【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 滿足以下指標(biāo)時(shí)，可以采用RSE測(cè)量方式：輸入信號(hào)是高電平（一般超過1V）；連線較短（一般小于5m），并且環(huán)境干擾很小或屏蔽良好；所有輸入信號(hào)都與信號(hào)源共地。當(dāng)一項(xiàng)不滿足上述要求時(shí)，就應(yīng)該考慮使用差分測(cè)量方式，所以在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中選用PCI6024E。(4) 模擬信號(hào)的輸入范圍（量程）。指ADC能夠量處理的最大、最小輸入電壓至值。DAQ卡提供了可選擇的輸入范圍，它與分辨率、增益等配合，以獲得最佳的精度。(5) 放大器增益。表示輸入信號(hào)被處理前放大或縮小的倍數(shù)。給信號(hào)設(shè)置一個(gè)增益值，就可以實(shí)際減小信號(hào)的輸入范圍，使模數(shù)轉(zhuǎn)換能盡量地細(xì)分輸入信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)為滿量程的1/10時(shí)，量化誤差相應(yīng)擴(kuò)大到原來的10倍。一般情況下要選擇合適的增益，使得輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍與ADC的電壓范圍相適應(yīng)。當(dāng)信號(hào)的最大電壓乘以增益，超過板卡的最大電壓時(shí)，超出部分將被截?cái)喽x出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。對(duì)于NI公司的采集卡選擇的增益是在LabVIEW中通過設(shè)置信號(hào)的輸入范圍（Input Limits）來實(shí)現(xiàn)的，LabVIEW會(huì)根據(jù)選擇的輸入范圍來自動(dòng)配置增益。(6) 分辨率。分辨率是A/D轉(zhuǎn)換所使用的位數(shù)。分辨率越高，輸入信號(hào)的細(xì)分程度就越高，能夠識(shí)別的信號(hào)變化量就越小。目前就采集卡的分辨率來說，8位采集卡屬于初級(jí)產(chǎn)品，12位采集卡屬中擋產(chǎn)品，16位采集卡則比較高級(jí)，它們可以將模擬輸入電壓分別量化為=256，=4096，=65536。（1）采樣速率。指在單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)模擬信號(hào)的采集次數(shù)，是數(shù)據(jù)采集卡的重要技術(shù)指標(biāo)。由采樣定理，為了使采樣后輸出的離散時(shí)間序列信號(hào)能無失真地復(fù)原輸入信號(hào)，必須使采樣頻率fs至少為輸入信號(hào)最高有效頻率fmax的兩倍，否則會(huì)出現(xiàn)頻率混淆誤差。實(shí)際系統(tǒng)中，為了保證數(shù)據(jù)采樣精度，一般有下列關(guān)系： fs=(7～10)fmaxN （25）式(26)中N為多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道數(shù)。采樣率決定了A/D變換的速率。采樣率高，則在一定時(shí)間內(nèi)采樣點(diǎn)就多，對(duì)信號(hào)的數(shù)字表達(dá)就越精確。采樣率必須保證一定的數(shù)值，如果太低，則精確度就很差。圖28表示了采樣率對(duì)精度的影響。采樣頻率足夠采樣頻率不夠引起波形畸變圖28 采樣率對(duì)精度的影響（2）位數(shù)X。是指A/D轉(zhuǎn)換器輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。當(dāng)輸入電壓由U=0增至滿量程值U=UH時(shí)，如一個(gè)八位（X=8）A/D的數(shù)字輸出由八個(gè)“0”變?yōu)榘藗€(gè)“1”，共計(jì)變化個(gè)狀態(tài)，故A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)最低有效位數(shù)字量的輸出改變量，相應(yīng)的輸入量Umin=1LSB=q=UH/,q為量化值。圖29示出了八位A/D的輸入與輸出的關(guān)系。（a） (b) (c) 圖29 八位A/D的輸入與輸出關(guān)系上圖中:(a)U=0時(shí)的輸出[00000000]；(b)U=時(shí)的滿量程輸出[11111111]；(c)U=q時(shí)1LSB的輸出[00000001]。（3）分辨率與分辨力。指數(shù)據(jù)采集卡可分辨的輸入信號(hào)最小變化量。分辨率一般以A/D轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制位數(shù)或BCD碼位數(shù)表示。分辨力為1LSB（最低有效位數(shù)）。（4）精度。一般用量化誤差表示，量化誤差=LSB/2=q/2。（1）分辨率。指當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化即1LSB時(shí)，所對(duì)應(yīng)輸出模擬量的變化量。通常用D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)b表示；（2）標(biāo)稱滿量程。指相當(dāng)于數(shù)字量標(biāo)稱值的模擬輸出量；（3）響應(yīng)時(shí)間。指數(shù)字量變后，輸出模擬量穩(wěn)定到相應(yīng)數(shù)值范圍內(nèi)（LSB/2）所經(jīng)歷的時(shí)間。以上為數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo)。對(duì)一些功能豐富的數(shù)據(jù)采集卡，還有定時(shí)/計(jì)數(shù)等其它功能，相應(yīng)地還有其它相關(guān)指標(biāo)。鑒于在本課題中未用到這些指標(biāo)，故不予列出。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)采集是LabVIEW的核心技術(shù)之一。LabVIEW提供了與NI公司的數(shù)據(jù)采集硬件相配合的豐富的軟件資源，使得它能夠方便地將顯示世界中各種物理量數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)中，從而為計(jì)算機(jī)在測(cè)量領(lǐng)域發(fā)揮其強(qiáng)大的功能奠定了基礎(chǔ)。要將數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)里，并對(duì)其進(jìn)行合理的組織，需要構(gòu)建一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集（DAQ）系統(tǒng)。它包括：傳感器和變換器、信號(hào)調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集卡（或裝置）、驅(qū)動(dòng)程序、硬件配置管理軟件、應(yīng)用軟件和計(jì)算機(jī)等。常見數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如210所示。傳感器S信號(hào)調(diào)理電路數(shù)據(jù)采集設(shè)備計(jì)算機(jī)硬件配置管理軟件圖210 基本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用不同的傳感器和變換器可以測(cè)量各種不同的物理量，并將他們轉(zhuǎn)化成電信號(hào)；信號(hào)調(diào)理設(shè)備可對(duì)數(shù)據(jù)采集卡等數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，使他們適合數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備的需求；計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡等獲得測(cè)量數(shù)據(jù)；軟件則控制著整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)原始數(shù)據(jù)作分析處理。由圖211( DAQ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖)可以看出，傳感器和變換器種類繁多，它們直接與各種物理量打交道，并將這些物理量轉(zhuǎn)換為DAQ系統(tǒng)可以采集的電信號(hào)。在設(shè)計(jì)自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)前，必須要對(duì)待測(cè)對(duì)象和測(cè)量需求作詳細(xì)分析，正確選擇合適的傳感器和變換器。信號(hào)調(diào)理設(shè)備對(duì)傳感器和變換器送來的信號(hào)采取放大、濾波、隔離等措施，將它們轉(zhuǎn)化成采集設(shè)備易于讀取的信號(hào)。如果實(shí)際中的信號(hào)符合數(shù)據(jù)采集卡等采集設(shè)備的要求，則信號(hào)調(diào)理模塊可以省略。采集設(shè)備將數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中。比較常見的是插入式數(shù)據(jù)采集卡，它可以直接插到臺(tái)式機(jī)的PCI槽上；還有基于PXI規(guī)范的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，它內(nèi)部可以插入多個(gè)數(shù)據(jù)采集卡，相當(dāng)于擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的PCI插槽；另外還有通過各種其他總線與計(jì)算機(jī)相連的外置式DAQ設(shè)備，總線形式包括并口、串口、USB口以及筆記本電腦中常用的PCMCIA口等；很多儀器也可以通過GPIB等總線與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能。圖211 DAQ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中采用的采集卡是NI公司的PCI6024E采集卡（如圖212），具體性能和配置如下：PCI6024E and LowCostmultifunction I/O Board for PCI（200KS/s采樣率）模擬輸入：16路單端，8路差分，12位A/D；最大輸入電壓范圍：177。10V；模擬輸出：2路12位精度，8路數(shù)字I/O線，靜態(tài)模擬和數(shù)字觸發(fā)。圖212 PCI6024EE系列 PCI性能比較如下表21所示： 表21 E系列 PCI性能比較 采用NI板卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集有許多方式，其中最簡(jiǎn)單的方式莫過于直接利用NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集板卡和LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集VI實(shí)現(xiàn)。將數(shù)據(jù)采集卡安裝在計(jì)算機(jī)相應(yīng)的插槽內(nèi)，安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，這一步驟和計(jì)算機(jī)其它硬件沒什么區(qū)別。所不同的是NI公司還提供了一個(gè)專門的數(shù)據(jù)采集卡的配置工具軟件——Measurement amp。 Automation Explorer ,針對(duì)數(shù)據(jù)采集卡，它完成NI公司數(shù)據(jù)采集卡的檢測(cè)、性能測(cè)試、屬性配置和刪除。LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集實(shí)際上包含了模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入/輸出和計(jì)數(shù)器四種信號(hào)的輸入輸出方式。在本次測(cè)試系統(tǒng)中，用的是模擬輸入方式。數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖213:圖213 數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖上圖表示了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在數(shù)據(jù)采集之前，程序?qū)?duì)DAQ板卡初始化，板卡上和內(nèi)存中的Buffer是數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的中間環(huán)節(jié)。然后啟動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)測(cè)量。第三章 LabVIEW環(huán)境簡(jiǎn)介L(zhǎng)abVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Virtural Instrument Engineering Workbench)的簡(jiǎn)稱,是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。LabVIEW是一種虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)軟件，能夠以其直觀簡(jiǎn)單的編程方式、眾多的源代碼級(jí)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、多種多樣的分析和表達(dá)功能支持，為用戶快捷地構(gòu)筑自己在實(shí)際工程中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。 LabVIEW軟件特點(diǎn)LabVIEW是通過圖形符號(hào)來描述程序的行為，它消除了令人煩惱的語法規(guī)則，減輕了用戶編程的負(fù)擔(dān)，可以把效率提高數(shù)十倍，其主要特點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn):① 具有圖形化的編程方式，是真正面向科學(xué)家和工程師的語言；② 提供了大量的虛擬儀器和函數(shù)庫來幫助編程,采用傳統(tǒng)的調(diào)試手段與新穎的高亮顯示，有利于編程人員進(jìn)行調(diào)試；③ 囊括了各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有函數(shù)，方便了那些不懂總線標(biāo)準(zhǔn)的用戶也能夠驅(qū)動(dòng)不同的總線標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備與儀器；④ 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以進(jìn)行網(wǎng)上發(fā)布以及遠(yuǎn)程監(jiān)控儀器；LabVIEW像許多重要的軟件一樣，它提供了Windows、UNLX、Linux、Macintosh的多種版本。 LabVIEW中的操作模板分為工具模板、控件模板和函數(shù)模板，LabVIEW程序的創(chuàng)建主要依靠這三個(gè)模板完成。工具模版提供了用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試程序的基本工具；控件模板中涵蓋了各種Controls（控制量）和Indicators（顯示量），主要用來創(chuàng)建前面板中的對(duì)象，構(gòu)建程序的界面；函數(shù)摸板包含了編寫程序的過程中用到的函數(shù)和VI程序，主要用于構(gòu)建后面板中的對(duì)象?？丶搴秃瘮?shù)模板中的對(duì)象被分門別類地安排在不同的子模版中。一般在啟動(dòng)LabVIEW的時(shí)候，三個(gè)模板會(huì)出現(xiàn)在屏幕上，由于控制模版只對(duì)前面板有效，所以只有在激活前面板的時(shí)候才會(huì)顯示。同樣，只有在激活后面板的時(shí)候才會(huì)顯示函數(shù)模板。如果模板沒有被顯出來，可以通過菜單View/ Tools Palette來顯示函數(shù)模板，通過Windows/Show Control Palette顯示控件模板，通過Windows/Show Function Palette顯示函數(shù)模板。——工具模板工具模板如圖31所示，它提供了用于操作、編輯前面板和流程圖上對(duì)象的各種工具。若想選用某操作工具，只需用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該工具圖標(biāo)即可。工具模板的調(diào)用方法是執(zhí)行“View Tools Palette”操作。圖31 LabVIWE的工具模板工具模板中各種不同的工具的圖標(biāo)及其相應(yīng)的功能如下：：自動(dòng)/手動(dòng)選擇切換。當(dāng)按下自動(dòng)選擇按鈕，鼠標(biāo)經(jīng)過前、后面板的對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選擇工具模板中相應(yīng)的工具，方便用戶操作。當(dāng)用戶選擇手動(dòng)時(shí)，需要手動(dòng)選擇工具模板中的相應(yīng)工具；：操縱工具，用來操縱前面板中的控制器和指示器。當(dāng)用它指向數(shù)值或者字符量時(shí)，它會(huì)自動(dòng)變成標(biāo)簽工具；：位置、尺寸、選擇工具，用來選取對(duì)象，改變對(duì)象的位置和大??；