起始時間，這樣imu/ins信息和gps信息就達到了時間上的匹配，此后的時間信息就可以通過傳送的數(shù)據(jù)量以及通信波特率來確定。
系統(tǒng)功能實現(xiàn)
(1) 數(shù)據(jù)的采集和預處理
此部分將傳感
孫二敬，蔡伯根
摘 要：車輛定位中利用多傳感器信息融合技術可以提高定位精度。 系統(tǒng)中的傳感器數(shù)量急劇增加，傳統(tǒng)儀器很難滿足整個系統(tǒng)的測量需求。 本文開發(fā)了一種基于虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境labview的多傳感器信息采集平臺，將多傳感器數(shù)據(jù)采集、預處理、信息顯示、存儲及數(shù)據(jù)回放集成在一起，解決了以往實現(xiàn)多傳感器信息同步十分困難的問題，為將來進一步研究利用虛擬儀器測量多傳感器信息及進行多傳感器信息融合奠定了基礎。
關鍵詞：labview；數(shù)據(jù)采集；全球定位系統(tǒng)；慣性測量單元
引 言
車輛定位導航技術是智能交通系統(tǒng)( its)中一個重要技術，而定位精度、定位數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可靠性是導航系統(tǒng)性能的三個重要因素。 車輛定位導航的精度直接取決于各個傳感器的精度，而傳感器精度的提高往往受技術、價格等因素的影響。 目前廣泛采用的基于多傳感器融合的組合導航系統(tǒng)，能夠有效提高導航定位精度，增強導航系統(tǒng)的可靠性，進而充分保證導航數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可用性。 傳感器數(shù)量在系統(tǒng)中的需求增加，傳統(tǒng)儀器不再適應系統(tǒng)要求。本文作者利用ni公司的虛擬儀器編程軟件labview所設計的多傳感器信息采集平臺，為組合導航中的多傳感器信息采集工作提供了一個通用的平臺，克服了傳統(tǒng)儀器功能單一，靈活性差，更新和維護費用高的缺點。 并且將數(shù)據(jù)采集、預處理、信息顯示、存儲和回放集成在一起，形成統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)文件，方便與其它數(shù)據(jù)分析軟件的接口，例如與matlab的接口。 在這個多傳感器信息采集平臺，各種傳感器信息可以顯示在同一界面上，可以很方便地在其它傳感器的信息中添加gps時間信息，解決了以往實現(xiàn)多傳感器信息同步困難的問題。
軟件開發(fā)平臺labview及結構
labview全稱是laboratory virtual instrumentengineering workbench ，是目前十分流行的虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺，是美國國家儀器公司(national instrument) 推出的一種基于圖形開發(fā)、調試和運行程序的集成化環(huán)境，是目前國際上唯一的編譯型的圖形化編程語言。
系統(tǒng)硬件結構
實現(xiàn)此平臺的硬件結構如圖1所示。各種傳感器通過串行接口與計算機相連，實現(xiàn)與計算機的通信，計算機利用系統(tǒng)的labview程序對各種傳感器發(fā)送控制命令，多傳感器信息通過串口送入計算機，供labview程序進行數(shù)據(jù)的識別，讀取，存儲以及后處理工作。 各種傳感器信息分別通過各自接口與計算機通信之間是并行的。 由于實驗室條件有限，多傳感器僅以imu和gps為例完成了系統(tǒng)的設計工作。
系統(tǒng)軟件結構
系統(tǒng)的軟件結構圖如圖2 所示。 由圖2 可以看到，整個系統(tǒng)完成了gps/imu的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理、信息的同一界面顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)回放的功能。
系統(tǒng)關鍵技術及其功能實現(xiàn)
系統(tǒng)關鍵技術
(1) labview的并行機制
labview軟件應用程序采用了并行程序結構，分別實現(xiàn)對多傳感器信息的測控。 如在多任務并行處理中，兩個循環(huán)結構構成了兩個并行的任務，每個任務體的執(zhí)行順序是互不相關的，甚至這兩個任務執(zhí)行的次數(shù)也是可以不一樣的。
(2) 串行口通信子vi
串行口通信的子vi針對計算機標準的串行口。labview提供了一組(共5 個) 串行口通信子vi控件來承擔對編程的支持，它們依次是：①串口初始化(serial portinit) ； ②串口讀(serial portread) ； ③串口寫(serial portwrite) ； ④串口字節(jié)數(shù)(bytesatserialport) ； ⑤串口中斷(serial portbreak) 。
(3) 數(shù)據(jù)同步機制原理
多傳感器信息融合中，要使誤差最小，兩個傳感器數(shù)據(jù)的時間應該相匹配。 然而在實際的傳送到車輛中的基本定位信息只需要有限的時間信息，只要為傳感器信息確定數(shù)據(jù)起始時間，然后可以根據(jù)傳送的數(shù)據(jù)量以及通信波特率來確定時間。 以gps信息與慣性導航系統(tǒng)( inertial navigation system，ins) 的組合為例，由于ins與gps的采樣率不同，ins采樣率一般為10 hz ，而gps的采樣率為1hz。 如圖3 所示，設t1時刻為imu/ins及gps信息開始可用時刻，首先從t1開始向緩存器中存儲一系列的imu/ins信息，由于gps采樣率較低，此時的gps信息可能并不是t1時刻而是前一秒內的信息。 假設gps信息在t1+δt時刻更新，當接收到gps的t1+δt時間信息后，將緩存器的信息恢復到正確的時間并完成更新，取t1+δt為兩個傳感器的數(shù)據(jù)起始時間，這樣imu/ins信息和gps信息就達到了時間上的匹配，此后的時間信息就可以通過傳送的數(shù)據(jù)量以及通信波特率來確定。
系統(tǒng)功能實現(xiàn)
(1) 數(shù)據(jù)的采集和預處理
此部分將傳感
關鍵詞：labview；數(shù)據(jù)采集；全球定位系統(tǒng)；慣性測量單元
引 言
車輛定位導航技術是智能交通系統(tǒng)( its)中一個重要技術，而定位精度、定位數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可靠性是導航系統(tǒng)性能的三個重要因素。 車輛定位導航的精度直接取決于各個傳感器的精度，而傳感器精度的提高往往受技術、價格等因素的影響。 目前廣泛采用的基于多傳感器融合的組合導航系統(tǒng)，能夠有效提高導航定位精度，增強導航系統(tǒng)的可靠性，進而充分保證導航數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可用性。 傳感器數(shù)量在系統(tǒng)中的需求增加，傳統(tǒng)儀器不再適應系統(tǒng)要求。本文作者利用ni公司的虛擬儀器編程軟件labview所設計的多傳感器信息采集平臺，為組合導航中的多傳感器信息采集工作提供了一個通用的平臺，克服了傳統(tǒng)儀器功能單一，靈活性差，更新和維護費用高的缺點。 并且將數(shù)據(jù)采集、預處理、信息顯示、存儲和回放集成在一起，形成統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)文件，方便與其它數(shù)據(jù)分析軟件的接口，例如與matlab的接口。 在這個多傳感器信息采集平臺，各種傳感器信息可以顯示在同一界面上，可以很方便地在其它傳感器的信息中添加gps時間信息，解決了以往實現(xiàn)多傳感器信息同步困難的問題。
軟件開發(fā)平臺labview及結構
labview全稱是laboratory virtual instrumentengineering workbench ，是目前十分流行的虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺，是美國國家儀器公司(national instrument) 推出的一種基于圖形開發(fā)、調試和運行程序的集成化環(huán)境，是目前國際上唯一的編譯型的圖形化編程語言。
系統(tǒng)硬件結構
實現(xiàn)此平臺的硬件結構如圖1所示。各種傳感器通過串行接口與計算機相連，實現(xiàn)與計算機的通信，計算機利用系統(tǒng)的labview程序對各種傳感器發(fā)送控制命令，多傳感器信息通過串口送入計算機，供labview程序進行數(shù)據(jù)的識別，讀取，存儲以及后處理工作。 各種傳感器信息分別通過各自接口與計算機通信之間是并行的。 由于實驗室條件有限，多傳感器僅以imu和gps為例完成了系統(tǒng)的設計工作。
系統(tǒng)軟件結構
系統(tǒng)的軟件結構圖如圖2 所示。 由圖2 可以看到，整個系統(tǒng)完成了gps/imu的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理、信息的同一界面顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)回放的功能。
系統(tǒng)關鍵技術及其功能實現(xiàn)
系統(tǒng)關鍵技術
(1) labview的并行機制
labview軟件應用程序采用了并行程序結構，分別實現(xiàn)對多傳感器信息的測控。 如在多任務并行處理中，兩個循環(huán)結構構成了兩個并行的任務，每個任務體的執(zhí)行順序是互不相關的，甚至這兩個任務執(zhí)行的次數(shù)也是可以不一樣的。
(2) 串行口通信子vi
串行口通信的子vi針對計算機標準的串行口。labview提供了一組(共5 個) 串行口通信子vi控件來承擔對編程的支持，它們依次是：①串口初始化(serial portinit) ； ②串口讀(serial portread) ； ③串口寫(serial portwrite) ； ④串口字節(jié)數(shù)(bytesatserialport) ； ⑤串口中斷(serial portbreak) 。
(3) 數(shù)據(jù)同步機制原理
多傳感器信息融合中，要使誤差最小，兩個傳感器數(shù)據(jù)的時間應該相匹配。 然而在實際的傳送到車輛中的基本定位信息只需要有限的時間信息，只要為傳感器信息確定數(shù)據(jù)起始時間，然后可以根據(jù)傳送的數(shù)據(jù)量以及通信波特率來確定時間。 以gps信息與慣性導航系統(tǒng)( inertial navigation system，ins) 的組合為例，由于ins與gps的采樣率不同，ins采樣率一般為10 hz ，而gps的采樣率為1hz。 如圖3 所示，設t1時刻為imu/ins及gps信息開始可用時刻，首先從t1開始向緩存器中存儲一系列的imu/ins信息，由于gps采樣率較低，此時的gps信息可能并不是t1時刻而是前一秒內的信息。 假設gps信息在t1+δt時刻更新，當接收到gps的t1+δt時間信息后，將緩存器的信息恢復到正確的時間并完成更新，取t1+δt為兩個傳感器的數(shù)據(jù)起始時間，這樣imu/ins信息和gps信息就達到了時間上的匹配，此后的時間信息就可以通過傳送的數(shù)據(jù)量以及通信波特率來確定。
系統(tǒng)功能實現(xiàn)
(1) 數(shù)據(jù)的采集和預處理
此部分將傳感
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公網(wǎng)安備44030402000607
