微弱光电信号采集与处理系统设计人机交互模块(附件)
针对能够从下位机中采集到微弱光电信号，并对这个信号进行分析，我们通过硬件电路采集信号，传输到上位机中，上位机使用的是LabVIEW 软件，采取了基于傅里叶变换的频谱分析法，对信号进行傅里叶变换，通过傅里叶变换，我们可以得到信号的频域时波形，然后，我们可以通过观察信号频域时的特征，再对信号进行比较和分析。本次设计主要进行上位机的滤波、傅里叶变换、分析。并针对强噪声下的微弱光电信号进行了采集、处理和分析，通过硬件电路的采集和处理，再通过串口传输到LabVIEW中，通过软件进行处理与分析。关键词 微弱光电信号，LabVIEW，傅里叶变换目 录
1 引言 1
1.1 课题的研究背景 1
1.2 课题的研究意义 2
1.3 课题的研究内容 4
2.总体方案 5
2.1框图 5
2.2 LabVIEW软件整体设计 5
2.3 分析方法 11
2.4 VISA库 13
3. 系统设计 13
3.1流程图 13
3.2数据采集过程 14
3.3数据采集设备主要指标 14
3.4 数据采集设备的设置与测试 16
3.5 信号处理 19
3.6 设计框图及测试 20
3.7发布应用程序 23
总结 25
致谢 26
参考文献 27
1 引言
1.1 课题的研究背景
微弱信号的检测与处理技术是一门新兴的技术部分，微弱信号是一种幅值很小的信号，它一般都不容易被检测出，噪声会使得它的得到变得更加的困难，要经过很多步的处理，我们才能得到这个信号，当然，我们也可以换一种理解方式去理解微弱信号：“微弱”这两个字不仅仅是指这个信号本身的幅值很小，最主要的特点还是在于它的幅值很小，和其他信号的幅值相比较而言，它容易被覆盖掉，也就是信息论中所讲的信噪比低，研究强噪声下的微弱光电信号检测的原理和方法，便成为了信号处置过程中的热点和难点[1]。传统的微弱光电信号的检测方式已经暴露出很多不足的地方，是以，为了确保提取的信息的真实性，还必须要继续致力研究探求出更多具备信噪比的检测门限低且精度
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
微弱信号：“微弱”这两个字不仅仅是指这个信号本身的幅值很小，最主要的特点还是在于它的幅值很小，和其他信号的幅值相比较而言，它容易被覆盖掉，也就是信息论中所讲的信噪比低，研究强噪声下的微弱光电信号检测的原理和方法，便成为了信号处置过程中的热点和难点[1]。传统的微弱光电信号的检测方式已经暴露出很多不足的地方，是以，为了确保提取的信息的真实性，还必须要继续致力研究探求出更多具备信噪比的检测门限低且精度高的检测要领。
傅里叶变换是我们大学学习中使用频率很高的一种变换，在我们大学课本中和信号相关的书上，傅里叶变换往往都是重点学习的对象，它对我们研究信号有着极其重要的作用，但是所有的研究都不是一蹴而就的，傅里叶变换从诞生到不断的演变，不断地应用于各种不同的领域之中。随着人们对越来越多信号处理的要求，模拟信号，数字信号，为了满足能够处理这些信号的要求，傅里叶变化不断地发生变换。
傅立叶变换是一种线性的积分变换，常常用在信号的变换，把信号从时域状态变为频域状态，在许多领域中都有着很广泛地应用。傅里叶变换的基本理论思想的诞生于法国学者手中，因为他的名字叫约瑟夫傅里叶，故，傅里叶变换就以此为名了。在不同的领域之中傅里叶变换存在的形式也是各不相同的，比如说，有的以连续傅里叶变换存在，这种变换往往应用于连续信号中，还有离散傅里叶变换，这两种形式。我们在大学中的好几门课程都学习过这两种傅里叶变换，在信号与系统这门课程上，我们主要学习的是周期信号的傅里叶变换，其实傅里叶变换一直是我们学习中的难点和重点，往往涉及到傅里叶变换的课程，会很复杂，因为它的用于的场合过多，无论是连续信号或离散信号，傅里叶变换都是极为有用的，这次设计，主要增加了我们对傅里叶变换的应用的实践能力，许多信号的分析都可以经过傅里叶变换之后再加以分析，这会让你更深入的了解这个信号的特征。
LabVIEW，是实验室虚拟仪器集成坏境，是至今为止发展速度最快速，所拥有的功能最强大的集成坏境[2]。且，这个软件是基于图形化的一种集成开发坏境，它是在以PC机位测量的基础和信号处理中，占着极大优势的。用LabVIEW软件去开发软件，能够提高效率，同时，LabVIEW为用户提供了几乎所有的经典信号处理函数，还有很多现代高级信号的分析函数。用户可以使用这些函数，以图标的方法，仅仅需要选择图标，然后连线，就能够完成像画电路板一样的程序编写，这使得整个程序十分的形象，而且直观的给大家观看和使用，同时也方便了用户的修改和移植。LabVIEW与其他的软件相比较，它有着很多优越性，主要是因为，它能够充分地利用计算机的优点，计算机拥有着高速运算的能力，这是人脑无法超越的，而且它有着很大的存储空间，有助于用户保存文件，同时它可以进行文件的回放和显示，这些优势使得LabVIEW更加的出众，而且，LabVIEW还把传统仪器的控制功能和处理功能给软件化了，也就是用编程的方式将各种功能模块化[3,4] ,还有一点优势就是，它的价格与其他传统的仪器相比较来说，更加的便宜，同时它更加的便捷，所以广受用户的推崇和喜爱。
1.2 课题的研究意义
傅里叶变换一直广泛的应用于信号分析之中，对于我而言，我所学习过的信号处理的方法中，一直重点在学习着傅里叶变换，所以，这次设计中，我也主要应用了傅里叶变换，在接收到信号之后，我们得先处理一下它，可以进行一下滤波，也可以省略这一步，然后在进行傅里叶变换之后，再通过频谱分析和比较，去看看我们所收集到的信号的频谱的特点，观察一下，不一样的光，再进过一系列的变换之后，所表现出来的信号是什么样的，然后再总结一下，这样，可以再下次测量中加以比较和观察，到底是什么样的光，或者用来检测大木是否是好的大米，当然，这也是本次研究的重点和难点，虽然说，用软件进行傅里叶变换很简单，但是要想分析出光信号的特点，还是需要多查阅资料的。
在本次论文中。主要要对微弱光电信号进行采集和处理，这是本次设计的难点和重点。微弱光电信号的采集与处理技术在产业自动化中是十分常见的问题，在通信、电力系统、人造卫星、雷达、航天飞机、生物医学和灾后的搜救等等多个领域的使用普遍[5,6]。对微弱光电信号采集所需要处理的主要问题是，由于微弱光电信号往往淹没在强噪声之下，想要收集到有用的光信号，就必须先对收集的复杂信号进行有源滤波，滤波时选用的滤波器必须能够有效的消除掉噪声，使有用的信号传输出去，这个时候采集到的信号是相当的微弱的，为了是我们得到的信号更加清晰，这个时候，我们往往采取的手段是进行放大，而放大又往往分为两个步骤，那就是前置放大和多级放大，经过这两次放大，会使信号更加的清晰，此时得到的信号正是我们所需要的信号，故可以传输到pc机进行下一步的处理了。
在光通信和无线通信方面，很多的传输都需要使用光通信这种方式，尤其是大容量的，高速的信号，这些信号都必须得使用光通信来达成，但是，有一个问题是，在传输的过程之中，这些信号由于会受到很多外界因素的影响，还有它本身的衰减和损耗等问题，所以光信号不可能一直一直地传输下去，更何况是远距离的传输下，为了能够解决这一个问题，我们往往会在传输过程的中间一段地方加上光放大器，这样，我们在中间进行了一次或几次放大之后，信号就可以进行一些远距离的传输了。纵然这样，到达光纤传输的末端的光信号还是极弱的，并且还需要把它转换成为电信号。这样，微弱光电信的检测就显得格外的重要[7,8]。
我的设计主要是软件方面的设计，软件上使用的是LabVIEW软件，使用LabVIEW软件能够快速准确的得到我所需要的信号光谱图，在本次设计中，在实现硬件电路的同时，软件电路也是极其重要的，所以选择一种适合的软件设备是本次设计的关键之一。而在本次设计中，我们主要采用的是虚拟仪器LabVI
1 引言 1
1.1 课题的研究背景 1
1.2 课题的研究意义 2
1.3 课题的研究内容 4
2.总体方案 5
2.1框图 5
2.2 LabVIEW软件整体设计 5
2.3 分析方法 11
2.4 VISA库 13
3. 系统设计 13
3.1流程图 13
3.2数据采集过程 14
3.3数据采集设备主要指标 14
3.4 数据采集设备的设置与测试 16
3.5 信号处理 19
3.6 设计框图及测试 20
3.7发布应用程序 23
总结 25
致谢 26
参考文献 27
1 引言
1.1 课题的研究背景
微弱信号的检测与处理技术是一门新兴的技术部分，微弱信号是一种幅值很小的信号，它一般都不容易被检测出，噪声会使得它的得到变得更加的困难，要经过很多步的处理，我们才能得到这个信号，当然，我们也可以换一种理解方式去理解微弱信号：“微弱”这两个字不仅仅是指这个信号本身的幅值很小，最主要的特点还是在于它的幅值很小，和其他信号的幅值相比较而言，它容易被覆盖掉，也就是信息论中所讲的信噪比低，研究强噪声下的微弱光电信号检测的原理和方法，便成为了信号处置过程中的热点和难点[1]。传统的微弱光电信号的检测方式已经暴露出很多不足的地方，是以，为了确保提取的信息的真实性，还必须要继续致力研究探求出更多具备信噪比的检测门限低且精度
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
微弱信号：“微弱”这两个字不仅仅是指这个信号本身的幅值很小，最主要的特点还是在于它的幅值很小，和其他信号的幅值相比较而言，它容易被覆盖掉，也就是信息论中所讲的信噪比低，研究强噪声下的微弱光电信号检测的原理和方法，便成为了信号处置过程中的热点和难点[1]。传统的微弱光电信号的检测方式已经暴露出很多不足的地方，是以，为了确保提取的信息的真实性，还必须要继续致力研究探求出更多具备信噪比的检测门限低且精度高的检测要领。
傅里叶变换是我们大学学习中使用频率很高的一种变换，在我们大学课本中和信号相关的书上，傅里叶变换往往都是重点学习的对象，它对我们研究信号有着极其重要的作用，但是所有的研究都不是一蹴而就的，傅里叶变换从诞生到不断的演变，不断地应用于各种不同的领域之中。随着人们对越来越多信号处理的要求，模拟信号，数字信号，为了满足能够处理这些信号的要求，傅里叶变化不断地发生变换。
傅立叶变换是一种线性的积分变换，常常用在信号的变换，把信号从时域状态变为频域状态，在许多领域中都有着很广泛地应用。傅里叶变换的基本理论思想的诞生于法国学者手中，因为他的名字叫约瑟夫傅里叶，故，傅里叶变换就以此为名了。在不同的领域之中傅里叶变换存在的形式也是各不相同的，比如说，有的以连续傅里叶变换存在，这种变换往往应用于连续信号中，还有离散傅里叶变换，这两种形式。我们在大学中的好几门课程都学习过这两种傅里叶变换，在信号与系统这门课程上，我们主要学习的是周期信号的傅里叶变换，其实傅里叶变换一直是我们学习中的难点和重点，往往涉及到傅里叶变换的课程，会很复杂，因为它的用于的场合过多，无论是连续信号或离散信号，傅里叶变换都是极为有用的，这次设计，主要增加了我们对傅里叶变换的应用的实践能力，许多信号的分析都可以经过傅里叶变换之后再加以分析，这会让你更深入的了解这个信号的特征。
LabVIEW，是实验室虚拟仪器集成坏境，是至今为止发展速度最快速，所拥有的功能最强大的集成坏境[2]。且，这个软件是基于图形化的一种集成开发坏境，它是在以PC机位测量的基础和信号处理中，占着极大优势的。用LabVIEW软件去开发软件，能够提高效率，同时，LabVIEW为用户提供了几乎所有的经典信号处理函数，还有很多现代高级信号的分析函数。用户可以使用这些函数，以图标的方法，仅仅需要选择图标，然后连线，就能够完成像画电路板一样的程序编写，这使得整个程序十分的形象，而且直观的给大家观看和使用，同时也方便了用户的修改和移植。LabVIEW与其他的软件相比较，它有着很多优越性，主要是因为，它能够充分地利用计算机的优点，计算机拥有着高速运算的能力，这是人脑无法超越的，而且它有着很大的存储空间，有助于用户保存文件，同时它可以进行文件的回放和显示，这些优势使得LabVIEW更加的出众，而且，LabVIEW还把传统仪器的控制功能和处理功能给软件化了，也就是用编程的方式将各种功能模块化[3,4] ,还有一点优势就是，它的价格与其他传统的仪器相比较来说，更加的便宜，同时它更加的便捷，所以广受用户的推崇和喜爱。
1.2 课题的研究意义
傅里叶变换一直广泛的应用于信号分析之中，对于我而言，我所学习过的信号处理的方法中，一直重点在学习着傅里叶变换，所以，这次设计中，我也主要应用了傅里叶变换，在接收到信号之后，我们得先处理一下它，可以进行一下滤波，也可以省略这一步，然后在进行傅里叶变换之后，再通过频谱分析和比较，去看看我们所收集到的信号的频谱的特点，观察一下，不一样的光，再进过一系列的变换之后，所表现出来的信号是什么样的，然后再总结一下，这样，可以再下次测量中加以比较和观察，到底是什么样的光，或者用来检测大木是否是好的大米，当然，这也是本次研究的重点和难点，虽然说，用软件进行傅里叶变换很简单，但是要想分析出光信号的特点，还是需要多查阅资料的。
在本次论文中。主要要对微弱光电信号进行采集和处理，这是本次设计的难点和重点。微弱光电信号的采集与处理技术在产业自动化中是十分常见的问题，在通信、电力系统、人造卫星、雷达、航天飞机、生物医学和灾后的搜救等等多个领域的使用普遍[5,6]。对微弱光电信号采集所需要处理的主要问题是，由于微弱光电信号往往淹没在强噪声之下，想要收集到有用的光信号，就必须先对收集的复杂信号进行有源滤波，滤波时选用的滤波器必须能够有效的消除掉噪声，使有用的信号传输出去，这个时候采集到的信号是相当的微弱的，为了是我们得到的信号更加清晰，这个时候，我们往往采取的手段是进行放大，而放大又往往分为两个步骤，那就是前置放大和多级放大，经过这两次放大，会使信号更加的清晰，此时得到的信号正是我们所需要的信号，故可以传输到pc机进行下一步的处理了。
在光通信和无线通信方面，很多的传输都需要使用光通信这种方式，尤其是大容量的，高速的信号，这些信号都必须得使用光通信来达成，但是，有一个问题是，在传输的过程之中，这些信号由于会受到很多外界因素的影响，还有它本身的衰减和损耗等问题，所以光信号不可能一直一直地传输下去，更何况是远距离的传输下，为了能够解决这一个问题，我们往往会在传输过程的中间一段地方加上光放大器，这样，我们在中间进行了一次或几次放大之后，信号就可以进行一些远距离的传输了。纵然这样，到达光纤传输的末端的光信号还是极弱的，并且还需要把它转换成为电信号。这样，微弱光电信的检测就显得格外的重要[7,8]。
我的设计主要是软件方面的设计，软件上使用的是LabVIEW软件，使用LabVIEW软件能够快速准确的得到我所需要的信号光谱图，在本次设计中，在实现硬件电路的同时，软件电路也是极其重要的，所以选择一种适合的软件设备是本次设计的关键之一。而在本次设计中，我们主要采用的是虚拟仪器LabVI
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