基于虛擬儀器的多通道數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)

徐圣龍

摘要本系統(tǒng)以數(shù)據(jù)采集卡和PC機(jī)為主要硬件，構(gòu)建了基于的多通道數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，設(shè)計了人機(jī)界面。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾性強(qiáng)、實時性好，具有較高的穩(wěn)定性和可靠度。

關(guān)鍵詞虛擬儀器；LabVIEW；數(shù)據(jù)采集和分析

中圖分類號：TP274文件標(biāo)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(xiàn)開創(chuàng)了儀器儀表領(lǐng)域的新的里程碑，目前，很多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將虛擬儀器技術(shù)廣泛應(yīng)用于航天、通訊、生物醫(yī)學(xué)、地球物理、電子、機(jī)械等各個領(lǐng)域，進(jìn)行工程技術(shù)工作和科學(xué)研究。在我國，目前雖只是將它更多地用在產(chǎn)品性能測試、設(shè)備故障診斷、生產(chǎn)過程控制等方面，卻也由此取得了很多技術(shù)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(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成自動測量系統(tǒng)，又可以和控制設(shè)備構(gòu)成自動控制系統(tǒng)。可以完全實現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀器的全部功能。

1 虛擬儀器在測試技術(shù)中的應(yīng)用

近年來，隨著測試技術(shù)的迅猛發(fā)展，信號的采集和分析技術(shù)也越來越受到重視。下面我們就以虛擬儀器在多通道的數(shù)據(jù)采集和分析中的應(yīng)用來進(jìn)一步闡述其優(yōu)越性。

要實現(xiàn)信號的多通道采集和分析功能，傳統(tǒng)測試中，首先必須要選擇合適的傳感器來保證采集系統(tǒng)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(yùn)算放大器實現(xiàn)對信號波形的數(shù)學(xué)運(yùn)算（以便發(fā)現(xiàn)信號或信號間的微妙關(guān)系）。特別是隨著計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的儀器設(shè)備缺乏相應(yīng)的計算機(jī)接口，這就使得實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理十分困難。

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

圖1 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理原理圖

2 硬件電路部分

2.1藍(lán)津采集卡

采集卡實際上就是實現(xiàn)將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的功能。本次采用的藍(lán)津采集卡是德普施科技有限公司的產(chǎn)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(shù)字I/O。它與PC機(jī)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(qiáng)型并口)是可以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，并與標(biāo)準(zhǔn)的SPP協(xié)議完全兼容。與SPP相比，EPP不需要其它從主機(jī)送來的信號就能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)交換。

由于并口的數(shù)據(jù)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(dāng)并行口處于EPP模式時，實際上只用了8條數(shù)據(jù)線和5條信號線。從而在允許更大容量數(shù)據(jù)傳輸(500～1000byte/s)的同時,有效支持了并口和外設(shè)間的雙向數(shù)據(jù)交換，兼顧了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难杆傩院蜏?zhǔn)確性。

2.3 PC機(jī)

裝有LabVIEW的PC機(jī)主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動和軟件的編程。這在下面的軟件設(shè)計中重點(diǎn)介紹。

3 軟件設(shè)計部分

3.1 采集卡的調(diào)用

德普施公司為藍(lán)津采集卡提供了專門的調(diào)用函數(shù)形式（Usbcard.dll文件），該調(diào)用是在藍(lán)津數(shù)據(jù)采集卡成功安裝后，為調(diào)用labview中驅(qū)動該數(shù)據(jù)采集卡的VI所設(shè)。只要根據(jù)Usbcard.dll中的調(diào)用形式，相應(yīng)設(shè)置底層接口Advanced子模塊 ，最后將Usbcard.dll拷到對應(yīng)VI文件下。

3.2 主程序圖

Labview流程圖主要設(shè)計部分如下圖2所示。

圖2labview流程圖設(shè)計主要部分圖

3.3 主界面

主界面即labview前面板設(shè)計如圖3所示。

圖3 虛擬儀器實驗臺

此設(shè)計可以在每次采集時進(jìn)行通道配置，在通道號中輸入要采集通道的名稱（可以實現(xiàn)1~8通道采集）、采樣頻率及采樣長度。可以對是否將數(shù)據(jù)寫入文件進(jìn)行選擇，同時還可以改變工作路徑。波形顯示部分可以實現(xiàn)示波器、頻譜分析儀、自相關(guān)函數(shù)及功率譜的分析顯示功能。在測試一些復(fù)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(zhǔn)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(shè)備故障而破壞的數(shù)據(jù)，或者補(bǔ)償環(huán)境影響，如溫度和濕度等，因而這種系統(tǒng)可以被廣泛應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)處理、語音識別、數(shù)字音頻和圖像處理等各種領(lǐng)域。

4 結(jié)束語

試驗表明，這種集成的虛擬測量系統(tǒng)可實現(xiàn)自動測量、自動記錄、自動數(shù)據(jù)處理。與采集系統(tǒng)相比具有不可比擬的優(yōu)勢，首先其設(shè)備的成本就可大幅降低，一套完整的實驗測量設(shè)備少則幾萬元，多則幾十萬元。在同等的性能條件下，相應(yīng)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(shè)施的影響是不可避免的外，其他測量精度均可以由計算機(jī)為載體的軟件來控制調(diào)控。因而測量值較用傳統(tǒng)方法得到的測量值相比，更加可靠、準(zhǔn)確，精確。一言以蔽之，虛擬測量系統(tǒng)不僅性價比高，通用性強(qiáng)，易于開發(fā)，數(shù)據(jù)處理簡單，還可以大大縮短開發(fā)時間。從而帶來虛擬儀器在儀器計量領(lǐng)域中強(qiáng)大的生命力和廣闊的前景。