【正文】 和儀器面板素材庫，近 600 種設備的驅動程序 (可擴充 )如 GPIB 設備控制、 VXI 總線控制、串行口設備控制、以及數據分析、顯示和存儲；并且 LabVIEW 還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設置斷點，調試過程中可以使用數據探針和動態(tài)執(zhí)行程序來觀察數據的傳輸過程，更加便于程序的調試。但并非畫出兩個控件后程序就可以運行，在前面板后還有一個與之對應的流程圖。 7 如果將 VI 與傳統儀器相比較，那么前面板上的控件對應的就是傳統儀器上的按鈕、顯示屏等控件，而流程圖上的連線端子相當于傳統儀器箱內的硬件電路。它是計算機與 外部物理世界連接的橋梁。 假設現在對一個模擬信號 x(t)每隔△ t 時間采樣一次。所有 x(0)， x(△ t)， x(2△ t)都是采樣值。這個數列中僅僅用下標變量編制索引，而不含有任何關于采樣率 (或△ t)的信息。如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。出現的混頻偏差是輸入信號的頻率和最靠近的采樣率整數倍的差的絕 對值。因為被測試對象的信號來源已經是變換好了的電信號，所以傳感器部分在設計中沒有得到具體體現，但是這部分是設計過程中必需要考慮的。信號調理模塊應盡可能靠近信號源或傳感器，使得信號在受到傳輸信號的環(huán)境噪聲影響之前已被放大，使信噪比得到改善。 3）濾波 濾波的 目的是從所測量的信號中除去不需要的成分。 4）激勵 信號調理也能夠為某些傳感器提供所需的激勵信號，比如應變傳感器、熱敏電阻等就需要外界電 10 源或電流激勵信號。 6）數字信號調理 即使傳感器直接輸出數字信號，有時也有必要進行調理，其作用是將傳感器輸出的數字信號進行必要的整形或電平調整。利用 1mA 恒定電流通過 pt100 熱電阻產生相應的電壓再通過低通濾波器濾掉 100hz以上的信號。 任意一個信號是隨時間而改變的物理量。模擬信號則可分為直流、時域、頻域信號。 O nO f ftS t a t e 圖 10 開關信號 第二類數字信號是脈沖信號 (Pulse Train)，如圖 11 所示。常見的直流信號有溫度、流速、壓力、應變等。為了測量一個時域信號，必須有一個精確的時間序列，間隔也要合適，以保證信號的有用部分被采集到。為了實現這樣的數字信號處理，可以使用應用軟件或特殊的 DSP 硬件來迅速而有效地分析信號。測量系統可以分為差分 (Differential)、參考地單端 (RSE)、無參考地單端 (NRSE)三種類型。 2）浮動信號 一個不與任何地 (如大地或建筑物的地 )連接的電壓信號稱為浮動信號，浮動信號的每個端口都與系統地獨立。圖 15 描述了一個 8通道的差分測量系統，用一個放大器通過模擬多路轉換器進行通道間的轉換。共模電壓的范圍關系到一個數據采集卡的性能，可以用不同的方式來消除共模電壓的影響。 +M U XC H 0 +C H 1 +C H 2 +C H 1 5 +A m p l i f i e rV mA I G N D 圖 16 十六通道 RSE 測量系統 3）無參考地單端測量系統 (NRSE) 在 NRSE 測量系統中，信號的一端接模擬輸入通道，另一端接一個公用參考端，但這個參考端電壓相對于測量系統的地來說是不斷變化的。 數據采集卡的主要性能指標 1）采樣頻率 采樣頻率的高低，決定了在一定時間內獲取原始信號信息的多少，為了能夠較好的再現原始信號，不產生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。但是處于成本的考慮，現在普遍流行的是各個數據通道公用一套放大器和 A/D 轉換器。如果增加到十二位，代碼數從 8 增加到 212=4096，這樣就可以獲得就能獲得十分精確的模擬信號數字化表示。電壓取值范圍從 0 到 10V，增益為 50，則理想分辯電壓是：1210 48. 8 V50 * 2V ? μ 16 5） I/O 通道數 該參數表明了數據采集卡所能夠采集的最多的信號路數。將切換進入采集卡的信號放大至需要的量程內。 4） A/D 轉換器。 17 系統軟件設計的相關技術 軟件是虛擬儀器的關鍵。 程序模塊化設計概述 數據采集系統的性能在很大程度上取決于其應用軟件的研究與開發(fā)，所以在明確了系統設計目標之后，應該采用好的程序開發(fā)方法，如結構化設計方法、模塊化思想、多線程以及軟 件系統的評價標準等等。模塊 (Module)實際上反映了數據 (Data)與過程 (Process)的抽象。塊間聯系是指模塊之間的聯系，塊間聯系越小，模塊獨立性越高。 多線程技術 為了實現多通道數據采集的功能，本設計的軟件部分必須實現信號的采集、數據的分析處理、定 時存儲及實時顯示等功能。 Windows 的多線程機制 Windows 是一個多任務操作系統，每個運行的程序對應著一個進程，而在一個進程內又可以有幾個線程。 LabVIEW 把線程管理、線程間的通信等復雜操作封裝了起來，因此用戶可以不用學習復雜的多線程編程就可以編寫多線程程序。但不同的是，采樣工作線程是在循環(huán)往復的工作著，直到退出程序；而數據存儲線程則是在一定的時刻 被喚醒，比如在數據緩沖區(qū)滿、或程序結束等時候，更多的時候，存儲模塊是處于掛起的狀態(tài)。循環(huán)之間的同步即線程之間的同步，這可以由同步技術來實現。 20 19 數據采集程序 數據保存程序 數據保存是把采集來的數據保存到 tdms 文件 里。具體程序見圖 22。 通道參數配置 通道參數配置界面是提供了采集卡的參數配置，主要包括通道的選擇，數據 采集 的時間間隔，采集通道報警值的設定，采樣最大值和最小值設定，采集卡 接地 方式的設置， 增益 設置以及采集啟動與停止開關。非常清楚的表達了采集波形的動態(tài)曲線。 26 圖 25 歷史數據表格顯示界面 報警記錄 報警是實時數據采集系統一個必須的功能，報警 有實時指示，如聲音或光報警。 LIBVIEW是一個具有革命性的圖形化開發(fā)環(huán)境，內置信號采集，測量，分析，數據顯示等功能，優(yōu)化了傳統開發(fā)工具的復雜性，提供了強大功能的同時保證了系統的靈活性，作為測量控制軟件，在很多領域有廣泛的應用， 可以發(fā)現 LABVIEW的開發(fā)產品應用極廣，此論題就是 LABVIEW在測量和控制領域當中的應用的典型，實驗表明虛擬儀器技術的開發(fā)和應用有十分重要的意義 。 29 參 考 文 獻 1. 楊樂平，李海濤等 . LabVIEW 程序設計與應用 [M]，電子工業(yè)出版社， 2020,7:1~4. 2. 楊樂平，李海濤等 . LabVIEW 高級程序設 計 [M]，清華大學出版社， 2020,4:42~50. 3. 陳錫輝，張銀鴻著 . LabVIEW 程序設計從入門到精通 [M]，清華大學出版社， . 4. 秦樹人等 . 虛擬儀器 [M]，北京：中國計量出版社， 2020,3. 5. 余成波，馮麗輝，潘盛輝等編著 . 虛擬儀器技術與設計 [M]，重慶大學出版社， . 6. 劉君華主編 . 基于 LabVIEW 的虛擬儀器設計 [M]，電子工業(yè)出版社， 7. 王海寶主編 . LABVIEW 虛擬儀器程序設計與應用 [M]，西南交通大學出版社， . 8. 王磊，陶梅等編著 . 精通 LabVIEW[M]，電子工業(yè)出版社， .