基于LabVIEW的多功能數據采集系統設計

楊炳勇

（德化陶瓷職業技術學院 陶瓷工程系，福建 泉州 362000）

引言

基于PC機的數據采集系統成為目前應用最為廣泛的數據采集系統之一，廣泛應用于如電力設備監控、遙測遙感等測控領域。其中，數據采集電路完成信號的獲取與控制，PC機完成信號的處理、存儲與顯示功能。由數據采集電路、PC機、測試系統軟件即可構成一臺虛擬儀器(Virtual Instrument，簡稱 VI)，可替代傳統儀器完成測量測試功能。

1 虛擬儀器的概念

虛擬儀器[1]是在以計算機為核心的硬件平臺上，使用者用鼠標點擊虛擬面板，就可操作這臺計算機系統硬件平臺。它利用PC機顯示器(CRT)的顯示功能模擬傳統儀器的控制面板，以多種形式表達輸出檢測結果，利用PC機強大的軟件功能實現信號數據的運算、分析、處理，由I/0接口設備完成信號的采集、測量與調理，從而完成各種測試功能。

2 系統的硬件設計

數據采集系統的總體結構如圖1所示，主要由PC/104主板模塊、數據采集模塊、顯示模塊（CRT顯示器）、電源模塊等構成。由于PC104總線與通用的PC標準完全兼容，可以很快掌握其軟、硬件的使用，則可將主要精力放在軟件和接口的設計上；而且他具備嵌入式控制的特殊要求：體積小、成本低、可靠性高、編程調試方便，配以不同功能的板卡，開發、維護和擴展都非常方便，為嵌入式應用提供了標準的硬件平臺。

圖1 數據采集系統的總體結構

3 軟件功能設計

3.1 系統功能的總體設計

圖2 系統的總體功能結構

該數據采集系統[3]的設計，主要由軟件控制完成信號的采集、處理和顯示。系統軟件設計總體上包括：數據采集和分析、串口通信、D/A輸出等功能模塊，其功能結構框圖如圖2所示。

3.2 數據采集與分析模塊設計

該模塊主要完成多通道數據采集的控制,包括：啟動方式、通道控制、時基控制等。

在該模塊的編程設計過程中，主要通過LabVIEW提供的調用庫函數CLF(Call Library Function)節點[4]，調用采集卡自帶的DLL動態鏈接庫文件來實現采集控制，并根據PM511P2K.H頭文件的定義，設置函數的輸入參數及數據類型。

3.3 串口通信模塊設計

終端與計算機之間或者計算機與計算機之間進行交換信息時，除了采用并行通訊方式之外，還經常采用串行通訊方式。

3.3.1串口通信程序設計

上位機通信程序設計包括：打開串口、設置通信格式、用查詢方式向下位機發送命令、接收傳回的數據并轉換成需要的數據、實時顯示報警等。完成的主要操作包括：上位機向下位機發送通信開始標志、欲呼叫下位機的聯絡地址、指令下位機接收數據個數的信息。

3.3.2 Laview串口節點函數[7]

串口通信主要調用Laview中VISA總線中的SERIAL

3.4 D/A輸出模塊設計

編程設計過程中，通過LabVIEW提供的調用庫函數CLF(Call Library Function)節點，調用采集卡自帶的DLL動態鏈接庫[8]文件來實現DA輸出，并根據PM511P2K.H頭文件的定義，設置函數的輸出參數及數據類型。

4 調試分析

4.1 程序問題

運行D/A程序時發現程序自動關閉，經檢查發現該程序有三個問題：

4.1.1必須要調用 CloseDevicePM函數。

4.1.2 CLF節點設置中的函數聲明與頭文件中的不完全一樣，不要把頭文件中的long類型設置為 unsigned long類型。

4.1.3清錯誤號不是目的，在調試時主要要看產生了什么錯誤號，應該多調用查看錯誤號的函數。

經改正后，程序正常運行。

4.2 現象分析

4.2.1零點偏移——零點調節

采樣結果偏差大于24mV，此時需要進行相應調整，通過調節采集卡上的單極性調節電位器W1和W2，使得偏差小于24 mV，提高系統的測量精度。

4.2.2毛刺現象——濾波

在用信號發生器進行總體調試時，觀察采集到的波形呈現不規則的小幅度跳躍，即毛刺現象。可能由外界或系統內部干擾，或測量點接觸不好造成，可通過軟件設置濾波環節進行減弱消除。

[1]National Instruments Corporation.LabVIEW Express User Manual.April 2003 Edition

[2]鄧焱，王磊.LabVIEW 7.1測試技術與儀器應用[M].北京：機械工業出版社，2004

[3]周林，殷俠.數據采集與分析技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2005

[4]楊樂平,李海濤,趙勇等.LabVIEW高級程序設計[M.]北京:清華大學出版社，2003

[5]周求湛，劉萍萍，錢志鴻等.虛擬儀器與LabVIEW 7 Express程序設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004

[6]唐貴基，劉玉秋.基于LabVlEW虛擬測試分析儀的信號分析功能設計[J].儀器儀表，2004

[7]侯國屏，王坤等.LabVIEW 7.1編程與虛擬儀器設計[M].北京：清華大學出版社，2005

[8]G.Yadong，Q.Qingquan.The method of developing Virtual Instrument Platform.International Workshop：Autonomous Decentralized Systems,2003