基于虛擬儀器的多通道數據采集分析系統

徐圣龍

摘要本系統以數據采集卡和PC機為主要硬件，構建了基于的多通道數據采集和分析系統，設計了人機界面。該系統結構簡單、抗干擾性強、實時性好，具有較高的穩定性和可靠度。

關鍵詞虛擬儀器；LabVIEW；數據采集和分析

中圖分類號：TP274文件標識碼：A 文章編號：1671-489X（2007）02－0067-02

Design of Multi-channel Data Acquisition and Analysis System Based on Technology of Virtual Instruments//Xu Shenglong

Abstract The main hardware of this system is data acquisition card and PC. Man-machine interface is presented. The system has simple constitution, high anti-interference performance, and good stability and reliability.

Key words virtual instrument; Lab VIEW; data acquisition and analysis

Author's address Lianyungang Vocational Education Center, Lianyungang 222000

虛擬儀器的出現開創了儀器儀表領域的新的里程碑，目前，很多發達國家已經將虛擬儀器技術廣泛應用于航天、通訊、生物醫學、地球物理、電子、機械等各個領域，進行工程技術工作和科學研究。在我國，目前雖只是將它更多地用在產品性能測試、設備故障診斷、生產過程控制等方面，卻也由此取得了很多技術上突破性的成果。

虛擬儀器不但操作靈活而且集成方便，它既可以和高速數據采集設備構成自動測量系統，又可以和控制設備構成自動控制系統。可以完全實現示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發生器等多種普通儀器的全部功能。

1 虛擬儀器在測試技術中的應用

近年來，隨著測試技術的迅猛發展，信號的采集和分析技術也越來越受到重視。下面我們就以虛擬儀器在多通道的數據采集和分析中的應用來進一步闡述其優越性。

要實現信號的多通道采集和分析功能，傳統測試中，首先必須要選擇合適的傳感器來保證采集系統的精確度和靈敏度。然后，還需頻譜分析儀來分析所采信號的成分，運算放大器實現對信號波形的數學運算（以便發現信號或信號間的微妙關系）。特別是隨著計算機技術的廣泛應用，傳統的儀器設備缺乏相應的計算機接口，這就使得實現實時的數據采集及數據處理十分困難。

而將虛擬儀器與測試技術相結合后，就可以迅速改變這種狀況。本數據采集與數據處理系統原理圖如圖1所示。完成此硬件的連接后，再根據不同數據采集卡廠商所提供的調用函數的形式，直接在軟件編程的LabVIEW（LabVIEW是一種虛擬儀器開發平臺軟件，它采用圖形化編程方式，直觀簡便，目前應用最為廣泛）中驅動該數據采集卡，就可以很方便地實現數據的采集和分析功能。

圖1 數據采集與數據處理原理圖

2 硬件電路部分

2.1藍津采集卡

采集卡實際上就是實現將模擬信號轉換成數字信號的功能。本次采用的藍津采集卡是德普施科技有限公司的產品。它具有12位分辯率,最高200kHz采樣頻率, 8通道A/D輸入,2通道D/A輸出,帶光電隔離的16路數字I/O。它與PC機之間通過并行接口電纜連接，采用EPP的通訊模式。

2.2 EPP接口

EPP(Enhanced Parallel Port,增強型并口)是可以進行雙向數據傳輸的協議，并與標準的SPP協議完全兼容。與SPP相比，EPP不需要其它從主機送來的信號就能夠執行數據交換。

由于并口的數據傳輸率本身就比串口快很多，而EPP又和SPP使用相同的25針D型連接器，由此，當并行口處于EPP模式時，實際上只用了8條數據線和5條信號線。從而在允許更大容量數據傳輸(500～1000byte/s)的同時,有效支持了并口和外設間的雙向數據交換，兼顧了數據傳輸的迅速性和準確性。

2.3 PC機

裝有LabVIEW的PC機主要實現數據采集卡的驅動和軟件的編程。這在下面的軟件設計中重點介紹。

3 軟件設計部分

3.1 采集卡的調用

德普施公司為藍津采集卡提供了專門的調用函數形式（Usbcard.dll文件），該調用是在藍津數據采集卡成功安裝后，為調用labview中驅動該數據采集卡的VI所設。只要根據Usbcard.dll中的調用形式，相應設置底層接口Advanced子模塊 ，最后將Usbcard.dll拷到對應VI文件下。

3.2 主程序圖

Labview流程圖主要設計部分如下圖2所示。

圖2labview流程圖設計主要部分圖

3.3 主界面

主界面即labview前面板設計如圖3所示。

圖3 虛擬儀器實驗臺

此設計可以在每次采集時進行通道配置，在通道號中輸入要采集通道的名稱（可以實現1~8通道采集）、采樣頻率及采樣長度。可以對是否將數據寫入文件進行選擇，同時還可以改變工作路徑。波形顯示部分可以實現示波器、頻譜分析儀、自相關函數及功率譜的分析顯示功能。在測試一些復雜信號時，通過這些分析和處理，就可以從噪聲中分離出有用的信息，有效保證檢測的準確性和精確度。事實上，很多測試都必須消除因噪音干擾、糾正設備故障而破壞的數據，或者補償環境影響，如溫度和濕度等，因而這種系統可以被廣泛應用到生物醫學數據處理、語音識別、數字音頻和圖像處理等各種領域。

4 結束語

試驗表明，這種集成的虛擬測量系統可實現自動測量、自動記錄、自動數據處理。與采集系統相比具有不可比擬的優勢，首先其設備的成本就可大幅降低，一套完整的實驗測量設備少則幾萬元，多則幾十萬元。在同等的性能條件下，相應的虛擬儀器價格要低二分之一甚至更多。而在測量精度上，虛擬儀器測試除了受虛擬儀器以外的傳感器、放大器等硬件設施的影響是不可避免的外，其他測量精度均可以由計算機為載體的軟件來控制調控。因而測量值較用傳統方法得到的測量值相比，更加可靠、準確，精確。一言以蔽之，虛擬測量系統不僅性價比高，通用性強，易于開發，數據處理簡單，還可以大大縮短開發時間。從而帶來虛擬儀器在儀器計量領域中強大的生命力和廣闊的前景。