一種USB高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的LabVIEW程序設(shè)計(jì)

王宗省　翟亞楠　康樹強(qiáng)　蘇金娣　董淑冷

摘 要：在LabVIEW虛擬平臺下設(shè)計(jì)了一種用USB接口實(shí)現(xiàn)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。提出了自動(dòng)分文件存儲的方法解決了使用Excel文件存儲數(shù)據(jù)產(chǎn)生的大文件問題。提出了一次最多讀取兩個(gè)文件依次讀取的方法，解決了用波形顯示多個(gè)文件的大量數(shù)據(jù)時(shí)占用大量內(nèi)存甚至導(dǎo)致無法顯示的問題。實(shí)驗(yàn)證明文中所用方法效果明顯。該系統(tǒng)支持8條通道32位數(shù)據(jù)的同時(shí)采集、存儲、波形回放，系統(tǒng)界面簡潔、操作簡單、可添加模塊以拓展功能。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集 高速 波形回放 表格文件 占內(nèi)存

中圖分類號：TP274+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（a）-0001-02系統(tǒng)一次存入8個(gè)通道的數(shù)據(jù)，每通道200個(gè)32位的數(shù)，共存1 000次，即8 000行200列為一個(gè)Excel文件。程序中先設(shè)定一個(gè)循環(huán)次數(shù)i，當(dāng)i=0時(shí)，用Create File函數(shù)新建文件并寫入電子表格文件，當(dāng)i=1～998時(shí)，直接寫入電子表格文件；當(dāng)i=999時(shí)，寫入電子表格文件并用Close File函數(shù)關(guān)閉文件；當(dāng)i>999時(shí)，令i=0。程序中用移位寄存器來保存上一次的循環(huán)次數(shù)、文件路徑、文件句柄、文件狀態(tài)。文件句柄用來做Close File函數(shù)的輸入。文件狀態(tài)為真（T）表明正在寫入文件，文件狀態(tài)為假（F）表明文件已關(guān)閉。用文件狀態(tài)主要是確定在文件不再寫入時(shí)，關(guān)閉文件以節(jié)省內(nèi)存。

1.2 波形回放模塊

回放模塊程序一直在檢測輸入框的變化并更新，直到用戶點(diǎn)擊開始后就進(jìn)入波形顯示，若要改變輸入的條件，需先停止顯示波形。以下是實(shí)現(xiàn)回放時(shí)根據(jù)滾動(dòng)條的位置自動(dòng)更換讀取的數(shù)據(jù)文件的分文件讀取方法。

一個(gè)Excel文件存儲的數(shù)據(jù)有限，要查看的是多個(gè)文件的數(shù)據(jù)，如果先打開多個(gè)Excel文件讀到一個(gè)數(shù)組中，數(shù)組太大導(dǎo)致內(nèi)存占用大，運(yùn)行速度慢甚至?xí)崾緝?nèi)存占滿而不能運(yùn)行。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是先判斷滾動(dòng)條的位置，根據(jù)滾動(dòng)條的位置判斷要打開哪個(gè)文件，讀取要打開的文件及下一個(gè)文件的數(shù)據(jù)存入二維數(shù)組，顯示到波形圖表。以上為一個(gè)循環(huán)，如果判斷要打開的文件跟上一循環(huán)的文件相同，則直接用上一循環(huán)讀取的數(shù)據(jù)，無需再重新讀取。這樣能保證每次循環(huán)只讀取兩個(gè)文件的數(shù)據(jù)。程序中用移位寄存器來保存上一次循環(huán)的數(shù)據(jù)。

在顯示波形時(shí)，用事件結(jié)構(gòu)檢測滾動(dòng)條的值變化。滾動(dòng)條滾動(dòng)一次，采用平鋪順序結(jié)構(gòu)先用波形圖表的歷史數(shù)據(jù)屬性節(jié)點(diǎn)接入空數(shù)組來清空圖表，然后以滾動(dòng)條的位置乘200為原點(diǎn)，讀取16 000個(gè)數(shù)為波形圖表的一個(gè)畫面。

2 測試結(jié)果

程序中USB屬性設(shè)置為高速批量傳輸，測試時(shí)硬件設(shè)置為高速的64字節(jié)批量傳輸端點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，考慮協(xié)議開銷計(jì)算在理論上最高傳輸速度為6.656 MB/s（53.248 Mb/s）。經(jīng)對系統(tǒng)測試，8個(gè)通道同時(shí)采集得到每個(gè)通道的數(shù)據(jù)傳輸速率為400 kB/s。在實(shí)際應(yīng)用中，采樣頻率跟采集系統(tǒng)的硬件程序中的USB傳輸設(shè)置有關(guān)?，F(xiàn)比較在波形回放時(shí)一次性全部讀取文件數(shù)據(jù)進(jìn)行波形顯示和使用該文提出的分文件讀取方法的內(nèi)存占用情況。該文使用應(yīng)用程序性能檢測器V3.0軟件檢測，得到占內(nèi)存的記錄情況用Excel畫散點(diǎn)圖，得到如下LabVIEW運(yùn)行時(shí)內(nèi)存占用曲線。每個(gè)Excel文件大小為12 706 kB，分別讀取10個(gè)文件（約120 MB）和20個(gè)文件（約240 MB）。

由圖1、2可看出讀取10個(gè)文件時(shí)相對于一次性讀取文件，該文提出的分文件讀取方法使內(nèi)存使用減少了約180 MB。由圖3、圖4在讀取20個(gè)文件時(shí)，一次性讀取文件方法由于內(nèi)存不足而無法運(yùn)行，而分文件讀取法所占內(nèi)存并沒有隨著文件的增多而改變。充分說明了分文件讀取法的實(shí)用效果。圖1、圖3中曲線波動(dòng)是由于文件的關(guān)閉打開導(dǎo)致的內(nèi)存變化。

3 結(jié)語

在LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺下設(shè)計(jì)了一種基于USB的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、實(shí)時(shí)顯示及波形回放的功能，提出了分文件存儲法解決了使用Excel文件存儲數(shù)據(jù)產(chǎn)生的大文件問題，并針對回放時(shí)占用大量內(nèi)存的問題提出了分文件讀取法，經(jīng)實(shí)際測試證明了所提方法的實(shí)用性。系統(tǒng)還可添加函數(shù)模塊對數(shù)據(jù)處理以完善功能，且系統(tǒng)的性能隨USB的性能提升而提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅偉林.基于USB2.0的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008.

[2] 郭迎福，羅曉莉，毛征宇.基于LabVIEW虛擬高速數(shù)據(jù)流盤與波形再現(xiàn)儀[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2006（S3）：1788-1789.

[3] 黃琦，崔文佳.基于LabVIEW的波形文件回放分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].廣西電力，2013，36（5）：16-18.

[4] 向科峰.基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械管理開發(fā)，2011（4）：191-192.

[5] 蘇蘭蘭，施偉峰.基于VISA技術(shù)的高速USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].機(jī)電設(shè)備，2007（4）：36-39.

[6] 孫文.多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].湖南大學(xué)，2013.

[7] 余志榮，楊莉.基于NI_VISA與LabVIEW的USB接口應(yīng)用設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2007（1）：66-69.

[8] 侯國屏，王坤，葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.