【文章內(nèi)容簡介】 器(CPU)的數(shù)據(jù)采集卡可以當作主機的下位機使用，自行控制采樣的進行。 (7)是否有標定功能 數(shù)據(jù)采集卡使用一段時間后，器件值會有變化，基準電壓也可能會改變，零點會漂移。對于高精度的數(shù)據(jù)采集，需要每隔一段時間進行精度標定，好的數(shù)據(jù)采集卡具有自我標定功能，但價格高很多。 (8)支持的軟件驅(qū)動程序及軟件平臺 和數(shù)據(jù)采集卡的硬件接口類似，買來的數(shù)據(jù)采集板卡能在什么軟件環(huán)境中使用，使用起來是否還需要自己編制驅(qū)動程序，這也是選擇一款數(shù)據(jù)采集卡很重要的因素。選擇數(shù)據(jù)采集卡的軟件除了和現(xiàn)有的測試系統(tǒng)兼容以外，還應考慮其更廣泛的兼容性和靈活性，以備在其他測試任務和系統(tǒng)中也能使用。 另外，數(shù)據(jù)采集卡的選擇還有一些常用的指標，如輸入電壓的最大范圍、輸入增益的種類、是否有模擬輸出、輸入觸發(fā)的類型等。 設計所選數(shù)據(jù)采集卡本設計選擇NI公司PCI6221型數(shù)據(jù)采集卡。此卡性能適合本設計的采集任務。它屬于NI公司M系列16位數(shù)采卡產(chǎn)品，具有16個模擬輸入通道，2個模擬輸出通道，10個數(shù)字輸出通道，具有從2Hz～1MHz范圍的數(shù)字I/O功能，最大工作速率達到250Ks/s，輸入輸出電壓范圍10V～+10V,此外還有37針數(shù)據(jù)接入端子，32位的計數(shù)器和數(shù)字觸發(fā)。數(shù)據(jù)采集板也稱DAQ（Date Acquisition）,由數(shù)據(jù)采集器、存儲單元和控制邏輯等部分組成。其中，數(shù)據(jù)采集器包括多路開關MUX、測量放大器AMP、數(shù)據(jù)保持器和A/D轉換器等，它負責將多個現(xiàn)場模擬信號采樣量化為數(shù)字信號，以便送入計算機作進一步分析處理；存儲單元包括存儲器和數(shù)據(jù)緩沖器；I/O及控制邏輯用于I/O編碼、定時計數(shù)、通信及產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸方式控制信號等。數(shù)據(jù)采集卡有兩個主要指標：⑴ 采樣率 對于數(shù)據(jù)采集設備來講,采樣率就是進行A/D轉換的速率，不同的設備具有不同的采樣率，進行測試系統(tǒng)設計時應該根據(jù)測試信號的類型選擇適當?shù)牟蓸勇?，盲目提高采樣率，會增加測試系統(tǒng)的成本。本系統(tǒng)采用的是NI公司的PCI6221數(shù)據(jù)采集卡。它的采樣率為250kS/s，即每秒采樣250K。在實際測試的系統(tǒng)中，若有多個被測信號，則每個信號必須通過獨立的通道進入數(shù)據(jù)采集卡，但是大部分數(shù)據(jù)采集卡是多個通道共用一個A/D轉換器，這就是多路復用。在這種情況下，數(shù)據(jù)采集卡性能指標給出的最高采樣率，應該分配到各個通道。PCI6221數(shù)據(jù)采集卡有16個通道，那么每個通道的最高采樣率為（最高采樣率/通道數(shù)）。本系統(tǒng)僅用到了一個通道，所以最高采樣率為250kS/s。⑵ 分辨率分辨率涉及到數(shù)據(jù)采集設備的精度，用模數(shù)轉換器的數(shù)字位數(shù)來表示。如果把數(shù)據(jù)采集設備的分辨率看作尺子上的刻度，同樣長度的尺子上刻線越多，測量就越精確；同樣的，數(shù)據(jù)采集設備模數(shù)轉換的位數(shù)越多，把模擬信號劃分的就越細，可以檢測到的信號變化量也就越小。量程范圍是模數(shù)轉換器可以數(shù)字化的最大和最小模擬信號的電壓值。數(shù)據(jù)采集卡性能指標給出的分辨率是滿量程時的參數(shù)。如果實際上被測信號電壓幅值達不到滿量程范圍，可以通過設置使設備的實際量程范圍與信號的電壓范圍相匹配，這樣就充分利用了設備現(xiàn)有的分辨率。在DAQmx信號采集系統(tǒng)中，設備量程范圍是通過設置信號極限實現(xiàn)的，實際就是確定每一個通道被檢測信號的最大值和最小值。準確的極限設置可以讓模數(shù)轉換器使用更多的分段信號去表示信號。設置了信號極限就等于設置了設備的增益。但是設備的增益不是無限的，例如PCI6221數(shù)據(jù)采集卡的最大增益值為50。數(shù)據(jù)采集卡的其他主要指標還有：① 通道數(shù)：PCI6221有16個通道，可以根據(jù)被測試信號的數(shù)量選擇，如果有更多的信號需要測試，可以用多個數(shù)據(jù)采集卡或是使用多路復用板。② 同步采樣：如果要分析多個被測信號的相位關系，則要求有多通道同步采樣的功能。③ 模擬輸出：需要產(chǎn)生模擬信號時，數(shù)據(jù)采集設備應有模擬輸出功能。④ 數(shù)字輸入/輸出：需要對被測試系統(tǒng)進行控制或采集數(shù)字信號時，要求數(shù)據(jù)采集設備有數(shù)字量輸入/輸出功能。⑤ 觸發(fā)：分模擬觸發(fā)和數(shù)字觸發(fā)，即在一定條件下采樣的功能。 測試與自動化資源管理器測試與自動化資源管理器MAX是Measurementamp。Automation Explorer的縮寫，是訪問計算機當中NI的各種軟硬件資源的一個接口。MAX安裝后在計算機桌面上自動創(chuàng)建一個MAX圖標。打開MAX的簡便方法是在桌面上雙擊Measurementamp。Automation Explorer圖標。在MAX樹型設置目錄中有兩個大項，本機系統(tǒng)My System和遠程系統(tǒng)Romote System。在本機系統(tǒng)My System項下可以完成以下的任務：① 創(chuàng)建新的通道、任務等；② 查看連接到系統(tǒng)的設備和儀器；③ 對NI硬件進行安裝與設置；④ 執(zhí)行硬件測試；在遠程系統(tǒng)Romote System項下可以完成以下任務：① 查看連接到局域網(wǎng)上的系統(tǒng)和設備；② 創(chuàng)建新的遠程系統(tǒng)；③ 設置遠程系統(tǒng)IP地址；④ 下載軟件到遠程系統(tǒng)；⑤ 設置遠程系統(tǒng)屬性； 測試信號的連接方式對于大多數(shù)模擬輸入設備，可以有三種不同的信號連接方式：差分DIFF、參考單端RSE和非參考單端NRSE。⑴ 差分測試系統(tǒng)在差分測試系統(tǒng)中，信號的正負極分別接入兩個通道，所有輸入信號各自有自己的參考點。通常，差分測試系統(tǒng)是一種比較理想的測試系統(tǒng)，因為它不僅抑制接地回路感應誤差，而且在一定程度上抑制拾取的環(huán)境噪聲。⑵ 單端測試系統(tǒng)盡管差分測試系統(tǒng)是一種比較理想的選擇，但是單端測試系統(tǒng)可以使用兩倍的測試通道。單端測試系統(tǒng)所有信號都參考一個公共參考點即儀器放大器的負極。單端測試系統(tǒng)分為參考單端測試系統(tǒng)和非參考單端測試系統(tǒng)。參考單端測試系統(tǒng)用于測試浮動信號，它把信號參考點與儀器模擬輸入地連接起來。非參考單端測試系統(tǒng)用于測試接地信號。與參考單端測試系統(tǒng)不同的是因為所有輸入信號都已經(jīng)接地了，所以信號參考點不需要再接地，而是接到模擬輸入?yún)⒖键c。本系統(tǒng)選用的是參考單端測試系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集設備的設置與測試數(shù)據(jù)采集設備安裝后應該進行測試和必要的設置。在對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行調(diào)試之前和運行中發(fā)生異常時，需要首先對數(shù)據(jù)采集設備進行測試，以排除硬件故障。在MAX中Device and Interfaces項下找到需要設置或測試的設備，在設備名上右擊，進行設備設置與測試，其中有以下常用選項：① Reset Device——設備復位。重新取得設備訪問權限。② SelfTest——設備自測試，彈出一個對話框，報告設備是否通過測試。程序中采集數(shù)據(jù)VI報告出錯時應首先考慮使用上一項和該項。③ Rename——設備改名。④ Delete——刪除設備。⑤ Properties——屬性設置 。⑥ Device Pinouts——彈出端口說明文檔，選擇M系列多功能數(shù)據(jù)采集卡，得到PCI6221的端口定義，I/O端口通過68芯電纜引出到NI SCC68接線端子板，所有輸入/輸出信號通過端子板連接,。⑦ Test Panels——。用導線將接線端子板上的22引腳與68引腳相連，在測試面板上選擇Analog Output選項卡。選擇通道名Dev1/ao0，即PCI6221的設備名，使用模擬輸出0通道。單擊Start按鈕，數(shù)據(jù)采集卡0通道將會有正弦信號輸出。測試完后在測試面板上單擊Stop按鈕，停止測試。 DAQmx模擬輸出測試面板選擇Analog Input選項卡。按照圖中所示設置各個測試項目。設置完成后單擊Start按鈕。由于信號線已經(jīng)將數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入與模擬輸出相連，所以測試模擬輸出的正弦信號將會在模擬輸入頁顯示。測試完后在測試面板上單擊Stop按鈕，停止測試。 DAQmx模擬輸入測試面板對于本設計系統(tǒng)，測試完數(shù)據(jù)采集卡后，就將實驗模板輸出端V0與NI SCC68接線端子（通道a0）相連接，模擬板上的接地端與NI SCC接線端子的接地端口相連，可以進行數(shù)據(jù)的采集與傳輸。此時數(shù)據(jù)采集卡中的A/D轉換器將模擬信號轉換成數(shù)字信號，而數(shù)據(jù)采集卡利用LabVIEW軟件編寫的數(shù)據(jù)采集程序?qū)?shù)據(jù)送入計算機，計算機通過虛擬儀器做的界面可以對采集回來的數(shù)據(jù)進行同步顯示，同時還可以對數(shù)據(jù)進行存儲，以便查看歷史記錄。第四章 微位移檢測系統(tǒng)的軟件設計虛擬儀器技術的核心是軟件，宗旨是“軟件即儀器”。 軟件將對檢測系統(tǒng)產(chǎn)生決定性的影響。基于電渦流傳感器的虛擬式微位移測試儀系統(tǒng)程序見附錄A。這個檢測系統(tǒng)程序包括數(shù)據(jù)采集程序和數(shù)據(jù)保存、回放程序兩部分。 前面板的設計LabVIEW程序分為前面板和程序框圖兩部分。程序框圖是程序的源代碼，可以實現(xiàn)儀器的各種功能。前面板是用戶接口，用于向程序中輸入各種控制參數(shù)，并以數(shù)字或圖形等各種形式輸出測試結果。，檢測結果分別用波形圖、數(shù)值顯示。本系統(tǒng)可以讓操作人員在線觀察微位移的變化，并能以表格的形式回放數(shù)據(jù)。，通過輸入查看數(shù)據(jù)指令后，就可以看到采集回來的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要任務是采集數(shù)據(jù)，即把傳感器采集回來的信息通過數(shù)據(jù)采集卡送入到計算機內(nèi)并進行處理和顯示等。 數(shù)據(jù)采集模塊簡介LabVIEW采用的是圖形化的編程方式。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集程序主要用到的模塊及模塊功能介紹如下：⑴ DAQmx Creat Channel——新建虛擬通道VI。這是DAQmx 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用非常普遍的一個VI，在“測量I/O→DAQmx Date Acquisition”函數(shù)子選板頂層。這是一個多態(tài)VI，它有許多子VI，每個子VI可以創(chuàng)建一種類型的虛擬通道，并將其加入到一個數(shù)據(jù)采集任務中。 圖 DAQmx Creat Channel這個VI的主要參數(shù)有：l task in——指定創(chuàng)建的虛擬通道加入到哪一個任務中去。如果這個參數(shù)不連接，NIDAQmx就創(chuàng)建一個新任務，并將創(chuàng)建的虛擬通道加入其中。但是這樣在循環(huán)中NIDAQmx就會在每次循環(huán)時創(chuàng)建一個新任務，直到程序終止才清除這些任務，極大地消耗系統(tǒng)資源。因此，在這種情況下，應該在任務執(zhí)行完之后，用DAQmx Clear Task清除任務。l physical channels——物理通道。在“測量I/O→DAQmx Date Acquisition→DAQmx Contants”函數(shù)子選板中的“DAQmx物理通道”常數(shù)，列出系統(tǒng)中安裝的設備上所有的物理通道名，可以從其中選擇新建虛擬通道使用的物理通道。l maximum value和minimum value——最大值和最小值，指定電壓測量范圍。它關系到數(shù)據(jù)采集設備的增益。每個模擬輸入或輸出通道可以有一對單獨的極限設置量，極限設置量必須在設備的輸入范圍內(nèi)。如果不給數(shù)據(jù)采集VI輸入極限設置參數(shù)，或者為上下限參數(shù)輸入0，那么就使用設備默認范圍。本系統(tǒng)設定的電壓范圍是0V～。l input terminal configuration——輸入端口設置，設置被測信號的連接方式。l units——測量電壓值所用的單位。l task out——VI執(zhí)行完后產(chǎn)生的任務名。⑵ DAQmx Timing ——DAQmx定時VI。這個VI在“測量I/O→DAQmx Date Acquisition”函數(shù)子選板頂層，也是一個多態(tài)VI，它可以設置采樣數(shù)、采樣率，并在必要時設置緩沖區(qū)。本程序選擇了Sample Clock子VI。它可以設置采樣數(shù)、采樣率，并在必要時設置緩沖區(qū)。 DAQmx Timing它的主要參數(shù)有：l rate——設置每個通道采樣率。l task/channel in——輸入任務名或虛擬通道名。如果輸入虛擬通道名，它自動創(chuàng)建一個任務。l source——設置采樣時鐘信號源。如果這個參數(shù)不連就使用采集卡上的時鐘。l active edge——在時鐘的上升沿還是下降沿進行采樣。l sample mode——采樣模式。設置連續(xù)采樣還是采集一定數(shù)量的數(shù)據(jù)。l sample per channel——有限采樣時每通道采樣數(shù)量。l task out——VI執(zhí)行完后產(chǎn)生的任務名。 ⑶　DAQmx Start Task——啟動DAQmx任務VI，在“測量I/O→DAQmx Date Acquisition”函數(shù)子選板頂層。若不使用此子VI，當DAQmx Read VI執(zhí)行時，數(shù)據(jù)采集任務自動啟動。 DAQmx Start Task此VI主要參數(shù)為：l task/channels in——輸入任務名或虛擬通道名，如果輸入虛擬通道名，它自動創(chuàng)建一個任務。l task out——VI執(zhí)行完成后產(chǎn)生的任務名。⑷ DAQmx Read——DAQmx讀數(shù)據(jù)VI在“測量I/O→DAQmx Date Acquisition”函數(shù)子選板頂層。它由指定的任務或通道讀取采集的數(shù)據(jù)。這是一個多態(tài)VI，根據(jù)數(shù)據(jù)采集的類型、讀取數(shù)據(jù)的數(shù)量和要求返