【文章內(nèi)容簡介】 器(CPU)的數(shù)據(jù)采集卡可以當(dāng)作主機(jī)的下位機(jī)使用，自行控制采樣的進(jìn)行。 (7)是否有標(biāo)定功能 數(shù)據(jù)采集卡使用一段時(shí)間后，器件值會有變化，基準(zhǔn)電壓也可能會改變，零點(diǎn)會漂移。對于高精度的數(shù)據(jù)采集，需要每隔一段時(shí)間進(jìn)行精度標(biāo)定，好的數(shù)據(jù)采集卡具有自我標(biāo)定功能，但價(jià)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(yīng)考慮其更廣泛的兼容性和靈活性，以備在其他測試任務(wù)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(biāo)，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(shè)計(jì)所選數(shù)據(jù)采集卡本設(shè)計(jì)選擇NI公司PCI6221型數(shù)據(jù)采集卡。此卡性能適合本設(shè)計(jì)的采集任務(wù)。它屬于NI公司M系列16位數(shù)采卡產(chǎn)品，具有16個(gè)模擬輸入通道，2個(gè)模擬輸出通道，10個(gè)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(dá)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(jì)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(guān)MUX、測量放大器AMP、數(shù)據(jù)保持器和A/D轉(zhuǎn)換器等，它負(fù)責(zé)將多個(gè)現(xiàn)場模擬信號采樣量化為數(shù)字信號，以便送入計(jì)算機(jī)作進(jìn)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(shí)計(jì)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(gè)主要指標(biāo)：⑴ 采樣率 對于數(shù)據(jù)采集設(shè)備來講,采樣率就是進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的速率，不同的設(shè)備具有不同的采樣率，進(jìn)行測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)測試信號的類型選擇適當(dāng)?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(shí)際測試的系統(tǒng)中，若有多個(gè)被測信號，則每個(gè)信號必須通過獨(dú)立的通道進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡，但是大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集卡是多個(gè)通道共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，這就是多路復(fù)用。在這種情況下，數(shù)據(jù)采集卡性能指標(biāo)給出的最高采樣率，應(yīng)該分配到各個(gè)通道。PCI6221數(shù)據(jù)采集卡有16個(gè)通道，那么每個(gè)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(gè)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(shè)備的精度，用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字位數(shù)來表示。如果把數(shù)據(jù)采集設(shè)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(shè)備模數(shù)轉(zhuǎn)換的位數(shù)越多，把模擬信號劃分的就越細(xì)，可以檢測到的信號變化量也就越小。量程范圍是模數(shù)轉(zhuǎn)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(biāo)給出的分辨率是滿量程時(shí)的參數(shù)。如果實(shí)際上被測信號電壓幅值達(dá)不到滿量程范圍，可以通過設(shè)置使設(shè)備的實(shí)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(shè)備現(xiàn)有的分辨率。在DAQmx信號采集系統(tǒng)中，設(shè)備量程范圍是通過設(shè)置信號極限實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際就是確定每一個(gè)通道被檢測信號的最大值和最小值。準(zhǔn)確的極限設(shè)置可以讓模數(shù)轉(zhuǎn)換器使用更多的分段信號去表示信號。設(shè)置了信號極限就等于設(shè)置了設(shè)備的增益。但是設(shè)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(biāo)還有：① 通道數(shù)：PCI6221有16個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)采集卡或是使用多路復(fù)用板。② 同步采樣：如果要分析多個(gè)被測信號的相位關(guān)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(shí)，數(shù)據(jù)采集設(shè)備應(yīng)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(jìn)行控制或采集數(shù)字信號時(shí)，要求數(shù)據(jù)采集設(shè)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(jì)算機(jī)當(dāng)中NI的各種軟硬件資源的一個(gè)接口。MAX安裝后在計(jì)算機(jī)桌面上自動創(chuàng)建一個(gè)MAX圖標(biāo)。打開MAX的簡便方法是在桌面上雙擊Measurementamp。Automation Explorer圖標(biāo)。在MAX樹型設(shè)置目錄中有兩個(gè)大項(xiàng)，本機(jī)系統(tǒng)My System和遠(yuǎn)程系統(tǒng)Romote System。在本機(jī)系統(tǒng)My System項(xiàng)下可以完成以下的任務(wù)：① 創(chuàng)建新的通道、任務(wù)等；② 查看連接到系統(tǒng)的設(shè)備和儀器；③ 對NI硬件進(jìn)行安裝與設(shè)置；④ 執(zhí)行硬件測試；在遠(yuǎn)程系統(tǒng)Romote System項(xiàng)下可以完成以下任務(wù)：① 查看連接到局域網(wǎng)上的系統(tǒng)和設(shè)備；② 創(chuàng)建新的遠(yuǎn)程系統(tǒng)；③ 設(shè)置遠(yuǎn)程系統(tǒng)IP地址；④ 下載軟件到遠(yuǎn)程系統(tǒng)；⑤ 設(shè)置遠(yuǎn)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(shè)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(fù)極分別接入兩個(gè)通道，所有輸入信號各自有自己的參考點(diǎn)。通常，差分測試系統(tǒng)是一種比較理想的測試系統(tǒng)，因?yàn)樗粌H抑制接地回路感應(yīng)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(gè)公共參考點(diǎn)即儀器放大器的負(fù)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(diǎn)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?yàn)樗休斎胄盘柖家呀?jīng)接地了，所以信號參考點(diǎn)不需要再接地，而是接到模擬輸入?yún)⒖键c(diǎn)。本系統(tǒng)選用的是參考單端測試系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)置與測試數(shù)據(jù)采集設(shè)備安裝后應(yīng)該進(jìn)行測試和必要的設(shè)置。在對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試之前和運(yùn)行中發(fā)生異常時(shí)，需要首先對數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行測試，以排除硬件故障。在MAX中Device and Interfaces項(xiàng)下找到需要設(shè)置或測試的設(shè)備，在設(shè)備名上右擊，進(jìn)行設(shè)備設(shè)置與測試，其中有以下常用選項(xiàng)：① Reset Device——設(shè)備復(fù)位。重新取得設(shè)備訪問權(quán)限。② SelfTest——設(shè)備自測試，彈出一個(gè)對話框，報(bào)告設(shè)備是否通過測試。程序中采集數(shù)據(jù)VI報(bào)告出錯時(shí)應(yīng)首先考慮使用上一項(xiàng)和該項(xiàng)。③ Rename——設(shè)備改名。④ Delete——刪除設(shè)備。⑤ Properties——屬性設(shè)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(dǎo)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(xiàng)卡。選擇通道名Dev1/ao0，即PCI6221的設(shè)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(xiàng)卡。按照圖中所示設(shè)置各個(gè)測試項(xiàng)目。設(shè)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(shè)計(jì)系統(tǒng)，測試完數(shù)據(jù)采集卡后，就將實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆薞0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(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與傳輸。此時(shí)數(shù)據(jù)采集卡中的A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)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(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過虛擬儀器做的界面可以對采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步顯示，同時(shí)還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)計(jì)虛擬儀器技術(shù)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?；陔姕u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(gè)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(shè)計(jì)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(shí)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(jié)果。，檢測結(jié)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(wù)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(jì)算機(jī)內(nèi)并進(jìn)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(gè)VI，在“測量I/O→DAQmx Date Acquisition”函數(shù)子選板頂層。這是一個(gè)多態(tài)VI，它有許多子VI，每個(gè)子VI可以創(chuàng)建一種類型的虛擬通道，并將其加入到一個(gè)數(shù)據(jù)采集任務(wù)中。 圖 DAQmx Creat Channel這個(gè)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(gè)任務(wù)中去。如果這個(gè)參數(shù)不連接，NIDAQmx就創(chuàng)建一個(gè)新任務(wù)，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(shí)創(chuàng)建一個(gè)新任務(wù)，直到程序終止才清除這些任務(wù)，極大地消耗系統(tǒng)資源。因此，在這種情況下，應(yīng)該在任務(wù)執(zhí)行完之后，用DAQmx Clear Task清除任務(wù)。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(shè)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(guān)系到數(shù)據(jù)采集設(shè)備的增益。每個(gè)模擬輸入或輸出通道可以有一對單獨(dú)的極限設(shè)置量，極限設(shè)置量必須在設(shè)備的輸入范圍內(nèi)。如果不給數(shù)據(jù)采集VI輸入極限設(shè)置參數(shù)，或者為上下限參數(shù)輸入0，那么就使用設(shè)備默認(rèn)范圍。本系統(tǒng)設(shè)定的電壓范圍是0V～。l input terminal configuration——輸入端口設(shè)置，設(shè)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(wù)名。⑵ DAQmx Timing ——DAQmx定時(shí)VI。這個(gè)VI在“測量I/O→DAQmx Date Acquisition”函數(shù)子選板頂層，也是一個(gè)多態(tài)VI，它可以設(shè)置采樣數(shù)、采樣率，并在必要時(shí)設(shè)置緩沖區(qū)。本程序選擇了Sample Clock子VI。它可以設(shè)置采樣數(shù)、采樣率，并在必要時(shí)設(shè)置緩沖區(qū)。 DAQmx Timing它的主要參數(shù)有：l rate——設(shè)置每個(gè)通道采樣率。l task/channel in——輸入任務(wù)名或虛擬通道名。如果輸入虛擬通道名，它自動創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)。l source——設(shè)置采樣時(shí)鐘信號源。如果這個(gè)參數(shù)不連就使用采集卡上的時(shí)鐘。l active edge——在時(shí)鐘的上升沿還是下降沿進(jìn)行采樣。l sample mode——采樣模式。設(shè)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(shí)每通道采樣數(shù)量。l task out——VI執(zhí)行完后產(chǎn)生的任務(wù)名。 ⑶　DAQmx Start Task——啟動DAQmx任務(wù)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(dāng)DAQmx Read VI執(zhí)行時(shí)，數(shù)據(jù)采集任務(wù)自動啟動。 DAQmx Start Task此VI主要參數(shù)為：l task/channels in——輸入任務(wù)名或虛擬通道名，如果輸入虛擬通道名，它自動創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)。l task out——VI執(zhí)行完成后產(chǎn)生的任務(wù)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(wù)或通道讀取采集的數(shù)據(jù)。這是一個(gè)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