LabviEW双通道数据采集系统设计.doc

课 程 设 计设计题目：基于Labview的数据采集系统的设计 系别： 自控系 班级： 测控本091班 学号： 2009308120 学生姓名： 刘礼旭 指导教师： 吕勇军 职称： 教授 起止日期：2012 年 2 月 27 日起2012年3月2日止 沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：基于Labview的数据采集系统的设计系 别 自控系 班级 测控本091班 学生姓名 刘礼旭 学号 2009308120 指导教师 吕勇军 职称 教授 课程设计进行地点： 实训F430 任 务 下 达 时 间： 12年 2月27日起止日期： 12年2月27日起至12年3月2日止教研室主任 吕勇军 2012年 2 月 26 日批准1.设计主要内容及要求；设计基于Labview 的数据采集系统。要求：1）掌握NI-DAQ使用方法。 2）了解数据采集以及信号处理方法。 3）可以进行多路数据采集、存储和显示。可以对测量的信号进行不同方式的滤波处理。2.对设计论文撰写内容、格式、字数的要求；（1）.课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。（2）.学生应撰写的内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。（3）.论文要求打印，打印时按沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范的要求进行打印。（4）. 课程设计论文装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。3.时间进度安排；顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12月27日教师讲解题目，学生查阅相关资料22月28日进行方案论证，确定程序流程，熟悉NI-DAQ使用方法32月29日程序设计43月1日调试程序53月2日撰写论文，成果验收沈 阳 工 程 学 院 虚拟仪器 课程设计成绩评定表系（部）： 自控系 班级： 测控本091班 学生姓名：刘礼旭 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作。0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的 质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432 指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力。0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8） 分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩 分 摘要随着电子技术、计算技术和网络技术的高速发展，传统的电子测量仪器的功能和作用已发生了质的变化，新型的虚拟仪器应运而生。虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计算机的仪器，其实质是充分利用计算机来实现和扩展传统仪器的功能。计算机和仪器的紧密结合是目前仪器发展的一个重要方向。LabviEW作为一款强大的工业标准图形化编程工具，已广泛应用于工业自动化、汽车、电子、医疗仪器、通信、航空等各个领域，承担开发测试、测量、控制、数据采集和数据分析等工作。在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。随着计算机和总线技术的发展，基于PC的数据采集（Data Acquisition，DAQ）板卡产品得到了广泛应用。许多应用通过使用插入式设备采集数据并把数据直接传送到计算机内存中而在一些其他应用中，数据集采集硬件通过并行或串行接口和PC相连。DAQ的任务就是测量或生成物理信号。在基于计算机的系统测量到物理信号之前，需要通过传感器将物理信号转换为电信号。为了更精确地测量信号，信号调理部分能放大底电压信号，并对信号进行隔离和滤波。此外，某些传感器需要有电压或电流激励来生成电压输出。DAQ系统由软件控制获取数据行、分析数据并得出结论。 本设计采用NI PCI-6221数据采集卡，运用虚拟仪器及其相关技术于多通道数据采集系统的设计。该系统具有数据同时采集、采集数据实时显示、存储、记录，查询等功能。 本设计是虚拟仪器在测控领域的一次成功尝试。实践证明虚拟仪器是一种优秀的解决方案，能够高效的实现各种测控任务。关键词 虚拟仪器；传统仪器；LabviEW；DAQ；数据集采集； 目录课程设计任务书I虚拟仪器 课程设计成绩评定表III摘要IV1 设计任务描述11.1 设计题目：基于LabviEW的数据采集系统的设计11.2设计要求11.2.1 设计目的112.2设计要求12 设计思路23 设计流程图34 各部分程序设计44.1 采集与存储44.2 历史数据查询54.3 首页74.4 综合程序双通道数据采集系统75 工作过程分析105.1 首页105.2 采集与存储105.3 历史数据查询116干扰来源及其解决办法137 主要硬件及控件介绍147.1 数据采集卡147.2 平铺式顺序结构147.3 条件结构147.4 事件结构157.5 For循环15小结16致 谢17参考文献18附录1：首页前面板19附录2：采集与存储前面20附录3：历史数据查询前面板21附录4：程序框图22 V基于LabviEW的数据采集系统的设计 1 设计任务描述1.1 设计题目：基于LabviEW的数据采集系统的设计1.2设计要求1.2.1 设计目的编写程序，实现对数据的采集、存储、显示、查询等功能。12.2设计要求（1）掌握NI-DAQ使用方法。(2）了解数据采集以及信号处理方法。(3) 可以进行多路数据采集、存储和显示。可以对测量的信号进行不同方式的滤波处理。 212 设计思路此次的课程设计题目是基于LabviEW的数据采集系统，要求多通道采集存储显示数据。由于实验板上可以运用的模拟输入通道只有通道1和通道2，所以选择就选择两通道数据同时采集。程序主要由三大模块组成。模块一是首页。该模块是双通道数据采集系统的登录界面，也是对该系统的大致介绍。在该模块中可以实现的功能有界面跳转，即从首页跳到其他页面；还有对双通道数据采集系统的大致介绍，通过这些介绍你可以点击相应的按键进行跳转。模块二是本系统的核心。该模块能进行数据采集，数据存储，数据的实时显示，查看采集到的数据的波形图，还可以选择是否对采集到的数据进行存储，还有一个采样数据开关，可以停止数据采集。同首页一样，该模块还有界面切换按钮，通过摁下不同的按键你可以跳转到不同的界面。在程序框图中需要用到DAQ助手，选择模拟输入，通道1用于采集电压值，通道2用于采集阻抗。重要的是，改变通道1或通道2的被采样量，可以实现对其他模拟输入量的数据采集。用拆分信号函数将采集到的两路信号分开，由于采集到的信号有较大的干扰，数据很不稳定，这时可以在采集到的数据后增加滤波器来实现，然后将滤波后的数据用波形图显示出来即可。这样得到的数据较稳定。数据的存储是通过将数据写入记事本来实现的。模块三是扩展部分内容。实现的内容是对存储的数据进行读取。同首页一样，该模块还有界面切换按钮，通过摁下不同的按键你可以跳转到不同的界面。该部分功能主要用I/O文件里的函数即可实现。 3 设计流程图 首页历史数据查询 首页采集与存储 采集与存储采集与存储 首页历史数据查询采集与存储 历史数据查询历史数据查询 首页 4 各部分程序设计4.1 采集与存储该模块能进行数据采集，数据存储，数据的实时显示，查看采集到的数据的波形图，还可以选择是否对采集到的数据进行存储，还有一个采样数据开关，可以停止数据采集。同首页一样，该模块还有界面切换按钮，通过摁下不同的按键你可以跳转到不同的界面。在程序框图中需要用到DAQ助手，选择模拟输入，通道1用于采集电压值，通道2用于采集阻抗。重要的是，改变通道1或通道2的被采样量，可以实现对其他模拟输入量的数据采集。用拆分信号函数将采集到的两路信号分开，由于采集到的信号有较大的干扰，数据很不稳定，这时可以在采集到的数据后增加滤波器来实现，然后将滤波后的数据用波形图显示出来即可。这样得到的数据较稳定。数据的存储是通过将数据写入记事本来实现的。其程序框图如下图所示：前面板是用户接口，即交互式界面，用于用户向程序中输入各种控制参数和观察输出量，在前面板中，使用了各种仿真图标，如开关、旋钮等，并以数或实时趋势图等各种形式的输出测试结果来模拟真实仪器的面板。前面板的设计，充分发挥了LabVIEW的特长,即建立了友好的人机操作界面，是虚拟信号发生器的最上层。采集与存储部分的前面板如下图所示：4.2 历史数据查询该不部分主要是实现对存档的数据进行读操作，并把数据以文本的方式显示出来。其程序框图图下所示：前面板如下图所示： 4.3 首页该模块是双通道数据采集系统的登录界面，也是对该系统的大致介绍。在该模块中可以实现的功能有界面跳转，即从首页跳到其他页面；还有对双通道数据采集系统的大致介绍，通过这些介绍你可以点击相应的按键进行跳转。由于首页的程序框图与其他窗口联系紧密，并没有单独的程序故在此暂时不展示其程序框图。其前面板如下图所示。4.4 综合程序双通道数据采集系统其程序框图如下图所示。其思路是：将首页，采集与存储的前面板用一个窗口显示，通过设置属性“可见”来实现各个不同窗口的显示。该程序用一个顺序结构，当程序运行时，顺序结构的第一个窗口用来控制首页的显示，第二个窗口用来实现，数据采集，存储，显示，查询以及窗口切换等功能。 5 工作过程分析5.1 首页运行程序后，首页的前面板框图如下图所示。在该模块中可以实现的功能有界面跳转，即从首页跳到其他页面；还有对双通道数据采集系统的大致介绍，通过这些介绍你可以点击相应的按键进行跳转。5.2 采集与存储运行程序后，采集与存储的前面板框图如下图所示。 该模块能进行数据采集，数据存储，数据的实时显示，查看采集到的数据的波形图，还可以选择是否对采集到的数据进行存储，还有一个采样数据开关，可以停止数据采集。同首页一样，该模块还有界面切换按钮，通过摁下不同的按键你可以跳转到不同的界面。在程序框图中需要用到DAQ助手，选择模拟输入，通道1用于采集电压值，通道2用于采集阻抗。重要的是，改变通道1或通道2的被采样量，可以实现对其他模拟输入量的数据采集。用拆分信号函数将采集到的两路信号分开，由于采集到的信号有较大的干扰，数据很不稳定，这时可以在采集到的数据后增加滤波器来实现，然后将滤波后的数据用波形图显示出来即可。由图可知，这样得到的数据较稳定。5.3 历史数据查询运行程序后，历史数据查询的前面板框图如下图所示。 这主要是利用读取文件函数来实现的。 6干扰来源及其解决办法数据采集系统需要较高的准确度，否则将不能很好的分析有用信号，所以必须剔除干扰常见的干扰源如下：对于长期存在的自然干扰，由于能量微弱，可以忽略。但对与强烈的干扰，如大气层发生的雷电，则不能忽略其影响，应设法回避屏蔽。来自电器设备的干扰主要有大电流及电压变化引起的噪声，如大型感性负载通断时，在开关节点处产生电弧，高压输电线引起电晕放电等，这种瞬变过程形成的噪声可通过公共电源线传入信号电路，或通过相邻导线耦合到信号电路中。内部干扰主要是由于系统内部或系统的公共线与地下线引起的噪声。对于数据采集系统和计算机都有可能存在这类干扰。设备内部主要是设计不良或者是内部器件在工作时产生的热噪声、散粒噪声和散烁噪声等。各种噪声源产生的干扰电压，将会以串模或共模干扰进入测量系统，使测量结果产生误差。抑制干扰措施一般抑制干扰最根本的办法是消除或远离噪声源，如果受条件限制不能做到，就要采取防护措施，采用隔离、屏蔽、滤波及接地等措施。为抑制来自交流电网的瞬变噪声，可在个电子设备的电子设备的电源进线端加接电源滤波器。在直流电路中为抑制感性负载产生的瞬变噪声，最好的办法是在产生噪声的设备上，采取措施，如在几点两端加装抑制电路。 共模噪声抑制为抑制共模噪声，一是采用屏蔽线作为信号传输线，同时要求屏蔽层正确接地。导线的屏蔽层在信号源端通过外壳接地，而在接受端则接到仪器内部屏蔽壳上，内外层屏蔽互相绝缘。二是在信号源端通过外壳接地，而在信号源与测试系统之间加装隔离变压器。本设计中采用带阻滤波器剔除干扰。 7 主要硬件及控件介绍 7.1 数据采集卡本次设计选用NI公司的NI PCI-6221型数据采集卡作为系统硬件的核心部分，PCI-6221是一块高性能的NI-DAQmx设备。数据采集助手DAQAssistant是LabviEW 7以后版本新增的一个重要工具。它是一个图形化的界面，主要用于交互式的创建、编辑和运行NI-DAQmx虚拟通道和任务。这个工具通过一个图形化接口来配置简单和复杂的数据采集任务，从而帮助用户无需编辑即可创建应用程序。DAQ Assistant是一个基于步骤的向导，它可以使用户无需编辑即可配置数据采集任务、虚拟通道以及实现缩放操作。它提供了一个面板，用户可在上面轻松配置常用的DAQ参数，而无需任何编辑工作。7.2 平铺式顺序结构 平铺式顺序结构如下图所示： 包括一个或多个顺序执行的子程序框图或帧。平铺式顺序结构可确保子程序框图按一定顺序执行。平铺式顺序结构的数据流不同于其它结构的数据流。平铺式顺序结构的帧当所有连接至帧的数据都可用时，按照从左至右的顺序执行。每帧执行完毕后会将数据至传递至下一帧。这意味着某个帧的输入可能取决于另一个帧的输出。7.3 条件结构条件结构是LabVIEW最基本的结构之一，条件结构类似于文本编成语言中的switch语句或ifthenelse语句。条件结构可从【结构】子选板中创建，条件结构包含选择端口和选择器标签，如图所示。 选择器标签选择端口在条件结构中，选择端口相当于C语言的switch语句中的表达式，框图表示符相当于“表达式n”。编程时，将外部控制条件连接至选择端口上，程序运行时选择端口会判断送来的控制条件，引导选择结构执行相应框架中的内容。7.4 事件结构事件结构如下图所示。 包括一个或多个子程序框图或事件分支，结构执行时，仅有一个子程序框图或分支在执行。事件结构可等待直至事件发生，并执行相应条件分支，处理该事件。时间输出对应于使用的控制事件。右键单击结构边框，可添加新的分支并配置要处理的事件。连线事件结构边框左上角的“超时”接线端，指定事件结构等待事件发生的时间，以毫秒为单位。默认值为1，即永不超时。7.5 For循环For循环的结构如下图所示： 使用连线至总数(N)接线端的值n作为执行次数的子程序框图。计数接线端(i)可提供当前的循环计数，取值范围是0到n-1。创建For循环后通过移位寄存器使值由上一个循环传递到下一个循环。如连线数组至For循环，启动自动索引可读取和处理数组中的各个元素。也可配置For循环使其返回由循环生成的值组成的数组，启用自动索引。 小结本设计在研究虚拟仪器技术、软件开发技术的基础上，使用虚拟仪器技术实现了双通道数据采集，通过文本形式保存记录，进一步设计了一个历史数据查询模块。实现了一个从物理信号到数据采集显示存储查询的双通道数据采集系统。本设计大部分工作是程序的编写，所涉及的硬件部分都有现成的。但是对硬件的了解也是必需要做的工作，特别是对NI PCI-6221采集卡的了解。其中包括采集率，采集通道，采样方式，然后根据实际情况选择合适的通道，比如此次课设选择的是通道1和通道2。我所