基于LaBVIEW的测试系统设计毕业设计.doc

重庆科技学院毕业设计（论文） 题 目 基于LabVIEW的测试系统设计 院 （系） 电气与信息工程学院 专业班级 测控普2008-01 学生姓名 xx 学号 指导教师 xx 职称 教 授 评阅教师 职称 2012年 6 月 8 日注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它学生毕业设计（论文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日重庆科技学院本科生毕业设计摘要摘 要 随着科学技术和生产力的不断发展，测控任务越来越复杂，测控系统日益庞大，所以要求数据采集测试系统的速度和性能必须要提高，因此高性能的数据采集测试系统在当今显得尤为重要。计算机技术与测试测量仪器技术的结合，出现了新的测试仪器虚拟仪器。它提供了极为可靠的数据采集。对于大量的数据处理特别有效，特别适合于当前的数据采集要求。虚拟仪器系统将会逐步取代传统的测试、测控仪器系统而成为测试、测控仪器系统的主流。 数据采集系统可看作是由数据采集部分和数据处理部分组成。在PC机上运用虚拟仪器能共享硬件和软件资源，快速、方便地组建各种数字信号处理系统，并可以方便地利用计算机的强大功能，进行信号分析、数据处理、存储以及图形化显示等，从而实现数据信号的处理。该系统是在NI 公司推出的一种基于G语言的虚拟仪器软件开发工具LabVIEW环境下开发的，针对课题内容编写了数据采集、存储、报表打印等模块，通过对硬件控制程序的编写实现了对非NI驱动硬件的操作，结合具体使用条件编写数据采样程序。系统提供了丰富的数据分析功能，并对系统数据分析功能进行了详细的说明。介绍了数据采集、数据储存和回放、数据处理模块。 本文设计了一套用USB6251的数字信号采集卡和基于LabVIEW的PC数据信号采集处理系统。本系统信号采集通道为4通道，采样频率20MHZ以内，系统能对采集到的信号进行存储及回放，信号分析，报表打印和图形显示等功能。本文详细叙述了系统完整的设计过程，从硬件设计和软件设计两方面加以阐述，重点叙述了虚拟仪器基础知识、数字信号采集卡、系统的数据采集和数据处理的设计。关键字：虚拟仪器 LabVIEW 数据采集 数据分析 II重庆科技学院本科生毕业设计ABSTRACT ABSTRACTAlong with the science and technology and the development of the productive forces, and its task more and more complex, measurement and control system are growing larger, so the requirement data acquisition test system of speed and performance must be improved, therefore high performance data acquisition test system in todays is particularly important. Computer technology and test measuring instrument technology union, the emergence of a new test instrument-virtual instrument. It provides a reliable data collection. For a large number of data processing are particularly effective, particularly suitable for the current data collection requirements. Virtual instrument system will gradually replace the traditional test, measurement and control instrument system and become a test, measurement and control system of the mainstream of the instrument.Data collection system and it can be regarded as part of the data acquisition and data processing parts. In PC with virtual instrument can share the hardware and software resources, fast and convenient to form all kinds of digital signal processing system, and can be easily used to the strong function of computer, signal analysis, data processing, storage and graphical display, etc, so as to achieve a data signal processing. The system is in NI company introduction of a language of virtual instrument based on G LabVIEW software development tools under the environment of development, in view of the topics write data acquisition, storage, print, and other modules, through to the hardware of control program to write on the realization of hardware operation NI drive, combined with the specific conditions of use to write data sampling procedures. The system to provide the rich data analysis function, and the data on system analysis function in detail. Introduction to data acquisition, data storage and playback, data processing module.This paper designs a set of USB-6251 digital signal acquisition card based on the PC and LabVIEW data signal acquisition and processing system. This system signal acquisition channel 4 channel, sampling frequency within 20 MHZ system can, for the collected data storage and playback, signal analysis, print and graphic display, and other functions. This paper describes in detail the system complete design process, from the hardware design and software design two aspects elaborated, key described the basic knowledge of virtual instrument, digital signal acquisition card, the system of data collection and data processing design.Key words: Virtual instrument；LabVIEW；Data acquisition；Data analysis重庆科技学院本科生毕业设计目录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1 本课题背景及意义11.2 研究现状11.2.1 国外研究情况11.2.2 国内研究情况21.3 本课题研究目标21.4 研究任务22. 系统方案设计42.1 数据采集系统概述42.1.1 奈奎斯特采样定理42.1.2 数据采集系统的性能指标42.2 数据采集系统平台结构52.3 系统硬件方案部分62.4 系统软件方案设计63 硬件参数设置93.1 USB-6251采集模块概述93.2 硬件结构原理104 软件设计124.1 软件开发平台124.2 系统调用124.2 数据采集模块144.3 数据处理模块154.3.1 滤波函数164.3.2 分析函数174.4 存储回放184.4.1 波形存储与读取194.4.2 TDMS文件存储与读取214.5 报表打印225 系统调试255.1 信号采集255.2 数据处理265.3 存储回放295.4 报表打印295.5 系统调用306 总 结317 参考文献328 致 谢339 附 录34重庆科技学院本科生毕业设计1绪论1 绪 论1.1 本课题背景及意义在国防、通信、航天、气象、环境监测、制造等领域，要求测控和处理的信息量越来越大、速度越来越快。同时测控对象的空间位置日益分散，测控任务日益复杂，测控系统日益庞大，所以数据采集测试系统的速度和性能必须要提高，因此高性能的数据采集测试系统在当今显得尤为重要。于是我们推出了LABVIEW程序，它的采样频率可达MHZ级别。它的运行时间几乎没有限制。LABVIEW直接从硬盘上操作读取数据，使其有最快的执行时间和最优计算资源，它提供了极为可靠的数据采集。对于大量的数据处理特别有效。特别适合于高采样频率和较长的时间间隔的数据采集。LABVIEW经过多年的发展，在测试测量领域获得了广泛的承认。至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LABVIEW驱动程序，使用LABVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。同时，用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LABVIEW工具包。它还具有控制仿真功能、开发维护费用低、技术更新周期短，开放、灵活与计算机同步、通信方便、跨平台等优点。综上，基于LABVIEW的数据采集测试系统是现代测控系统发展的主要方向。对于它的研究就显得尤其重要。1.2 研究现状1.2.1 国外研究情况国外虚拟仪器技术自上世纪80年代由美国NI公司提出以来，一直成为发达国家自动测控领域的研究热点和应用前沿。近年来世界各国的许多大型自动测控和仪器公司均相继研制了为数不少的虚拟仪器开发平台但最早和最具影响力的还是NI公司的图形化开发平台LABVIEW。 虚拟仪器在国外已发展成为一种新的产业。美国是虚拟仪器的诞生地，目前也是全球最大的虚拟仪器制造国。NI公司提出虚拟仪器的概念后，从1988年开始，国际上陆续有虚拟产品面市，当时有5家制造商推出30种产品，此后，虚拟仪器产品成倍增加。 20世纪90年代，计算机总线速度进一步加快，PCI总线的数据传输速度达到了132Mbytes/s。1996年底，美国NI公司在PCI数据总线的基础上提出了第一代PXI系统的技术规范。现在，PXI技术联盟已经有接近60家成员公司为这一平台开发产品。从2004年来，NI虚拟仪器能够测试测量的极限在精度25位、100MHz。 1.2.2 国内研究情况国内虚拟仪器最早的研究也是从引进消化NI的产品开始。国家自然科学基金委员会也曾将虚拟仪器研究作为现代机械工程科学前沿学科之一,列入过为“十五”期间优先资助领域，目前有些研究已取得可喜成绩。 近年来虚拟仪器赖以生存的个人计算机最近几年以极高的速度在中国发展，这些都为虚拟仪器在我国的普及奠定了良好的基础。据专家预测，我国虚拟仪器行业的产值在未来若干年内将超过仪器仪表行业总产值的50，虚拟仪器技术代表了今后仪器仪表技术发展的先进方向，我国的虚拟仪器技术存在巨大的发展潜力。国内许多高校，如清华大学、哈尔滨工业大学、重庆大学、华中科技大学、复旦大学、上海交通大学、国防科技大学、成都电子科技大学、中国科技大学、四川大学等数十所高校已展开了虚拟仪器技术领域的研究、开发和教学，NI公司也已2006年在中国高校广泛推广虚拟仪器技术列入了战略发展规划（NI中国高校推广计划），这标志着自提出虚拟仪器的概念之后，虚拟仪器技术在我国也进入了一个全新的快速发展时期。 目前我国虚拟仪器技术发展现状尚不容乐观，从全国整体的虚拟仪器技术发展现状分析看来，目前的情况还处于“有点无面”的零星状况，对虚拟仪器的认识和开发跟西方发达国家还有很大的差距，我们还需要认清虚拟仪器的发展方向，跟紧西方发达国家的步伐，自主创新，顺应时代潮流！1.3 本课题研究任务本次的研究任务是在了解虚拟仪器和深入学习LabVIEW编程软件以后，编写一个数据采集、处理系统，使其具有一下功能： 1）具有实时存储、回放、信号分析、报表打印功能2）信号采集频率：2fmax。2.1.2 数据采集系统的性能指标1.通道数数据采集系统所需的通道数是最基本的一个性能指标。大多数集中式数据采集系统采用的都是多通道同步采集的结构形式，每增加一路通道就意味着要增加一个采样/保持器和一个A/D，因此在设计数据采集系统时必须要充分考虑到系统使用的通道数目。2.系统精度系统精度是指当系统工作在额定采集速率下，整个数据采集系统所能够达到的转换精度。A/D 的精度是数据采集系统的极限值，而系统精度取决于系统的所有单元，所以其转换精度很难达到 A/D 的精度。系统精度是系统中各种误差的总和，其大小是以实际输出值与理论输出值之差来计算，也可表示为满刻度值的百分数。3.系统分辨率系统分辨率是指数据采集系统可以分辨的输入信号的最小变化量。通常可以使用最低有效位值(LSB)占系统满刻度值的百分比表示，或使用系统所采用的 A/D的位数来表示，或使用系统可分辨的实际电压值来表示，有时也会用满刻度值可以划分的级数来表示。4.采集速率采集速率又称数据吞吐率，是指在满足系统精度指标的前提下，系统对输入模拟信号在单位时间内所能完成的采样次数，或者说是系统一个通道一秒钟能够采集的有效数据量。5.非线性失真非线性失真也称谐波失真。给系统输入一个频率为f0的正弦波时，其输出信号出现了很多频率为nf0（ n 为正整数）的新的频率分量，这种现象称为非线性失真。通常可以用谐波失真系数来衡量系统产生非线性失真的程度。6.动态范围动态范围是从信号系统中引入的一个概念，数据采集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最大幅值Umax 与最小幅值U min之比的分贝数。2.2 数据采集系统平台结构被测信号数据采集卡计算机传感器 图2.2 数据采集系统平台结构 如图所示，被测信号经过传感器的采集，并转换为标准信号后传送给数据采集卡，由信号采集卡采集，经过USB数据总线将信号传送至计算机系统，最后由LabVIEW软件平台实现信号处理。2.3 系统硬件方案部分本系统的硬件主要有:NI公司USB6251数据采集模块和相关计算机设备等，数据采集卡的具体参数为:通道:16路单端或8路差分分辨率:16位最高采样速率:1.25MS/s卡上FIFO:4K采样转换时间:2.5us输入范围:双极性: 0.625V，1.25V，2.5，5V，10V单极性:01.25V，02.5V，05V，010V最大输入过载电压: 30V线性误差: 1LSB漂移:30PPM/OC(060OC)典型值输入阻抗:1GQ通过本采集卡可实现最多犯通道信号的实时采集监测，并且支持符合多种电压标准的被测信号，具有一定的适用性，扩展性和可靠性。硬件部分要做的工作主要是将采集到的模拟信号经过A/D转换传送至PC机。2.4 系统软件方案设计主菜单数据采集信号处理存储回放报表打印图2.3 系统功能结构软件就是仪器，软件是虚拟仪器测试系统的重要组成部分，所以软件部分是课题研究的主要内容，如图2.3，就是本系统所设计的4个功能模块。在功能层上，包括参数设置、数据采集、数据处理、存储回放、报表打印、5个功能模块。采集部分包括信号采集中设备，通道号，采样率，采样数量等进行设置。通过本模块，可以根据不同信号采用不同的采样率和采样方式，从而使本系统能够根据需要适用于工程技术领域的不同测量工作。例如在对液位等变换缓慢的信号可采用较低的采样率节省存储空间，而对于电力系统中涉及到突发测量则需要采用触发采集高速采样才能进行后期的信号的分析处理。信号参数检测部分包括信号周期，频率，峰峰值，有效值，平均值，脉冲参数的测量。系统对信号参量的检测是比不可少的，本系统能够以实时数据形式、数据表格形式、图形形式等多种方式形象直观地向操作者显示测试结果。信号处理部分包括信号的平滑及滤波处理，频谱分析，傅立叶变换等。从外界环境采集的信号难免会受到各种各样的噪声和干扰杂波的影响，这对必然降低系统的准确性和可靠性，所以设计了信号滤波等处理模块，增强系统对外界环境的适用性。信号存储与查询部分包括信号的存储，以及历史文件的查询等。对于一个完整的数据采集系统，我们经常需要将硬件的配置信息写入配置文件或者将采集到的数据以一定格式存储在文件中保存数据。本系统设计了波形文件存储和tdms文件存储数据。波形文件专门用于存储波形数据类型，Tdms文件是对tdm文件的改进，他比tdm文件读写速度更快使用更简单方便，因此非常适合用来存储数量庞大的测试数据。本系统编写了波形存储VI、波形文件读取VI、TDMS存储VI、TDMS文件读取VI四个子VI实现信号的存储与回放功能。报表打印是测控系统普遍要求的一项基本功能，例如对产品进行测试要有测试报告，长期检测一个生产过程要求有生产日报表等，对报表的实时性提出了要求。目前，几种用于生成报表的软件有Visual Basic、Matlab Report Generator等。LabVIEW是NI公司退出的一种基于 G语言的虚拟仪器软件开发工具。利用LabVIEW可以很方便地生成一个虚拟仪器系统，完成信号的采集、数据处理等任务构成一个完整的测试系统。 LabVIEW本身带有强大的报表生成功能，能与多种应用程序的通讯成为报表生成技术中首选的工具。目前已大量用于测试系统的后期数据处理中。报表生成方法可以通过这么几种方法：1）直接使用NI公司的Report Generation Toolkit生成报表;2）使用生成报表;3）使用Report Generation类函数生成报表;4）利用Excel生成报表。然而，由于 Report Generation Toolkit模块没有集成在LabVIEW中，须额外购买，性价比不高; 通过比较我采用了编程类函数里面的报表生成函数直接生成报表，虽然它的可读性不是很强，样式比较简单，但是他使用方便，能满足本设计的基本要求，所以我采用了文件I/O函数的生成报表模块。其能将前面板控件图像波形或者某个指定子VI的前面板加入报表，也能设置字体页面距等。重庆科技学院本科生毕业设计3硬件参数设置3 硬件参数设置3.1 USB-6251采集模块概述NI USB-6251 数据采集卡是一款USB高性能M系列多功能DAQ模块，在高采样率下也能保持高精度。NI USB-6251数据采集卡是数据记录类应用和台式传感器测量的理想选择。它具有8路模拟输入、2路模拟输出、8个DIO、1个APFI和2个用户自定义BNC端子。 NI USB-6251 BNC为移动应用或空间上有限制的应用专门设计。其即插即用的安装最大程度地降低了配置和设置时间，同时它能直接与螺丝端子相连，从而削减了成本并简化了信号的连接。该模块还具有新的NI信号读写技术，实现了USB总线上类似DMA的双向高速数据流操作。仪器控制是建立在仪器驱动(NI-DAQ)的基础上的，工作组件提供一种高级的编程接口，这样可以方便的建立虚拟仪器(VI)。对于工作组件，可以使用所有的配置工具，资源管理工具，控制平台，还有NI-DAQ。LabVIEW可以提供图形的，更人性化的用户接口和强大的图形化编程语言。NI-DAQ驱动包括在NI的硬件工具包里面，但NI-DAQ软件不是USB-6251的附带品。NI-DAQ有扩展的功能库，从这些库函数中可以根据编程环境任意的调用，这些库函数包括模拟的输入，带缓存的数据采集(高速A/D转换)、模拟输出、波形发生、数字I/0、计数操作等。NI-DAQ具有高端和低端的输入输出功能，NI-DAQ也定义了地址，这些地址区别了计算机和DAQ硬件，例如编程接口和DMA控制器。NI-DAQ保持了一些软件接口在它的不同版本中，所以我们可以不用改变代码，在不同的平台上编程，无论使用的是传统的编程语言还是NI提供的应用软件，测量应用都会使用NI-DAQ驱动程序。所以说，NI-DAQ仪器驱动在应用软件(LabVIEW)和硬件USB-6251之间起着关键的作用，也为用户开发带来了方便。这里数据采集卡USB-6251采用NI-DAQmx驱动程序和测量服务软件提供了简单易用的配置和编程界面，DAQ Assistant等功能可帮助用户缩短开发时间。USB-6251具有以下特点1）8路差分BNC模拟输入 (16位),单通道1.25 MS/s采样率(总计1 MS/s) 2） 2路BNC模拟输出(16位, 2.8 MS/s);24路数字I/O(其中8路时钟同步,8个BNC);32位计数器 3）配合使用Mass终端版和SCC信号调理 4）NI信号读写实现USB上的双向高速数据流 5）与LabVIEW, ANSI C/C+, C#, Visual Basic .NET和Visual Basic 6.0兼容 NI-DAQmx驱动软件和NI LabVIEW SignalExpress LE交互式数据记录软件 3.2 硬件结构原理 USB6251数据采集卡它具有8路模拟输入、2路模拟输出、8个DIO、1个APFI和2个用户自定义BNC端子，以及USB传输总线，其接线面板图如图3.1图3.1 数据采集卡面板图当数据采集系统至于现场中，拖过传感器对模拟信号进行采样、保持，并送入AD转换器编程数字信号，然后将信号送到FIFO中，当FIFO中存放的数据达到一定的数目时，再从FIFO中读出然后将数据通过USB传输给上位机，此数据采集卡是多路采集，他们经过模拟开关后再进入AD转换器，CPLD是整个系统的控制核心，他控制采集通道的切换、AD转换器的启停、转换后数据在FIFO中存放的地址、产生终端请求等等。其原理图如图3.2模拟信号AD转换FIFO采样频率产生电路控制芯片USB接口图3.2 数据采集卡工作原理本次采集系统主要由被测信号、DAQ板卡、驱动程序、LabVIEW软件以及PC机资源构成。数据采集系统是测试系统的关键，而在采集系统中起关键作用的就是数据采集卡。它将外界被测信号转化成计算机可接收处理的信号。此次系统的采集架构如图3.3图3.3 数据采集系统框图重庆科技学院本科生毕业设计4软件设计4 软件设计4.1 软件开发平台LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。图形化的程序语言，又称为 “G” 语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。 与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据处理等。LabVIEW标志显示及数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。4.2 系统调用本系统有四个独立的功能模块，但他们都是独立的VI，没有构成一个完整的系统，所以需要将他们整合起来，实现函数的调用，其框图如图4.1=5开始初始化=0=1=3=4=2无事件调用数据采集子 VI调用数据处 理子 VI调用存储回放子 VI调用报表打印子 VI退出系统图4.1 VI调用结构图本系统通过簇与条件结构、以及移位寄存器三者的结合来实现。将五个按钮置于簇中，对应0到5几个数，当按钮按下时，簇输出对应的值，通过“搜索一维数组”VI搜索“T”即按钮按下，其值通过移位寄存器保存，当下一循环来到时，将上次移位寄存器储存的值赋给它，需要调用的子VI置于条件结构对应的框中，这样移位寄存器与条件结构结合就实现了功能模块的调用。移位寄存器的默认值为1，始终处于待命状态。系统主界面图如图4.2图4.2 主界面图像4.2 数据采集模块本设计为4通道数据采集，数据采集需对采样进行设置，包括采样通道、采样方式、采样率、采样数、接入方式等等，配置函数由DAQmx创建任务，DAQmx创建通道和采样时钟共同实现。数据采集流程框图如图4.3等待簇命令开始采集按钮按下？初始化采样设置创建4虚拟通道读取波形数据退出按钮按下？清除任务否是图4.3 数据采集流程图创建任务函数，并为其添加全局虚拟通道中指定的虚拟通道。只有创建了任务和虚拟通道，数据才能得以采集。在循环中使用该VI时，NI-DAQmx将在循环的每次迭代中创建新的任务。完成任务前，应在循环中使用DAQmx清除任务VI，以避免不必要的内存分配。采样时钟函数设置采样率与采样数等等。其程序框图4.4图4.4 4通道采样设置程序图任务是一个或多个虚拟通道定时、触发等属性的集合。从概念上来说，任务就是信号测量或信号发生。任务中的所有通道的I/O类型必须相同，例如，模拟输入、计数器输出，等等。但是，任务可包含不同测量类型的通道，例如，测量温度的模拟输入通道和测量电压的模拟输入通道。对于大多数设备，一次只能运行子系统的一个任务；部分设备可同时运行多个任务。在一些设备上，一个任务中可以包括来自多台设备的通道。按照下列步骤进行测量或生成任务：1.创建或加载一个任务。2.如有需要，配置通道、定时和触发属性。 3.如有需要，进行若干任务状态转换，使任务就绪。 4.读取或写入采样。 5.清除任务。 采样设置完以后接下来就进行数据采集程序的编写，在采样设置以后，就加入“DAQmx开始任务”VI使任务处于运行状态，开始测量或生成，如在循环中多次使用“DAQmx读取”VI或“DAQmx写入”VI时，未使用“DAQmx开始任务”VI和DAQmx停止任务VI，任务将反复进行开始和停止操作。导致应用程序的性能降低。开始任务后就需要对数据进行读取，就加入“DAQmx读取”VI读取用户指定任务或虚拟通道中的采样。DAQmx读取属性包含用于读取操作的其它配需将读取函数置于While循环内，读取完之后清除任务。4.3 数据处理模块继数据采集之后，数据传送至PC，需要对数据进行滤波分析，滤波与分析构成数据处理模块。数据处理流程图4.5开 始数据采集等待簇命令滤波处理数据分析结束 否是图4.5 数据处理流程图在本测试系统中信号处理可以分为两大步骤：滤波和信号分析。在滤波结果下可以选着滤波种类，以及滤波参数，为了方便参数设置，系统的高通，低通，带通，带阻滤波器都采用butterworth滤波器简化了操作流程。高截止频率只有在用带通带阻时设置才有用，高通通或低通滤波器只设置截止频率。信号分析包括了FFT变换、Z变换、反Z变换、实数拉普拉斯变换及功率谱换算。4.3.1 滤波函数滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。是根据观察某一随机过程的结果，对另一与之有关的随机过程进行估计的概率理论与方法。滤波流程图如图4.6开 始等待簇命令=4=3=2=1=0带阻滤波带通滤波高通滤波低通滤波无操作图4.6 滤波函数结构框图滤波的作用是对信号进行筛选，只让特定频段的信号通过。滤波包括常用的高通、低通、带通、带阻和中值滤波。其中高通、低通、带通、带阻滤波器采用无限冲击响应Butterworth滤波器。1 高通滤波是只对低于某一给定频率以下的频率成分有衰减作用，而允许这个截频以上的频率成分通过，并且没有相位移的滤波过程。主要用来消除低频噪声，也称低截止滤波器。2 低通滤波可以简单的认为：设定一个频率点，当信号频率高于这个频率时不能通过，在数字信号中，这个频率点也就是截止频率，当频域高于这个截止频率时，则全部赋值为0。因为在这一处理过程中，让低频信号全部通过，所以称为低通滤波。3 带通滤波是指对物理信号进行处理的过程中，滤去高、低频信号，保留中频信号。4中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，中值滤波的基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点。4.3.2 分析函数 据滤波过后，将数据送入分析模块进行简单的分析变换，该分析函数设计了快速傅里叶变换、反快速傅里叶变换、Z变换、拉布拉斯变换、功率谱分析几个功能。其分析的框图如图4.7=0=1=2=3=4无操作FFT功率谱反FFTZ变换等待簇命令开 始 图4.7 分析函数结构图1 快速傅里叶变换计算离散傅里叶变换的一种快速算法，简称FFT。快速傅里叶变换是1965年由J.W.库利和T.W.图基提出的。采用这种算法能使计算机计算离散傅里叶变换所需要的乘法次数大为减少，特别是被变换的抽样点数N越多，FFT算法计算量的节省就越显著。 （4.1）2 Z变换Z变换，是对离散序列进行的一种数学变换。常用以求线性时不变差分方程的解。它在离散时间系统中的地位，如同拉普拉斯变换在连续时间系统中的地位。这一方法 ( 即离散时间信号的Z变换)已成为分析线性时不变离散时间系统问题的重要工具。 （4.2）3 功率谱功率谱估计是数字信号处理的主要内容之一，主要研究信号在频域中的各种特征，目的是根据有限数据在频域内提取被淹没在噪声中的有用信号。 4.4 存储回放存储回放是测控系统不可或缺的一部分，本测试系统利用文件I/O函数编写了波形文件存储、波形文件读取、TDMS文件存储、TDMS文件读取，四个小模块由条件结构调用。当条件触发是开始执行。如波形文件存储在条件触发时将波形数据写入指定位置文件中,TDMS读取也一样即当条件触发时将制定位置的TDMS文件读取出来送入显示控件。其流程图如图4.8=0=1=2=3=4波形存储Tdms存储退出波形读取Tdms读取等待簇命令开 始 图4.8 存储回放模块结构4.4.1 波形存储与读取1 波形存储利用文件I/O类函数的“写入波形至文件”VI即可实现波形文件的存储，通过打开文件路径指定波形文件的位置，波形是要写入文件的波形。其操作流程图如图4.9开 始数据采集否等待命令是写入波形至文件结束图4.9 波形存储流程图 图4.10 存储回放程序框图2. 波形文件读取波形文件读取与保存同样使用文件I/O类函数的 “从文件读取波形”VI实现，每次从文件中读取一条记录。每条记录可能含有一个或多个独立的波形。该VI可返回记录中所有波形和记录中第一波形，单独输出。如需获取文件中的所有记录，可在循环中调用该VI，直到文件结束。流程图如图4.11开 始 否等待命令是选择路径从文件读取波形结束图4.11 波形读取流程图图4.12 波形读取程序框图4.4.2 TDMS文件存储与读取1. Tdms存储Tdms文件操作函数分别为打开创建Tdms，设置Tdms属性，写入文件，关闭保存。流程图如图4.13开始创建TDMS设置属性写入文件保存保存图4.13 TDMS数据存储流程图程序框图如图4.144.14 Tdms存储程序框图2 Tdms文件读取 Tdms文件读取VI和Tdms文件存储VI是一对互补的逆向操作。由打开、读取、关闭三个函数即可实现。将读取的文件显示出来。4.5 报表打印在测控领域，任何一个称得上完善的系统，都应该有报表生成功能，它几乎是每个专业的自动化测试程序的标配。数据报表打印主要是将所采集信号的原始波形和回放波形以图片格式传递至VI中，通过调用该VI对实时波形进行打印。报表打印模块主要由创建报表、报表设置、写入报表、打印报表、清除报表几个函数构成。运行报表打印VI，通过点击按钮触发条件运行报表打印，子VI首先创建一个新的报表，获取设置中的格式参数，将实时的波形图写入报表后打印，完成打印后清除任务。其流程图如图4.15获取参数=0等待命令创建报表= -1开始获取内容打印报表清除报表结束图4.15 报表打印流程图打印界面如图4.16所示图4.16 打印界面重庆科技学院本科生毕业设计5系统调试5 系统调试5.1 信号采集由于本设计是4通道采集，但是数据采集板卡是通过AD转换采回来的，USB-6251多通道实际是共用一个AD，导致当一个通道Open的时候，该通道的值就会和上一个通道测试的值一样。也就是说多通道采集如果其他通道没有信号的话 他就默认跟有信号的通道一样，所以一开始单通道数据采集显示的时候，会显示有4条曲线，介于此原理，我将除有信号通道外的其余三个信号短接屏蔽，波形显示就只有一个了。处理前后其波形图如图5.1 图5.1 屏蔽前波形图图5.2 屏蔽后波形图由以上两图对比可知，当多余的通道没有信号输入时，需对其进行接地处理，且由图中可知，正弦波十分标准，且测得数据很精确，幅值4V，频率50HZ。数据采集模块测试成功。5.2 数据处理 数据采集得到的波形，经过通过队列操作，传送至数据处理模块。数据处理模块包括滤波和分析两个部分。VI间的数据传输涉及到数据类型问题，这儿简单阐述一下波形和动态数据两种类型。波形(Waveforms)在许多工程以及科技应用中，需要处理的数据都是一组随着时间变化的数值。例如，音频信号就是随着时间变化的压力值，心电图则是随着时间变化的电压值。LabVIEW中提供了波形数据这个数据类型来组织与处理这些时变信号。一个波形数据不但可以让你来存储数据的值，还可以用来存储第一个数据获取时的时标值、每个数据点之间的间隔时间以及数据的备注信息。它与LabVIEW中其他的数据类型类似，可以进行加减运算操作，以及其他的直接对波形进行的操作。动态数据(Dynamic Data)几乎所有的用于采集、分析、操作以及生成信号的Express VI都使用了一个特殊的数据类型传送信号数据，这个数据类型就是动态数据。动态数据就是一个或多个通道的波形数据。数据处理在数据采集以后，通过队列操作传递数据，一开始数据处理模块始终不能完整的接受队列发送过来的数据，经过单独对队列入列函数和出列函数进行测试，发现是队列发送数据格式出现问题，将一维波形数组转换为动态数据传输则成功接受了。下面是调试结果当没有对其进行任何处理时，其三个波形是一样的没有任何变化。如图5.3图5.3 无处理时波形图波形输入为300hz2.5V的正弦波，当选择低通滤波，设定截止频率为100hz，高于100hz的波形不能通过，滤波结果如图5.4 图5.4 低通滤波选择高通滤波，设定截止频率为800hz，低于800hz的波形不能通过，滤波结果如图5.5 图5.5 高通滤波 图5.6 功率谱变换功率谱返回X的双边功率谱。如输入信号不是以伏特为单位，则功率谱的单位为输入信号单位rms平方。功率谱关于耐奎斯特频率对称，左边为正谐波，右边为负谐波。由图5.6可知正负谐波功率谱均为1.3rms平方。5.3 存储回放运行程序，点击波形存储按钮，系统则调用波形存储模块，弹出存储保存界面，实时波形图显示的是当前采集到的波形，右侧可以看到是提示输入保存路径，我选择了保存到桌面，名称为“正弦波”。如图5.7图5.7 波形保存波形以特定的格式存储在指定的位置，对他进行读取，点击波形文件读取按钮，则运行波形文件读取模块，选择刚才保存的波形文件，波形图上显示出了刚才保存时的波形。如图5.8 图5.8 波形文件读取5.4 报表打印运行报表打印，可以将需要打印的子VI前面板控件打印出来，同时还能讲实时的采集到的波形文件打印出来。经过测试，连接打印机，打印成功。一张为打印前采集到的波形图，另一张为选定VI的界面控件。5.5 系统调用 运行程序，调出程序框图，高亮显示执行过程，然后切换到前面板，点击前面板的数据处理按钮，此按钮在簇中对应的数字是2，“搜索一维数组”检测到按钮按下，将2输出给移位寄存器，成功调用条件结构2里面的数据处理子VI，经测试，其他几个子VI也能成功调用。其框图如图5.9 图5.9 系统调试簇值图重庆科技学院本科生毕业设计6总结6 总 结此次设计是基于LaBVIEW的数据采集测试系统设计，在分析了国内外虚拟仪器测试技术现状，针对目前测试系统的的需求分析，根据现有条件，设计出了此数据采集系统。本设计功能较完善，包括了数据采集、滤波、信号分析、数据存储、报表打印等功能。涉及面广，包括虚拟仪器技术、面向图形的G语言编程技术，信号采集技术，数字信号处理技术等，经过不懈的努力攻克各种难关，最终设计出了本系统，经过此次设计，成果主要有一下几个方面 (1) 了解了虚拟仪器在生产生活及测试系统中的地位，以及虚拟仪器的重要性，学习掌握了LaBVIEW编程技术，能够进行编写并调试程序。(2) 能搭建一个简单的数据采集系统，熟悉了数据采集结构的框架，了解数据采集结构的基本组成。并进一步加深了对数字信号处理的理解，包括滤波，信号分心等。(3) 完成模拟信号的数据采集、实时滤波分析、数据存储、报表打印等基本软件模块的设计。(4) 掌握了数据采集卡NI USB-6251的多种采集方式与详细参数，了解了数据采集卡的工作原理，深入的学习了数字采样定理，能够对不同信号采用不同采样频率，通道，采样点数等参数的选择。(5) 成功编写了基于LaBVIEW的数据采集测试系统，实现