数据采集卡开题报告

1、基于,NI,数据采集卡的数据采集及处理,2013,级,19,班,1319011966,学生姓名：李刚,指导教师：李建,国内外研究现状,国外数据采集器的现况,11,随着国外微电子技术,计数机技术,测控技术和数字通信技术的发展,目前国外数,据采集技术已经较初期有了很大的发展,从近来国外公司展示的新产品可以看出,主要的发展可以概括为功能多样,体积减小和使用方便等三个方面。此外，数据,采集器的特点还反映在如下几个方面：（,1,）它既是一台数据采集器，又是一台,功能较全的机器状态分析仪，不仅有常用的时域分析和频域,FFT,分析，而且还,可以做倒谱，细化，包络谱和时频域分析等功能；,(2,）它既是采集器，

2、又可以,兼做其它仪器来用，,如法国迈威公司的,MOVILOG,数据采集器,就可作为一台,动平衡仪来用,它不但可以做单一平面的动平衡,还可以做六个平面的动平衡；,（,3,）储存量大，从低频到高频频率测量范围宽，能适应机器从低速到高速的各,种监测范围需要；（,4,）可利用振动传感器或过程传感器或电量传感器等输入多,种物理量，如振动加速度，位移，相位，转速，温度，压力，流量，电压，电,流和功率等，形成多参数监测统；（,5,）数据采集器配套的软件是以通用窗口的,软件为基础，功能较强。,一套软件可同时支持数种不同型号与不同档次的数据,采集器。（,6,）数据采集器已经安装了,LCD,背光显示屏，并尽量减少

3、了操作键，,元器件高度集成化，并减轻机器的重量；采用防水防撞击的密封外壳，能适应,恶劣的工业环境。,?,上世纪,80,年代末到,90,年代初，我国一些仪器厂已研制出了多种数据采集器，其,中单通道的有,SP201,，,SC247,型,双通道的有,EG3300,，,YE5938,型,超小型的有,911,，,902,和,921,型。具有采集静态信号的有,SMC-9012,型,所配套的软件包基本上包括了,设备维修管理和基本频谱分析两大部分,能够适应机器设备的一般状况监测和故,障诊断,基本已经达到了国外数据采集器的初期水平。,?,但是，国内数据采集器与目前国外数据采集器相比，在技术上仍然存在着一定,的差

4、距，主要表现在由于受国内振动等传感器水平的限制，分析频率范围不宽，,给一些低速的机器或轴承的诊断等带来了一定的困难。由于数据采集器的内存不,大，数据采集器本身的信号处理功能不强，,在现场只能做一些简单诊断，精密,诊断需要离线到计算机上去做。现场精密诊断功能较弱，设备的软件水平仍在设,备维修管理和基本频谱分析上徘徊，机器故障诊断专家系统还需完善，软件人机,界面有待改进。,选题依据,数据采集卡的工作原理数据采集卡主要由模数转换电路、数模转换电路、计数,定时电路、中心控制逻辑电路等组成，是一个具有两个模拟量输入通道，一个,模拟量输出通道的采用,ISA,计算机总线标准的插卡。在数据采集卡中，模数转换,

5、电路的转换芯片选用,12,位的内部带采样保持器的,AD1674,，其启动方式为程序,启动和以,8253,定时器为主的定时启动，对转换结束的识别也设计了程序查询和,中断两种方式。,数据采集卡的工作原理,（,1,）模入通道的选择及其衰减和,AD,放大器增益选择电路采用程序控制。,（,2,）中心控制电路采用可编程器件,GAL,，从而使数据采集卡的结构紧凑，,电路简洁，且,GAL,芯片的软件编程可根据硬件的需要随时调整。,（,3,）,AD,的启动有程序启动和定时启动两种方式，,AD,转换结束识别有程序,查询和中断两种方式。,（,4,）,DA,的参考电压通过控制电路引用,AD,的基准电压。,研究目的与意

6、义,?,研究目的：,为了测量电压、电流、温度、压力或声音等物理现象。基于,PC,的数,据采集，通过模块化硬件、应用软件和计算机的结合，进行测量。尽管数据采集,系统根据不同的应用需求有不同的定义，但各个系统采集、分析和显示信息的目,的却都相同。数据采集系统整合了信号、传感器、激励器、信号调理、数据采集,设备和应用软件。实现用,NI,数据采集卡，实现对电机相应参数的数据采集。,研究背景：,随着社会的不断进步，为了保障人们能够健康安全的使用各种资源，,需要对各个资源供给设备实时的监控，例如电力供电系统、工业控制系统、网络,等，确保这些直接关系人们生活的资源安全可靠。,国家电力监管委员会公告,2011

7、,年第,3,号文件,2011,年供电监管报告指出，在选取检查的,215,家供电,企业中，总共发现供电质量问题涉及的企业有,133,家，这些企业存在着基础数,量错误、漏录、运行事件错录以及电压监测点数不足，设置不合理等问题；一方,面，造成电能质量问题的因素逐渐增加，另一方面人们对电能质量以及电能的可,靠性要求越来越高；电能质量问题对电网和配电系统造成的直接危害和可能对人,类生活和生产造成的损失也越来越大，电能质量的好坏直接关系到了国民经济的,总体效益。一个计算中心如果失去电源,3,秒就有可能破坏数小时的数据处理结,果而造成上百万上千万的经济损失；在大型机器制造厂，,1,秒的电压突降就有可,能造成

8、生产状况异常或者质量破坏。因此一方面我们必须做好防范措施，另一方,面必须要做好及时发现问题和及时解决问题的准备，这就迫切需要对供电系统能,够实时准确的监控，出现问题能够及时得到通知并解决，确保出现的问题第一时,间被解决，提高供电的质量。,?,?,在互联网发展的过程中也滋生了大量不稳定的因素，大量垃圾信息、大量网络攻击,应运而生，据赛门铁克公司,2011,年的安全状况调查报告显示，在,2011,年的,12,个月中，,71%,的受访企业受到网络攻击，在遭受攻击的企业中，,92%,的企业因为遭受,到攻击而导致损失，据,Imperva,对,2011,年,6,月,11,月对网络恶意程序的分析中,指出每月

9、被检测的网络应用程序要遭受到,13,万次,38,万次不等的攻击，最高时，,每小时就会遭受,3,万,8,千次攻击；为了减少因网络攻击而遭受的损失，我们应该,做好网络监控工作，及时发现网络中的垃圾和破坏信息，并且及时做出处理和防范,工作。,而绝大部分监控系统都要能够及时正确的获取大量监控数据，因此对一种可,靠及时的数据采集系统的需求越来越迫切，本研究课题基于这一点设计了一个基于,硬件获取数据的数据采集系统。数据采集系统应用于各种场合，特别是工业控制、,网络监控等，采集系统分为软件和硬件的，软件上的有,winpcap,、,sniffer,等，他,们都采用通用网卡作为硬件基础数据获取来源，优点是成本低

10、，集成了网络协议栈,分析，大都通过将网卡设置成混杂模式，在获取网卡数据之前，数据会通过操作系,统的协议栈处理，再交由采集软件处理，因此采集性能较低。而基于硬件的采集系,统不需要经过操作系统的协议栈处理，可直接获取数据，采集性能较高，通过多路,的采集更能扩展采集速度，但是成本较高。,?,现今大部分基于硬件的采集系统的接受接口都是,RS-644,总线接口，即,LVDS(,低电,压差分信号,),接口，具有低功耗、低误码率和高速的特点，其理论最高传输速率达,到,1.923Gbps,，但是其传输的距离最多几米，如果需要长距离传输数据，就要进行,额外的设计，例如采用高速串行数据自接口自适应电缆均衡器及电缆

11、驱动芯片来扩,展,LVDS,的传输距离；而采用,RJ-45,接口作为采集数据接收端，传输速率有,10Mbps/100Mbps/1000Mbps,，传输距离可超过百米甚至更长，例如,75-7,同轴电缆为,200250,米，而使用光纤的传输距离更能够达到几公里。采集系统传输到,PC,上的,总线技术从早期的以,ISA,总线到现在的,USB,总线和,PCI-E,总线，数据采集卡的采,集速度越来越快，这正是其需求量日益剧增的表现；早期,ISA,总线最大传输速率为,16MB/S,，,USB,总线较灵活，从,USB1.0,的,192KB/S,，,USB2.0,的,60MB/S,到现在的,USB3.0,的,6

12、40MB/S,，在数据传输领域占据了重要的地位，而现在主流的总线技术,是,PCI,和,PCI-E,总线技术，因为,PCI,和,PCI-E,总线速度快，可靠性高，灵活方,便的特性，特别是,PCI-E,总线，,PCI-E X16 2.0,版本的接口可达到,10GB/S,；早期,PCI-E,总线接口是采用专用的接口,?,芯片，成本较高而且开发的灵活性也降低了，而采,FPGA,的,IPCORE,生成,PCI-E,接口开,发成本降低了，灵活性提高了，本采集系统即是采用,FPGA,的,IPCORE,生成的,PCI-E,接口。,现今绝大部分采集系统的数据传输技术都是采用,DMA,方式，而在系统的,DMA,缓

13、存申请方面大部分都是采用操作系统提供的,DMA,缓存申请接口，用这个接口申请,缓存一方面空间大小受到限制，一方面有可能会失败，为了确保,DMA,缓存申请成功,大部分开发人员都采用较小量,DMA,缓存申请，从几十,KB,到几,MB,，将大块数据分,成几次小块,DMA,传输，这样就增加了,DMA,传输次数，就这一点提出了新的见解，设,计了一种海量,DMA,传输的方式，在采集速度达到,600Mbps,的情况下，每秒进行,DMA,传输的次数最多为,2,次，提高了数据传输效率。,研究内容,在,Matlab,或,LABVIEW,环境下应用,NI,数据采集卡实,现实时数据采集,并通过链接动态链接库,在,C-

14、MEX,文件中调用,NI,数据采集卡的驱动函数,成功驱动数据,采集卡获取数据。通过掌握该方法,用,Matlab,或,LABVIEW,控制高性能数据采集卡对电机的运行参数,数据进行采集及处理。,拟解决主要问题,运用数据采集技术，虚拟仪器技,术，构建一个电机测试系统，实现,电机的型式试验和出厂试验等功,能,。,研究步骤,1,查阅课题相关文献；,2,掌握,NI,数据采集卡的使用方法；,3,掌握电机运行规律，电机的相应参数的测试方法；,4,掌握,LABVIEW,和,MATLAB,的使用方法，能够对采集的数据,进行分析；,5,掌握硬件电路工作原理，及数据采集调试程序；,6,系统功能调试。,研究方法,?,

15、先从整体角度构建该系统的设计思想，详细分,析系统的各类数据及其相互关系，给出了系统,的数据流图，并对系统进行了模块划分分析,系统各个模块的具体实现，详细探讨数据的采,集、数据保存技术等实现中的重点难点问题。,系统构建完成后，在,LABVIEW,或,MATLAB,中对,所采集的电机数据进行整合分析。,进度安排,3,月,01,日,3,月,15,日,寻找研究课题，多方筛选，与老师,确定课题名称。分析课题的背景，了解课题的意义和,目的，搜集国内外发展现状，查阅与课题相关的中文,与外文资料。,3,月,16,日,3,月,31,日,对所需资料及相关技术知识进行深,入了解，大概确定总体的设计方向，进行外文翻译

16、，,准备开题报告和开题答辩。,4,月,01,日,4,月,15,日,进行多方面的比较，明确总体的方,案制定，有明确的方向。,4,月,16,日,6,月,01,日,详细的方案设计。,6,月,02,日,6,月,15,日,论文的撰写、打印出装订、进行最,终答辩。,主要参考文献,1,张金美,.,基于虚拟仪器的电机测试系统的研究,D.,江南大学, 2008.,2.,周锋,.,基于虚拟仪器的电机测试系统研究,D.,重庆大学, 2006.,3,夏玉龙,.,基于虚拟仪器的电机测试系统,D.,上海应用技术学院, 2015.,4.,蔺薇薇,.,基于虚拟仪器技术的电机参数测试系统的研究,D.,大庆石油学,院, 2008

17、.,5,谢文强,.,基于虚拟仪器的异步电机性能测试系统的研制,D.,西安科技大学,2012.,6,李海彬,.,基于,USB,总线的电机测试虚拟仪器的研究与实现,D.,河北工业大,学, 2007.,7,刘海浪,张瑞宾, LIUHai-lang,等,.,基于,LabVIEW,的电机转速测试实验系统,设计,J.,装备制造技术, 2014(12):37-38.,8 Baltaci K, Yildiz F. NI LabView data acquisition system design using,hydrogen fuel cellC/ International Conference on Ap

18、plication of,Information and Communication Technologies. IEEE, 2009:1-6.,9 Yu J, Liu C. Design of self-tuning PID controller with fuzzy variable,parameters based,?,on LabViewC/ IEEE International Conference on Information and,Automation. IEEE, 2015:2586-2591.,?,10 Marko Kos, and Iztok Kramberger, Member, IEEE A Wearable Device,and System forMovement and Biometric Data Acquisitionfor Sports,Applications 2017,?,11,王琳,商周,王学伟,.,数据采集系统的发展与应用,J.,电测与仪表, 2004,41(8):4-8.,?,12,李飞,张井岗,.,基,NI,数据采集套件的液位控制系统,J.,工业控制计算机,2011, 24(5):2