Labwindows/CVILabwindows/CVI 在大气环在大气环境监测激光雷达数据境监测激光雷达数据

采集系统中的应用采集系统中的应用高昕高昕

中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室

中国科学技术大学 近代物理系中国科学技术大学 近代物理系20102010 年 年 88 月月 1717 日日

内容纲要内容纲要 激光雷达探测原理激光雷达探测原理 激光雷达在大气环境监测中的应用激光雷达在大气环境监测中的应用 数据采集系统结构数据采集系统结构 软件设计需求分析软件设计需求分析 上位机软件设计上位机软件设计

激光雷达系统原理图 激光雷达系统原理图

激光雷达在大气环境监测中的应用激光雷达在大气环境监测中的应用 气溶胶和云的探测气溶胶和云的探测 ————MieMie 散射激光雷达散射激光雷达 大气动力学参数的探测大气动力学参数的探测 ———— 多普勒激光雷达多普勒激光雷达 大气组分的探测大气组分的探测 ————RamanRaman 散射激光雷达散射激光雷达 —— —— 差分吸收激光雷达差分吸收激光雷达 (( 大气微量组分探测大气微量组分探测 ))

差分吸收原理差分吸收原理

MAA

off

on

offon

EEB(z)P

(z)Pln

dz

d

(T)}δ(T)2{δ

1N(z)

PPon on 为吸收峰中心激光回波强度为吸收峰中心激光回波强度PPoffoff 为吸收峰外激光回波强度为吸收峰外激光回波强度δδonon和和 δδoffoff 为气体分子的吸收截面为气体分子的吸收截面BBAA 、、 EEAA 、、 EEMM 分别为大气后向散射引起的修正项分别为大气后向散射引起的修正项和气溶胶、大气分子消光引起的修正项和气溶胶、大气分子消光引起的修正项

激光雷达数据采集系统结构激光雷达数据采集系统结构

Single Photon Counter

Single Photon Counter

Comparator

Comparator

FPGAHost

Computer

DAC

GateCircuit

USB Bus

软件设计需求分析软件设计需求分析

与与 USBUSB 总线进行通讯，控制硬件部分总线进行通讯，控制硬件部分的工作的工作

对硬件采集的数据进行实时处理（累对硬件采集的数据进行实时处理（累加、比值计算和显示）加、比值计算和显示）

及时响应用户命令及时响应用户命令 好的错误处理好的错误处理

软件系统工作流程 软件系统工作流程 开始

显示人机界面

设置参数

连接设备

硬件设备是否连接

错误提示

向设备写参数

是否写成功 反馈写入的参数

是

否

是

否

硬件设备

开始采集

查询采集次数

采集次数是否等于设定步长

传送数据

实时数据显示

是否完成设定步数

计数结果

停止采集

断开设备

是

是

是

否

否

清空计数

多线程示意图 多线程示意图

发送命令（调用次线程）

开始主线程（显示和运行用户

界面）

执行次线程1（控制下位机采集数据）

执行次线程2（实时显示）

响应用户对界面的操作

发送命令（结束次线程）

等待次线程结束，释放次线程占用的资源

继续主线程

动态链接库设计动态链接库设计接口函数 功能

void __stdcall Connect_USB_device (void) 连接 USB设备

int __stdcall ACQParameterSet ( int BinWidth, int DataLength, int AccumTimes, int AccumStep, double iTrigInter, int iTrigUnit, double ThresVolt, double ThresVolt_A, double ThresVolt_B)

传递参数

void __stdcall acqDataBuf ( int DataBuf_A[], int DataBuf_B[]) 采集数据输出

int __stdcall startAcquire (void) 开始采集

void __stdcall stopAcquire (void) 强制停止采集

int __stdcall ReadLidar (int para) 读取采集状态

void __stdcall Close_visa (void) 关闭 USB设备

软件系统界面 软件系统界面

总结总结 实现与实现与 USBUSB 总线设备的通讯总线设备的通讯 控制数据的实时采集和处理控制数据的实时采集和处理 开发了动态链接库文件开发了动态链接库文件