熊 ＥＬＥ电子测试 ＣＴＲ（）ＮＩＣ ＴＥＳＴ 第Ｏ２０１３ｌ一０年１２期 月 基于ＬａｂＶＩＥＷ的多通道数据采集系统设计 吴 建 裴 峰 王琚楠 李晓红 （中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室 太原０３００５１） 摘要：为了全面而精确地监测多种应用场合下的信息，如压力、位移、流量和温度等一系列完整的实时数据曲线，本 设计以ＬａｂＶＩＥＷ７．１为软件开发平台，重点介绍了对多通道数据采集与分析处理的虚拟仪器系统，采用ＮＩ ＰＣＩ一６２２ 数据采集卡，运用虚拟仪器及其相关技术研制了基于ＬａｂＶＩＥＷ的具有显示实时数据曲线的多通道数据采集系统。 最后搭建实验平台，通过测试经过传感器转换的电信号。实验表明，该系统操作简单，能够使用户更精确、方便地完成 对各种数据的全面监测，保证了在测控领域的正常、高效运行。 关键词：虚拟仪器；多通道；数据采集；ＬａｂＶＩＥＷ 中图分类号：ＴＰ２７４ 文献标识码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ‘ｃｈａｎｎｅｌ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬａｂＶＩＥＷ Ｗｕ Ｊｉａｎ Ｐｅｉ Ｆｅｎｇ Ｗａｎｇ Ｊｕｎｎａｎ Ｌｉ Ｘｉａｏｈｏｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｆｌｏｗ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ａ ｆｕｌｌ ｓｅｔ ｏｆ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄａｔａ ｃｕｒｖｅ ｍｏｒｅ ｆｕｌｌｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｖｉｒｔｕａ１ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．Ｉｔ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ ＬａｂＶＩＥＷ７．１．Ｉｔ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｐｒｏｃｅｓｓ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．Ｔｈｉｓ ｐｒｏｊｅｃｔ ｐｌａｎｓ ｔｏ ｕｓｅ ＮＩ ＰＣＩ一６２２１ ＤＡＱ（ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）ｉｔ ｕｔｉｌｉｚｅｓ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．，ｆｉｎａｌｌｙ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｓ ｓｅｔ，ｔｈｅｎ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ａｒｅ ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｅ ａｒｅ ｓｉｍｐｌｅ，ａｎｄ ｅｎａｂｌｅ ｕｓｅｒｓ ｔｏ ｏｐｅｒａｔｅ ｍｏｒｅ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｎｄ ｅａｓｉｌｙ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｄａｔａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ，ｔｈｕｓ，ｉｔ ｇｕａｒａｎｔｅｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｗｏｒｋ ｎｏｒｍａｌｙ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｍｕｌｔｉ ｃｈａｎｎｅｌ；ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ＬａｂＶｌＥＷ ０ 引 言 １数据采集系统的构成 １．１虚拟仪器采集系统的组成 近年来，以计算机为中心、以网络为核心的网络化测 控系统得到越来越多的应用，尤其是在航空航天等国防领 域。网络化的测控系统大体上由两部分组成：测控终端与 传输介质，随着个人计算机的高速发展，测控终端的位置 越来越多的被个人计算机所占据。其中，软件系统是计算 机的系统的核心，设置是整个测控系统的灵魂，应用于测 虚拟仪器是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密 切结合是目前仪器发展的一个重要方向。这种结合基本 有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就 是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及 其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已 经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入 计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各 控领域的软件系统称为监控软件。传输介质组成的通信 网络主要完成数据的通信与采集，这种数据采集系统是整 个测控系统的主体，是完成测控任务的主力。因此，这种 “监控软件一数据采系统”构架的测控系统在很多领域得 到了广泛的应用，并形成了一套完整的理论，而虚拟仪器 是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的 种仪器功能，虚拟仪器主要是指这种方式。虚拟仪器的组 成与传统仪器一样，主要由数据采集与控制、数据分析和 处理、结果显示３部分组成。如图１所示。 对于传统仪器，这３个部分几乎均由硬件完成；对于 虚拟仪器，前一部分由硬件构成，后两部分主要由软件实 融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的 大部分功能，打破传统仪器的框架，形成一种软硬件结合 的新模式，而本次所设计的多通道数据采集就是在这一测 控领域的应用。 ・ 现。与传统仪器相比，虚拟仪器设计日趋模块化、标准化， 设计工作量大大减小。 ５２ ・ 吴 建等：基于ＬａｂＶＩＥＷ的多通道数据采集系统设计 采集与控制 插入式数据 采集板 ＧＰＩＢ仪器 数据分析 和处理 结果显示 ｓＣｃ—ＴＤ０２热电偶调理模块、ＳＣＣ—ＳＧ０４全桥应变片调 理模块，将信号送至数据采集卡进行采集，然后用软件进 行处理。采集后将数据显示在波形图上。 数字信号处理 数字滤波 网络通信 硬盘拷贝 输出 文件１／Ｏ 图形用户 接口 Ｉ温度传感器ｌ 信 号 数 工 据 业 Ｉ压力传感器ｌ 制 调 采 ｌ ｌ集 Ｐ Ｃ ｖ Ｘ】，ＰＸＩ仪器 统汁分析 数值分析 ＲＳ一２３２仪器 ｆ流量传感器ｌ 块 模 卡 机 图２ 图１ 虚拟仪器的内部功能的划分 １．２硬件结构 ２系统软件设计 ２．１数据采集程序 系统硬件结构如图２所示。系统硬件主要包括：工业 ＰＣ机，数据采集卡。数据采集卡采用ＮＩ公司推出的Ｍ系 列ＮＩ ＰＣＩ一６２２１多功能数据采集卡，它可以直接插入ＰＣ 机的ＰＣＩ插槽中，即插即用，使用方便。 系统欲采用的是ＮＩＰＣＩ一６２２１采集卡，由于该卡支持 ＤＡＱｍｘ驱动程序，所以本设计是直接使用ＤＡＱｍｘ— Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ开发的，在这部分中，主要是采集参数的 设置，其中包括物理通道的选择，采样模式、采样率、每通 道采样数、输入方式的配置，采样最大最小值的设置。具 体程序见图３所示。 本设计使用ＰＣＩ一６２２１，被测对象通过传感器转换成 电信号，通过传感器转换成电信号，经过信号调理模块进 行简单的信号出来，比如ｓｃｃ—ＲＴＤＯ１热电阻调理模块、 图３数据采集程序 ２．２通道配置 本设计的前面板由通道配置、实时数据显示２个部分 （ａ）实时数据显示界面。图５（ｂ）为实时数据显示程序框图 模块。 组成。体现了一个数据采集的功能和实际应用。按照模 块化进程，首先是通道参数配置。 通道参数配置界面是提供了采集卡的参数配置，主要 包括通道的选择，数据保存的时间问隔，数据保存开关，采 集通道报警值的设定，采样最大值和最小值设定，采集卡 输入方式的设置，采样频率值设置以及采集启动与停止开 关。见图４（ａ）通道配置界面。图４（ｂ）为通道配置程序框 图模块。 ２．３系统的实现 ＬａｂＶＩＥＷ提供了非常丰富的图形界面来进行前面板 的设计，波形图表能非常清晰的实时显示采集波形。在该 页面中实现了多通道采集的波形以其所有通道采样的波 形的实时显示，该面板灵活运用采用了属性节点来编程实 现的。非常清楚的表达了采集波形的动态曲线。见图５ 图４（ａ）通道配置界面 ・ ５３ ・