《基于LabVIEW的氢原子钟状态自动监测系统的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于LabVIEW的氢原子钟状态自动监测系统的设计（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于L a b V I E W 的氢原子钟状态自动监测系统的设计李晓彬堙董绍武1 ，2( 1 中国科学院国家授时中心。陕西，临潼? 1 0 6 0 0 )( 2 中国科学院研究生院，北京1 0 0 0 4 9 )摘要：基于2 0 0 5 年初新购进的氢原予钟，利用N I 公司的L a b V I E W 图形化编程语言，对氢原子钟的内部物理参数和相关状态进行实时监测。本文主要介绍氢原子钟状态自动监测系统的设爿，该系统具有优良的人机交互界面，具有操作简单，功能完善，可扩展性强等特点，能够很好地实现氢原子钟内部参数自动采集，记录、查看、打印、远程网络监测等多种功能。关键字：氢原子钟L a b V
2、l E WV I S A 通信远程网络监测D e s i g no fA t o m i cH y d r o g e nM a s e rS t a t u sA u t o m a t i cM o n i t o rS y s t e mB a s e do nL a b V I E WL iX i a o b i n l 。D o n gS h a o w u l 2( 1N a t i o n a lT i m eS e r v i c eC e n t e r , t h eC h i n e s eA c a d e m yo f S c i e n c e s ，L i n t
3、 o n g ，S h a a n x i7 1 0 6 0 0 ，C h i n a )( 2T h eG r a d u a t eo f t h eC h i n e s eA c a d e m yo f S c i e n c e s ，B e i j i n g1 0 0 0 3 9 ，C h i n a )A b s t r a c t ：B a s e do nt h eA t o m i cH y d r o g e nM a s e r , w h i c hi sn e w l yp u r c h a s e dt oN T S Ca tt h eb e g i n n
4、 i n go f2 0 0 5 ，w eu s eL a b V I E Wd e v e l o p e db yN a t i o n a lI n s t r u m e n t ，t om o n i t o ri n n e rp h y s i c a lp a r a m e t e r sa n dw o r k i n gs t a t u so ft h eA t o m i cH y d r o g e nM a s e r s T h i sp a p e r m a i n l yi n t r o d u c e dt h ed e s i g nm e t h
5、o do f t h eA t o m i cH y d r o g e nM a s e ra u t o m a t i cm o n i t o rs y s t e m T h i ss y s t e mh a se x c e l l e n tu s e ri n t e r f a c e ，p e r f e c tf u n c t i o n s ，a n dc a nb ee a s i l yo p e r a t e da n de x p a n d e d T h i ss y s t e mh a st h ef u n c t i o n so fp a r
6、 a m e t e r sa c q u i s i t i o n ，d a t ar e c o r d ，d a t ad i s p l a y , d a t ap r i 雠r e m o t en e t w o r km o n i t o r i n ga n dS O0 1 “ 1 K e y w o r d s ：A t o m i ch y d r o g e nm a s e r ；L a b V I E W ；V I S Ac o m m u n i c a t i o n ；r e m o t en e t w o r km o n i t o r 1 引言f
7、1 国科学院国家授时中心( N T S C N a t i o n a lT i m eS e r v i c eC e n t e r ) 的守时系统承担我国高精度标准时间产生和保持的重要任务。N T S C 的地方原子时T A ( N T S C ) 以前主要由9 台A g i l e n t5 0 7 1 A 铯 原子钟( 其中。台放置在蒲城发播台) 组成。氢原子钟( H m a s e r ) 由于其极佳的短期稳定度和已具备长期连续运转的特性，在守时系统中得到了越来越广泛的应用，在国际原子时T A I 的建立和保持c 1具有很重要的地位。从2 0 0 4 年5 月以来，N T S C
8、陆续购置了两台美国S i g m a T a u 氢原子钟，同时在0 5基金项F ：国家自然科学基金资助项同( 6 0 2 7 2 0 6 7 ) 。，f 1 圉科学院知识创新一：程重要方向项目：“我圉综合原予时建立与保持的研究”资助课题( K J C X 2 一S W T 0 7 ) 。5 7 8年初又陆续引进了上海天文台研制的两台氢原予钟。因为氢原子钟的自身特性，它需要相对较长的时间来达到稳定的最佳工作状态，在这期间还要依据其内部物理性能表现进行必要的调整。为使氢原子钟能达到最佳运行状态并尽快加入国家授时中心的守时系统，对氢原予钟的物理参数和相关状态进行实时监测以掌握其工作状态就非常重要。
9、同时为使氢原子钟发挥最好的效能，需要给原子钟提供良好的运行环境，包括温、湿度的稳定保持，对钟房进行电、磁屏蔽处理等。针对这个守时T 作中的实际问题，本文利用N I 公司的L a b V I E W 软件平台构建了r1 个氢原子钟状态自动监测系统，此系统充分发挥了虚拟技术的优势，使其具有优良的人机交换界面，操作简单，功能完善，可扩展性强等特点。系统一方面能够远程监测氢原子钟的_ r 作状态，另方面方便T 作人员及时发现问题以进行及时的调整。电子测量与仪器学报2 0 0 5 年增刊2L a b VIE W 简介虚拟仪器就是在通过计算机平台上定义和设计仪器的功能，用户操作和使用计算机的同时就是在使用
10、台专门的电子仪器。虚拟仪器以计算机为核心，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示功能。虚拟仪器模型的主要特征是每一个V I 都有一个用户接口组建，也就是与实际仪器面板相对应的软面板。用户通过打开V I 前面板，就可以在系统的任何层次上与V I 交互，并且前面板对象的设计与修改不涉及程序结构的源代码的变化，使得在开发过程中一4 步步调试软件模块和定位编程 错误更为方便。实验室虚拟仪器工程平台L a b V I E W ( L a b o r a t o r yV i r t u a lI n s t r u m e n tE n g i n e e d n gW
11、o r k b e n c h ) 是面向仪器与测控过程4 软件设计的图形化软件开发I z 台。其突出特点是基于图形化编程G 语言的虚拟仪器开发环境，为仪器设计人员提供了一种全新的编程方法，即使用直观的前面板与流程图相结合的编程方法来构建虚拟仪器。L a b V l E W 在自动化、通信、航空、半导体电路设计和生产、过程控制及生物医学等在内的全世界各种工业领域中都发挥了积极的作用1 3 】。基于L a b V l E W 的众多优势，在设计一个氢原子钟状态的自动采集系统时，选择其作为主要编程工具。3 硬件设计氢原子钟状态自动监测系统是由计算机( 含L a b V I E W 开发软件) 、氢
12、原子钟和打印机组成。该采集系统的硬件结构示意图如图1 所示。图1 氢原子钟状态自动监测系统硬件结构图基于L a b V I E W 的氢原子钟状态自动监测系统是采用模块化的思想来编写的，每个功能的实现由一个模块完成，然后由主控模块调用各个子模块，最后实现数据的定时采集，数据处理，数据实时显示，数据记录，历史数据查询，打印，参数越限报警，网络传输等功能。软件系统的构成如图2 所示。同时，L a b V I E W 图形化编程语言能方便而高效地按照系统的功能要求编写友好的操作界面，本系统软件的主操作界面如图3 所示。1 主控模块主控模块提供了氢原子钟数据采集控制的功能，它通过与其他模块的通讯来完成
13、数据采集、5 7 9数据显示、数据记录、数据打印、历史数据查询、参数越限报警、数据网络传输等功能。2V I S A 通信模块V I S A 控制模块主要是运用N l 公司提供的应用在仪器控制方面的V I S A 工具包来组建，V I S A就是用于仪器编程的标准I O 函数库及其相关规范的总称，一一般称这个I O 函数库为V I S A 库。V I S A 库驻留于计算机系统中，是计算机与仪器之间的软件层连接，用以实现对仪器的控制，它是一个高层A P I ( 应用程序接仁J ) ，通过调用低层的驱动程序来控制仪器。仪器I O 控制软件是处理在计算机与仪器之间通过物理连接进行通信的问题，也就是处
14、理如何在计算机与仪器之间传送命令与数据的问题。V I S A 结构的基本模型共有5层【j J ，如图4 所示。数据显刁模块主控模块V I S A 通信模块l 数据处理模块数据记录模块历史数据查询参数越限报警图3 软件系统的构成数据网络传输数据打印模块顶层应用程序第四层虚拟仪器第三层V I S A 仪器控制组织器第二层V I S A 仪器控制资源底层V I S A 资源管理器图4V I S A 分层结构模型图5 氢原子钟状态自动监测系统的主操作界面V I S A 通信模块利用N I 的通信节点和氢原子令W A W B ，由此来选择主备通信接口的工作钟进行通信。通过设置传输的波特率，数据位，模式，
15、同时，氢原子钟也会返回一条确认信息，停止位，奇偶校验，缓存大小以及握手协议等参确定选择的工作模式。双方建立通讯后，计算机数，初始化串口，使计算机串口的各种参数设置与向氢原子钟发送D 命令，氢原子钟接收到命氢原子种的串口保持一致，建立起计算机与氢原令后，从端口发送3 2 个字节模拟信号的A D 转换子钟的通信管道。打开了一个V I S A 资源后，通过结果( j 进制数) 给计算机“1 。V I S AW r i t e 节点向氢原子钟发送S C P I 命令，继3 数据显示模块而从氢原子钟缓存中读出数据，通信结束后释放数据显示模块主要是对存放在缓存中的字符V I S A 资源。系统根据氢原子钟
16、接口通讯协议，首串取出，对其进行分离，并转换其数据类型。从先，由计算机向氢原子钟发送一条建立通讯的命氢原子钟返同的模拟信号是二进制数，不方便工5 8 0鱼至丝彗丛塑壁塑一一一2 0 0 5 年增：F I J! ! 竺! ! ! ! ! ! ! ! 竺= ! = 皇竺= ! ! 竺竺竺! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 竺! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! _ _ 一一：=作人员察看，需要转变成方便工作人员察看得十进制数。3 2 个字节的模拟信号分别对应了氢原子钟内部的3 2 个不同的参数，把氢原子钟返回的参数字符串进行分离并分配到不同的窗口中显示。再根据氢原子钟技术说明书上提供的每个内部参数不同的分辨率和显示值实际值的不同比例，进行转换，以查看返回的参数值是否在正常工作范围内。程序还提供了实时画图的功能，把每次采集到的参数值实时的显示在w a v e f o r m 图上口1 。为了更好的显示和观察数据，软件提供了一些基本的曲线察看调整功能，如曲线的水平垂
