LabVIEW与数据采集.ppt

LabVIEW与数据采集 2011 3 23 数据采集系统的构成 n一个完整的数据采集系统（Data AcQuisition，DAQ） 包括：传感器和变换器、信号调理设备、数据采集卡、驱 动程序、硬件配置管理软件、应用软件和计算机。 n传感器和变换器直接将各种物理量转换成DAQ系统可采集 的电信号。 n信号调理设备对采集的电信号进行放大、滤波、隔离等措 施，将它们转换成易于读取的信号。 n采集设备将数据送到计算机中。常见的是插入式数据采集 卡、基于PXI规范的数据采集装备；另外还有通过各种其 他总线与计算机相连的外置式DAQ设备。 nNI公司提供了Traditional NI-DAQ（传统NI-DAQ）和 NI-DAQmx这两套自带的驱动程序。 数据采集卡的功能 n一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数 字I/O、计数器/计时器等。因此LabVIEW中DAQ模板设计也 围绕这4大功能组织 模拟输入是采集最基本的功能。它一般由多路开关 （MUX）、放大器、采样保持电路以及A/D来实现，通过这些 部分，一个模拟信号就可以转化为数字信号。 模拟输出通常是为采集系统提供激励。输出信号 受数模转换器（D/A）的建立时间、转换率、分辨 率等因素影响。 n 数字I/O通常用来控制过程、产生测试信号、与外设通 信等。它的重要参数包括：数字口路数（line）、接收 ( 发送 )率、驱动能力等。一般的数字I/O板卡均采用 TTL(transistor transistor logic)电平。需要强调的是， 对大功率外部设备的驱动需要设计专门的信号处理装置。 n 许多场合都要用到计数器，如精确时间控制和脉冲信 号产生等。计数器最重要的参数是分辨率和时钟频率，分 辨率越大，计数器位数越大，计数值也越高。 基于LABVIEW的数据采集系统 ： nLabVIEW8.5为用户提供了多种用于数据采集的函数、 VIs和Express VIs。这些函数、VIs和Express VIs大体 可以分为两类，一类是Traditional DAQ VIS，另外一类 是操作更为简单的NI-DAQmx，这些组件位于函数模板 中的Measurement I/O，Instrument I/O子模板中， 如图所示：、 n其中最为常见的模板是位于Measurement I/O子模板中 的Data Acquisition 和NI-DAQmx Acquisition两个子 模板，如图所示： DAQ VIs的功能模板 nLabVIEW中DAQ VIs都包含在FunctionsData Acquisitions子模板中。共包含6个子模板，每个子模板 完成不同的数据采集任务。 n各子模板的主要功能如下： Analog Input子模板，完成模拟信号进行 A/D转换，并采集到计算机； Analog Output子模板,将计算机产生的数 字信号进行D/A转换，并输出； Digital I/O子模板,用于控制DAQ设备的数字 I/O功能； Counter子模板,用于控制DAQ设备的计数器 功能； Calibration and Configuration子模板,用 于校准和配置DAQ设备，用户较少用到该功能； Signal Conditioning子模板，将从温度传 感器或应变片中采集的模拟电压信号转化为相应 的应力单位或温度单位。 nLabVIEW 中对于数据采集模块按照难易程度做了分类 n 简易VIs (Easy VIs) 该行的四个模块执行简单的DAQ操作。它们可以作为单 独的VI，也可以作为subVI来使用。这些模块可以自动发 出错误警告信息，在对话框中你可以选择中断运行或忽略 。但是比较复杂的应用需要使用下面的类型。 n 中级VIs (Intermediate VIs) 简易Easy VIs相比，中级VIs具有更多的硬件功能，用 户可以更加有效、更加灵活地开发应用程序。同时还有很 多Easy VIs所不具备的特性，比如，通道时间的扫描速率 、定时器、触发信号、标度和配置等等。中级VIs模块几 乎可以组建所有的DAQ应用系统。 n 通用模入（实用函数模块）VIs (Utility VIs) 这里提供了三个常用的VIs，AI Read One Scan，AI Waveform Scan，及AI Continuous Scan。使用一个VI就 可以解决一个普通的DAQ问题，方便但缺乏灵活性. n 高级模入VIs ( Advanced VIs) 这些VIs是NI-DAQ数据采集软件的界面，是上面三种类 型VIs的基础。一般情况下，用户不需要直接使用这个功 能。 DAQ VIs常用参数简介 nLabVIEW 中通用DAQ参数的定义有： 设备号和任务号(Device ID and Task ID) 在模拟I/O、数字I/O以及计数器VIs中，每个设 备都有唯一的编号，在配置DAO设备时，编号由用 户指定。输出参数TaskID是相同给特定的I/O操作 分配的一个唯一的编号，贯串以后DAQ操作的始终 。 通道（Channels） Analog Input和Analog Output VIs中有一个输 入参数叫通道 (channels)，用于指定DAQ读写操 作的通道。数字I/O和计数器VIs中，也有类似参 分别称为Digital chanel list和counter list。 n 通道命名(Channel Name Addressing) 当采用DAQ Channel Wizard配置DAQ卡的I/O通 道时，可以在channels中输入一定物理意义的名 称来确定通道的地址。在Easy VIs中，可以在 channels参数的数组元素中的填写一个通道的名 称，也可将多个通道的名称写在一个元素中，编 号之间用逗号隔开。 n 通道编号命名(Channel Number Addressing) 如果用户不使用通道名称来确定通道地址，那 么还可以在 channels中使用通道编号来确定通道 的地址。可以将每个通道编号作为一个数组中的 元素，也可以将多个通道编号写入一个数组元素 中，编号之间用逗号隔开。 n I/O范围设置(Limit Settings) Limit Settings 是指DAQ卡所采集或输出的模拟信号 的最大/最小值。一对最大/最小值组成一个簇，每个通道 对应一个簇，多个簇形成一个簇的数组 n 采集数据的构成 在多通道数据采集中，采集到的数据以二维数组的形 式保存。即以行(row)或以列(column)的形式来组织二维 数组中的数据。 n 扫描次数(Numbers of Scan to Acquire)用户指定的 一组通道进行数据采集的次数。 n 采样点数(Number of Samples)对一个通道采样点的个 数。 n 扫描速率(Scan Rate) 一秒内完成的一组指定通道数据采集的次数，它决定了 一定时间内所进行数据采集次数的总合。 构建单通道数据采集系统 n这套系统的硬件部分是多功能数据采集卡NI-PCI-6110 ，软件部分采用LabVIEW数据采集模块实现。 n首先新建一个空白VI，从函数模块中Measurement I/O 子模块中选取Data Acquisition子模块如图： n从Data Acquisition子模块中的Analog input 模板中选 取AI Acquire Waveform.vi置于后面板中： nAI Acquire Waveform.vi的主要功能是实现单通道数据 采集。它由如下四个重要的输入端口，分别是device（数 据采集卡的器件编号）、channel（通道编号）、 number of samples（采样点数量）以及sample rate （采样速率）。 nAI Acquire Waveform.vi的输出端口用于连接Waveform数据类型 的控件。设置后的后面板如图所示： n经过上面的简单设置，程序便可以对任意的device number所对应 的数据采集硬件的任意一个通道进行数据采集了，采集速率和采集的 数据点个数由number of samples和sample rate决定。采集后的 数据被实时显示在示波器窗口waveform graph上面。 n在实际使用中，往往需要程序不仅仅做到数据显示，更要做到数据的 保存和分析处理，因而我们还需对其进行修改以使得被采集的数据保 存到计算机中，并进行实时的频谱分析。 n首先从waveform子模板中选取get waveform components函数 ，将获取的数据转换为一维数组，并从函数模板中File I/O子模板中 选取Write To Spreadsheet File函数，将其1D data端口与ge