基于LabVIEW的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

吳 建 裴 峰 王珺楠 李曉紅

(中北大學儀器科學與動態(tài)測試教育部重點實驗室 太原 030051)

0 引 言

近年來，以計算機為中心、以網(wǎng)絡(luò)為核心的網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)得到越來越多的應用，尤其是在航空航天等國防領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)化的測控系統(tǒng)大體上由兩部分組成:測控終端與傳輸介質(zhì)，隨著個人計算機的高速發(fā)展，測控終端的位置越來越多的被個人計算機所占據(jù)。其中，軟件系統(tǒng)是計算機的系統(tǒng)的核心，設(shè)置是整個測控系統(tǒng)的靈魂，應用于測控領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)稱為監(jiān)控軟件。傳輸介質(zhì)組成的通信網(wǎng)絡(luò)主要完成數(shù)據(jù)的通信與采集，這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個測控系統(tǒng)的主體，是完成測控任務(wù)的主力。因此，這種“監(jiān)控軟件－數(shù)據(jù)采系統(tǒng)”構(gòu)架的測控系統(tǒng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應用，并形成了一套完整的理論，而虛擬儀器是將儀器技術(shù)、計算機技術(shù)、總線技術(shù)和軟件技術(shù)緊密的融合在一起，利用計算機強大的數(shù)字處理能力實現(xiàn)儀器的大部分功能，打破傳統(tǒng)儀器的框架，形成一種軟硬件結(jié)合的新模式，而本次所設(shè)計的多通道數(shù)據(jù)采集就是在這一測控領(lǐng)域的應用。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 虛擬儀器采集系統(tǒng)的組成

虛擬儀器是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。這種結(jié)合基本有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能，虛擬儀器主要是指這種方式。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示3 部分組成。如圖1 所示。

對于傳統(tǒng)儀器，這3 個部分幾乎均由硬件完成;對于虛擬儀器，前一部分由硬件構(gòu)成，后兩部分主要由軟件實現(xiàn)。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設(shè)計日趨模塊化、標準化，設(shè)計工作量大大減小。

圖1 虛擬儀器的內(nèi)部功能的劃分

1.2 硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。系統(tǒng)硬件主要包括:工業(yè)PC 機，數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡采用NI 公司推出的M 系列NI PCI－6221 多功能數(shù)據(jù)采集卡，它可以直接插入PC機的PCI 插槽中，即插即用，使用方便。

本設(shè)計使用PCI－6221，被測對象通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過信號調(diào)理模塊進行簡單的信號出來，比如SCC－RTD01 熱電阻調(diào)理模塊、SCC－TD02 熱電偶調(diào)理模塊、SCC－SG04 全橋應變片調(diào)理模塊，將信號送至數(shù)據(jù)采集卡進行采集，然后用軟件進行處理。采集后將數(shù)據(jù)顯示在波形圖上。

圖2 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)采集程序

系統(tǒng)欲采用的是NI PCI－6221 采集卡，由于該卡支持DAQmx 驅(qū)動程序，所以本設(shè)計是直接使用DAQmx－Data Acquisition 開發(fā)的，在這部分中，主要是采集參數(shù)的設(shè)置，其中包括物理通道的選擇，采樣模式、采樣率、每通道采樣數(shù)、輸入方式的配置，采樣最大最小值的設(shè)置。具體程序見圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集程序

2.2 通道配置

本設(shè)計的前面板由通道配置、實時數(shù)據(jù)顯示2 個部分組成。體現(xiàn)了一個數(shù)據(jù)采集的功能和實際應用。按照模塊化進程，首先是通道參數(shù)配置。

通道參數(shù)配置界面是提供了采集卡的參數(shù)配置，主要包括通道的選擇，數(shù)據(jù)保存的時間間隔，數(shù)據(jù)保存開關(guān)，采集通道報警值的設(shè)定，采樣最大值和最小值設(shè)定，采集卡輸入方式的設(shè)置，采樣頻率值設(shè)置以及采集啟動與停止開關(guān)。見圖4(a)通道配置界面。圖4(b)為通道配置程序框圖模塊。

2.3 系統(tǒng)的實現(xiàn)

LabVIEW 提供了非常豐富的圖形界面來進行前面板的設(shè)計，波形圖表能非常清晰的實時顯示采集波形。在該頁面中實現(xiàn)了多通道采集的波形以其所有通道采樣的波形的實時顯示，該面板靈活運用采用了屬性節(jié)點來編程實現(xiàn)的。非常清楚的表達了采集波形的動態(tài)曲線。見圖5(a)實時數(shù)據(jù)顯示界面。圖5(b)為實時數(shù)據(jù)顯示程序框圖模塊。

圖4 (a)通道配置界面

3 結(jié) 論

本設(shè)計基于了LabVIEW 平臺，利用其內(nèi)部豐富的模塊化函數(shù)，采用了NI PCI－6221 數(shù)據(jù)采集卡，利用了NI 提供的DAQmx－Data Acquisition，開發(fā)的具有多通的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。研究表明，該多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的測試儀表具有精度高、自動化程度高的特點，并且能夠?qū)崟r具有多路數(shù)據(jù)能夠同時采集、采集數(shù)據(jù)實時顯，可以滿足不同數(shù)據(jù)的采集要求。

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