【正文】 。傳輸介質(zhì)組成的通信網(wǎng)絡(luò)主要完成數(shù)據(jù)的通信與采集，這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的主體，是完成測(cè)控任務(wù)的主力。本設(shè)計(jì)采用USB5935數(shù)據(jù)采集卡，運(yùn)用虛擬儀器及其相關(guān)技術(shù)于溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。20世紀(jì)70年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)、微電子等技術(shù)迅猛發(fā)展，在其推動(dòng)下，測(cè)控儀器與技術(shù)不斷進(jìn)步，相繼誕生了智能儀器、PC儀器、VXI儀器、虛擬儀器及互換性虛擬儀器等微機(jī)化儀器及其自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化儀器設(shè)備間的界限日漸模糊，測(cè)控領(lǐng)域和范圍不斷拓寬[1]。這種靈活性在由供應(yīng)商定義，功能固定，獨(dú)立的傳統(tǒng)儀器上是很難達(dá)到的。該技術(shù)把儀器分為計(jì)算機(jī)、儀器硬件和應(yīng)用軟件三部分。圖1虛擬儀器開(kāi)發(fā)框圖虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可由用戶(hù)定義自己的專(zhuān)用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構(gòu)建，所以應(yīng)用面極為廣泛。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能，虛擬儀器主要是指這種方式[9]。可根據(jù)實(shí)際情況采用不同的I/O接口硬件設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡/板(DAQ)、GPIB總線儀器、VXI總線儀器、串口儀器、USB等。對(duì)我國(guó)大多數(shù)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，它具有很高的性能價(jià)格比，是一種特別適合我國(guó)國(guó)情的虛擬儀器方案。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/PI、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)，是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。1）前面板：前面板是圖形用戶(hù)界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶(hù)輸入和顯示輸出兩類(lèi)對(duì)象，具體表現(xiàn)有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)概論在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。t＝0，△t，2△t，3△t……等等，x(t)的數(shù)值就被稱(chēng)為采樣值。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號(hào)而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。 采集系統(tǒng)的一般組成 傳感器傳感器部分是跟外界溝通的門(mén)戶(hù)，負(fù)責(zé)把外界的各種物理信息，如光、壓力、溫度、聲音等物理信號(hào)變成電信號(hào)。如果數(shù)據(jù)采集卡的地與信號(hào)地之間有電位差，而又不進(jìn)行隔離，那么就有可能形成接地回路，引起誤差。目前，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也可以利用軟件來(lái)解決這一問(wèn)題。任意一個(gè)信號(hào)是隨時(shí)間而改變的物理量。圖10 開(kāi)關(guān)信號(hào)第二類(lèi)數(shù)字信號(hào)是脈沖信號(hào)(Pulse Train)，如圖11所示。為了測(cè)量一個(gè)時(shí)域信號(hào)，必須有一個(gè)精確的時(shí)間序列，間隔也要合適，以保證信號(hào)的有用部分被采集到。測(cè)量系統(tǒng)可以分為差分(Differential)、參考地單端(RSE)、無(wú)參考地單端(NRSE)三種類(lèi)型。圖15描述了一個(gè)8通道的差分測(cè)量系統(tǒng)，用一個(gè)放大器通過(guò)模擬多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通道間的轉(zhuǎn)換。圖16十六通道RSE測(cè)量系統(tǒng)3）無(wú)參考地單端測(cè)量系統(tǒng)(NRSE)在NRSE測(cè)量系統(tǒng)中，信號(hào)的一端接模擬輸入通道，另一端接一個(gè)公用參考端，但這個(gè)參考端電壓相對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的地來(lái)說(shuō)是不斷變化的。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行的是各個(gè)數(shù)據(jù)通道公用一套放大器和A/D轉(zhuǎn)換器。電壓取值范圍從0到10V，增益為50，則理想分辯電壓是：5）I/O通道數(shù)該參數(shù)表明了數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號(hào)路數(shù)。4）A/D轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于其應(yīng)用軟件的研究與開(kāi)發(fā)，所以在明確了系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)之后，應(yīng)該采用好的程序開(kāi)發(fā)方法，如結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法、模塊化思想、多線程以及軟件系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等等。塊間聯(lián)系是指模塊之間的聯(lián)系，塊間聯(lián)系越小，模塊獨(dú)立性越高。 Windows的多線程機(jī)制Windows是一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)，每個(gè)運(yùn)行的程序?qū)?yīng)著一個(gè)進(jìn)程，而在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)又可以有幾個(gè)線程。但不同的是，采樣工作線程是在循環(huán)往復(fù)的工作著，直到退出程序；而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)線程則是在一定的時(shí)刻被喚醒，比如在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿(mǎn)、或程序結(jié)束等時(shí)候，更多的時(shí)候，存儲(chǔ)模塊是處于掛起的狀態(tài)。19數(shù)據(jù)采集程序 數(shù)據(jù)保存程序數(shù)據(jù)保存是把采集來(lái)的數(shù)據(jù)保存到tdms文件里。 通道參數(shù)配置通道參數(shù)配置界面是提供了采集卡的參數(shù)配置，主要包括通道的選擇，數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔，采集通道報(bào)警值的設(shè)定，采樣最大值和最小值設(shè)定，采集卡接地方式的設(shè)置，增益設(shè)置以及采集啟動(dòng)與停止開(kāi)關(guān)。圖25 歷史數(shù)據(jù)表格顯示界面 報(bào)警記錄報(bào)警是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一個(gè)必須的功能，報(bào)警有實(shí)時(shí)指示，如聲音或光報(bào)警。參 考 文 獻(xiàn)1. 楊樂(lè)平，李海濤等. LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]，電子工業(yè)出版社，2001,7:1~4.2. 楊樂(lè)平，李海濤等. LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)[M]，清華大學(xué)出版社，2003,4:42~50.3. 陳錫輝，張銀鴻著. LabVIEW程序設(shè)計(jì)從入門(mén)到精通[M]，清華大學(xué)出版社，.4. 秦樹(shù)人等. 虛擬儀器[M]，北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2004,3.5. 余成波，馮麗輝，潘盛輝等編著. 虛擬儀器技術(shù)與設(shè)計(jì)[M]，重慶大學(xué)出版社，.6. 劉君華主編. 基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)[M]，電子工業(yè)出版社，7. 王海寶主編. LABVIEW虛擬儀器程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]，西南交通大學(xué)出版社，.8. 王磊，陶梅等編著. 精通LabVIEW[M]，電子工業(yè)出版社，.。具體界面見(jiàn)圖26報(bào)警記錄界面。圖23 通道參數(shù)配置界面 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示LabVIEW提供了非常豐富的圖形界面來(lái)進(jìn)行前面板的設(shè)計(jì)，波形圖表能非常清晰的實(shí)時(shí)顯示采集波形。圖20采集數(shù)據(jù)保存程序 歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)程序圖21歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)程序歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)，因?yàn)橐呀?jīng)把采集的數(shù)據(jù)保存在tdms文件里了，所以歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)只需要從文件里檢索出來(lái)就行了，該程序能夠顯示歷史數(shù)據(jù)表格和對(duì)應(yīng)的波形圖，此外還有把tdms文件轉(zhuǎn)換成文本文件的功能。通過(guò)采用多線程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性要求高的數(shù)據(jù)采集與程序其它功能(如數(shù)據(jù)顯示、讀取、存儲(chǔ)等)在時(shí)間上的相互獨(dú)立，避免它們?cè)跁r(shí)間上可能產(chǎn)生的沖突，提高了數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性[14]。在同一進(jìn)程內(nèi)的不同線程都在自己的時(shí)間片內(nèi)執(zhí)行，避免了相互在時(shí)間上可能的沖突。一個(gè)模塊的塊內(nèi)聯(lián)系大，模塊獨(dú)立性會(huì)提高。好的軟件結(jié)構(gòu)應(yīng)體現(xiàn)自頂向下的控制方式，模塊之間的控制表現(xiàn)為統(tǒng)帥和從屬的關(guān)系。目前，通常將采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器集成在同一塊芯片上。將各路信號(hào)輪流切換至放大器的輸入端，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)多路信號(hào)的分時(shí)采集。例如，三位的A/D轉(zhuǎn)換把模擬電壓范圍分成23=8段，每段用二進(jìn)制代碼在000到111之間表示。圖 17 十六通道NRSE測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集板卡的性能與眾多因素相關(guān)