基于LabVIEW原理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和研究

姜 光

(廣州機(jī)電技師學(xué)院,廣東 廣州 510370)

LabVIEW是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)大的圖形化軟件開發(fā)集成系統(tǒng)。 LabVIEW使用“所見即所得”的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面,有大量可見的儀器控制面板所需的控制對(duì)象,如按扭、圖表、示波器等,用戶還可以通過控制編輯器將現(xiàn)有的控制對(duì)象修改成適合自己工作領(lǐng)域的控制對(duì)象。基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集、處理及最終結(jié)果顯示三個(gè)模塊,虛擬儀器的核心部分是數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集的任務(wù),就是采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào),然后送入計(jì)算機(jī)或相應(yīng)的信號(hào)處理系統(tǒng),根據(jù)不同需要進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理,得出所需的數(shù)據(jù)。同時(shí),將計(jì)算機(jī)將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印,以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)視,其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被控制生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來控制某些物理量[1][2]。

1 數(shù)據(jù)采集的原理

數(shù)據(jù)采集是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量采集轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后,再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示或打印的過程。首先由傳感器感測(cè)到要采集的物理信號(hào),然后把感測(cè)到的信號(hào)傳給轉(zhuǎn)換器,由轉(zhuǎn)換器把物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成采集卡可以采集的電壓或電流信號(hào),經(jīng)過調(diào)理電路如采集卡的輔助采集轉(zhuǎn)接板,調(diào)理傳輸給采集卡,采集卡經(jīng)過放大、采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換等過程后發(fā)給計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)經(jīng)過虛擬儀器的軟件編程后把采集到的信號(hào)顯示出來。原理框圖如圖 1所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理框圖

2 數(shù)據(jù)采集的硬件電路

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心硬件是NI公司的 PCI-6014數(shù)據(jù)采集卡,由信號(hào)發(fā)生器發(fā)出電壓信號(hào),再由調(diào)整電路(采集卡的附件 BNC-2120)通過數(shù)據(jù)線的 I/O接口接入PCI-6014采集卡,通過采集卡和計(jì)算機(jī)連接,在計(jì)算機(jī)上的 LabVIEW軟件程序把信號(hào)發(fā)生器的電壓信號(hào)采集并顯示出來,從而構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的采集系統(tǒng)。如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件組成

3 數(shù)據(jù)采集過程

首先把調(diào)好以后的信號(hào)發(fā)生器輸出端接入采集卡附件的模擬輸入端。采集卡附件的數(shù)據(jù)線接到插在計(jì)算機(jī)主板空閑 PCI插槽上的 PCI-6014采集卡上,以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換。

利用LabVIEW 7.0Express開發(fā)平臺(tái),模擬傳統(tǒng)儀器操作,實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬儀器的控制,顯示處理結(jié)果。設(shè)計(jì)的虛擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)采集如圖3所示。

圖3中所采集的信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器送出,可以看到的信息有頻率大小、掃描率大小、掃描數(shù)及掃描通道為第幾通道等信息。在前面板上可設(shè)置實(shí)時(shí)波形顯示窗口、數(shù)據(jù)采集配置、觸發(fā)控制、通道選擇、時(shí)基控制、模式選擇和數(shù)據(jù)處理等控制窗口。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集相比,虛擬儀器利用LabVIEW強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和文件處理功能對(duì)所選通道采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和保存。在運(yùn)行期間,點(diǎn)擊“stop”按鈕可以停止采集。除了數(shù)字信號(hào)采集,還可實(shí)現(xiàn)把信號(hào)發(fā)生器的數(shù)字波形變換到三角波形的瞬間數(shù)據(jù)采集,如圖4所示。以及持續(xù)采集三角波、正旋交流及波形的變換等信號(hào)。

圖3 數(shù)字信號(hào)的采集

圖4 數(shù)字波變化到三角波

4 程序設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集的主要功能可以分解為3大部分:采集數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊圖標(biāo)為Scope DAQ,是虛擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖程序的核心,主要完成數(shù)據(jù)采集的控制,包括觸發(fā)控制、通道控制、時(shí)基控制等。通道選擇主要完成設(shè)置通道位置的控制。時(shí)基控制主要控制采集卡掃描率和采樣點(diǎn)數(shù)。采集模塊調(diào)用LabVIEW自帶的子函數(shù) AI Waveform Scan.vi(位于功能模板 Data Acquisition子模板 Analog Input中)來控制 PCI-6014數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集[3][4]。

5 結(jié)束語

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程中,如果信號(hào)發(fā)生器正常發(fā)出信號(hào),但顯示部分顯示不出信號(hào),原因是采樣頻率過高或過低。可通過改變掃描率、采樣頻率的大小和改變圖形顯示上的刻度等等,來顯示出所采集到的信號(hào)。如果信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)發(fā)生了變化,而采集系統(tǒng)采集到的信號(hào)不變化,原因可能是信號(hào)發(fā)生器的輸出和附件的輸入接口部分接觸不好,導(dǎo)致信號(hào)傳輸有問題,而采集卡采集到的是一些不變化的干擾信號(hào)。

在采集外界要求條件不高的情況下可以采用簡(jiǎn)易層的采集方案,如果采集要求外界條件比較高采用中間層的比較好,因?yàn)橹虚g層可以對(duì)系統(tǒng)中的每一個(gè)參數(shù)進(jìn)行必要的設(shè)置,有利于數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)。所以把這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用到電子領(lǐng)域如可以做成示波器等,還可以應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及自動(dòng)化控制等領(lǐng)域。

[1]楊樂平,李海濤,等.LABVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M].第 2版.北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[2]雷振山.LABVIEW7Express實(shí)用技術(shù)教程 [M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[3]楊樂平,等.LABV IEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[4]戴敬.LABVIEW基礎(chǔ)教程 [M].北京:科學(xué)出版社,2004.