【文章內容簡介】 滿足以下指標時，可以采用RSE測量方式：輸入信號是高電平（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；所有輸入信號都與信號源共地。當一項不滿足上述要求時，就應該考慮使用差分測量方式，所以在本畢業(yè)設計中選用PCI6024E。(4) 模擬信號的輸入范圍（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。表示輸入信號被處理前放大或縮小的倍數。給信號設置一個增益值，就可以實際減小信號的輸入范圍，使模數轉換能盡量地細分輸入信號。當輸入信號為滿量程的1/10時，量化誤差相應擴大到原來的10倍。一般情況下要選擇合適的增益，使得輸入信號的動態(tài)范圍與ADC的電壓范圍相適應。當信號的最大電壓乘以增益，超過板卡的最大電壓時，超出部分將被截斷而讀出錯誤的數據。對于NI公司的采集卡選擇的增益是在LabVIEW中通過設置信號的輸入范圍（Input Limits）來實現的，LabVIEW會根據選擇的輸入范圍來自動配置增益。(6) 分辨率。分辨率是A/D轉換所使用的位數。分辨率越高，輸入信號的細分程度就越高，能夠識別的信號變化量就越小。目前就采集卡的分辨率來說，8位采集卡屬于初級產品，12位采集卡屬中擋產品，16位采集卡則比較高級，它們可以將模擬輸入電壓分別量化為=256，=4096，=65536。（1）采樣速率。指在單位時間內數據采集卡對模擬信號的采集次數，是數據采集卡的重要技術指標。由采樣定理，為了使采樣后輸出的離散時間序列信號能無失真地復原輸入信號，必須使采樣頻率fs至少為輸入信號最高有效頻率fmax的兩倍，否則會出現頻率混淆誤差。實際系統中，為了保證數據采樣精度，一般有下列關系： fs=(7～10)fmaxN （25）式(26)中N為多通道數據采集系統的通道數。采樣率決定了A/D變換的速率。采樣率高，則在一定時間內采樣點就多，對信號的數字表達就越精確。采樣率必須保證一定的數值，如果太低，則精確度就很差。圖28表示了采樣率對精度的影響。采樣頻率足夠采樣頻率不夠引起波形畸變圖28 采樣率對精度的影響（2）位數X。是指A/D轉換器輸出二進制數的位數。當輸入電壓由U=0增至滿量程值U=UH時，如一個八位（X=8）A/D的數字輸出由八個“0”變?yōu)榘藗€“1”，共計變化個狀態(tài)，故A/D轉換器產生一個最低有效位數字量的輸出改變量，相應的輸入量Umin=1LSB=q=UH/,q為量化值。圖29示出了八位A/D的輸入與輸出的關系。（a） (b) (c) 圖29 八位A/D的輸入與輸出關系上圖中:(a)U=0時的輸出[00000000]；(b)U=時的滿量程輸出[11111111]；(c)U=q時1LSB的輸出[00000001]。（3）分辨率與分辨力。指數據采集卡可分辨的輸入信號最小變化量。分辨率一般以A/D轉換器輸出的二進制位數或BCD碼位數表示。分辨力為1LSB（最低有效位數）。（4）精度。一般用量化誤差表示，量化誤差=LSB/2=q/2。（1）分辨率。指當輸入數字發(fā)生單位數碼變化即1LSB時，所對應輸出模擬量的變化量。通常用D/A轉換器的轉換位數b表示；（2）標稱滿量程。指相當于數字量標稱值的模擬輸出量；（3）響應時間。指數字量變后，輸出模擬量穩(wěn)定到相應數值范圍內（LSB/2）所經歷的時間。以上為數據采集卡的主要性能指標。對一些功能豐富的數據采集卡，還有定時/計數等其它功能，相應地還有其它相關指標。鑒于在本課題中未用到這些指標，故不予列出。 數據采集系統的構成數據采集是LabVIEW的核心技術之一。LabVIEW提供了與NI公司的數據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據采集到計算機中，從而為計算機在測量領域發(fā)揮其強大的功能奠定了基礎。要將數據采集到計算機里，并對其進行合理的組織，需要構建一個完整的數據采集（DAQ）系統。它包括：傳感器和變換器、信號調理設備、數據采集卡（或裝置）、驅動程序、硬件配置管理軟件、應用軟件和計算機等。常見數據采集系統如210所示。傳感器S信號調理電路數據采集設備計算機硬件配置管理軟件圖210 基本數據采集系統使用不同的傳感器和變換器可以測量各種不同的物理量，并將他們轉化成電信號；信號調理設備可對數據采集卡等數據進行加工，使他們適合數據采集卡等設備的需求；計算機通過數據采集卡等獲得測量數據；軟件則控制著整個測量系統，對原始數據作分析處理。由圖211( DAQ系統結構圖)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，并將這些物理量轉換為DAQ系統可以采集的電信號。在設計自動化測量系統前，必須要對待測對象和測量需求作詳細分析，正確選擇合適的傳感器和變換器。信號調理設備對傳感器和變換器送來的信號采取放大、濾波、隔離等措施，將它們轉化成采集設備易于讀取的信號。如果實際中的信號符合數據采集卡等采集設備的要求，則信號調理模塊可以省略。采集設備將數據送到計算機中。比較常見的是插入式數據采集卡，它可以直接插到臺式機的PCI槽上；還有基于PXI規(guī)范的數據采集設備，它內部可以插入多個數據采集卡，相當于擴展了計算機的PCI插槽；另外還有通過各種其他總線與計算機相連的外置式DAQ設備，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等總線與計算機相連，實現數據采集的功能。圖211 DAQ系統結構圖本次畢業(yè)設計中采用的采集卡是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路數字I/O線，靜態(tài)模擬和數字觸發(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板卡實現數據采集利用LabVIEW實現數據采集有許多方式，其中最簡單的方式莫過于直接利用NI公司生產的數據采集板卡和LabVIEW中的數據采集VI實現。將數據采集卡安裝在計算機相應的插槽內，安裝相應的驅動程序，這一步驟和計算機其它硬件沒什么區(qū)別。所不同的是NI公司還提供了一個專門的數據采集卡的配置工具軟件——Measurement amp。 Automation Explorer ,針對數據采集卡，它完成NI公司數據采集卡的檢測、性能測試、屬性配置和刪除。LabVIEW中的數據采集實際上包含了模擬輸入、模擬輸出、數字輸入/輸出和計數器四種信號的輸入輸出方式。在本次測試系統中，用的是模擬輸入方式。數據測量系統結構如圖213:圖213 數據采集結構圖上圖表示了數據采集系統的結構。在數據采集之前，程序將對DAQ板卡初始化，板卡上和內存中的Buffer是數據采集存儲的中間環(huán)節(jié)。然后啟動測量系統進行信號測量。第三章 LabVIEW環(huán)境簡介LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Virtural Instrument Engineering Workbench)的簡稱,是目前應用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。LabVIEW是一種虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，能夠以其直觀簡單的編程方式、眾多的源代碼級的設備驅動程序、多種多樣的分析和表達功能支持，為用戶快捷地構筑自己在實際工程中所需要的儀器系統創(chuàng)造了基礎條件。 LabVIEW軟件特點LabVIEW是通過圖形符號來描述程序的行為，它消除了令人煩惱的語法規(guī)則，減輕了用戶編程的負擔，可以把效率提高數十倍，其主要特點可歸納為以下幾點:① 具有圖形化的編程方式，是真正面向科學家和工程師的語言；② 提供了大量的虛擬儀器和函數庫來幫助編程,采用傳統的調試手段與新穎的高亮顯示，有利于編程人員進行調試；③ 囊括了各種儀器通信總線標準的所有函數，方便了那些不懂總線標準的用戶也能夠驅動不同的總線標準接口設備與儀器；④ 強大的網絡功能，支持常用的網絡協議，可以進行網上發(fā)布以及遠程監(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、控件模板和函數模板，LabVIEW程序的創(chuàng)建主要依靠這三個模板完成。工具模版提供了用于創(chuàng)建、修改和調試程序的基本工具；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)建前面板中的對象，構建程序的界面；函數摸板包含了編寫程序的過程中用到的函數和VI程序，主要用于構建后面板中的對象。控件摸板和函數模板中的對象被分門別類地安排在不同的子模版中。一般在啟動LabVIEW的時候，三個模板會出現在屏幕上，由于控制模版只對前面板有效，所以只有在激活前面板的時候才會顯示。同樣，只有在激活后面板的時候才會顯示函數模板。如果模板沒有被顯出來，可以通過菜單View/ Tools Palette來顯示函數模板，通過Windows/Show Control Palette顯示控件模板，通過Windows/Show Function Palette顯示函數模板。——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象的各種工具。若想選用某操作工具，只需用鼠標點擊該工具圖標即可。工具模板的調用方法是執(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及其相應的功能如下：：自動/手動選擇切換。當按下自動選擇按鈕，鼠標經過前、后面板的對象時，系統會自動選擇工具模板中相應的工具，方便用戶操作。當用戶選擇手動時，需要手動選擇工具模板中的相應工具；：操縱工具，用來操縱前面板中的控制器和指示器。當用它指向數值或者字符量時，它會自動變成標簽工具；：位置、尺寸、選擇工具，用來選取對象，改變對象的位置和大小；