【文章內(nèi)容簡介】 的實(shí)際的問題要解決。 從用戶的觀點(diǎn)來講，今天的測試領(lǐng)域面臨著三大主要挑戰(zhàn) ? ? 測試成本不斷增加、測試系統(tǒng)越來越龐雜以及對測試投資的保護(hù)要求越來越強(qiáng)烈。 雖然增加產(chǎn)品的電氣程度可以增加其功能與性能，但所增加的功能與性能都需要通過測試來保證其質(zhì)量。因此，隨著產(chǎn)品電氣程度的增加，測試成本也在不斷增大。 隨機(jī)走訪幾家大專院校、科研院所與工廠的實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)車間，就會發(fā)現(xiàn)各種各樣、互不相同的測試系統(tǒng)。這些測試系統(tǒng)往往既不 兼容，又不能共享軟、硬件資源。即使在同一個單位，這種狀況也是屢見不鮮。造成這種狀況的根源在于缺乏統(tǒng)一的測試策略 ? ? 其問題不全出在用戶單位的管理上，而在于傳統(tǒng)儀器無法向用戶提供統(tǒng)一足夠的采樣率下的采樣結(jié)果 過低采樣率下的采樣結(jié)果 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集技術(shù) 7 的測試策略。 在產(chǎn)品的研究、開發(fā)與研制、生產(chǎn)的全過程中，不同階段有不同的測試要求。在研究、開發(fā)階段，技術(shù)責(zé)任單位不僅需要用高性能的測試設(shè)備來檢查其設(shè)計(jì)是否達(dá)到技術(shù)規(guī)格書上的要求，而且還要確定其安全裕量是否足夠。在生產(chǎn)階段對測試系統(tǒng)的主要要求是易于使用和測試快捷。而軍隊(duì)現(xiàn)場使用的測試設(shè)備則要求便攜、堅(jiān)固，并具有快速、準(zhǔn)確的診斷能力。這 勢必使用戶的測試投資難于得到有效的保護(hù)。 面對這些挑戰(zhàn)，用戶最可能的做法是試圖在單位內(nèi)選用標(biāo)準(zhǔn)化硬件平臺 (如VXIbus與統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)平臺 )。硬件的標(biāo)準(zhǔn)化可以部分地降低測試成本，但作用是非常有限的。而使用 VI則可以大大縮短用戶軟件的開發(fā)周期，增加程序的可復(fù)用性，從而降低測試成本。而且，由于 VI是基于模塊化軟件標(biāo)準(zhǔn)的開放系統(tǒng)，用戶可以選擇他認(rèn)為最適合于其應(yīng)用要求的任何測試硬件。例如，你完全可以自己定義最適合于你生產(chǎn)線上用的低成本測試系統(tǒng)，或?yàn)檠芯颗c開發(fā)項(xiàng)目設(shè)計(jì)高性能的測試系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)的軟件或硬件平臺可能是 相同或兼容的。簡言之，采用基于 VI的統(tǒng)一測試策略將有助于你面對當(dāng)今的測試挑戰(zhàn)而在激烈的競爭中處于優(yōu)勢地位。 VI技術(shù) [6]經(jīng)過十余年的發(fā)展，正沿著總線與驅(qū)動程序的標(biāo)準(zhǔn)化、硬 /軟件的模塊化，以及編程平臺的圖形化和硬件模塊的即插即用 (Plugamp。Play)化等方向發(fā)展。現(xiàn)在，VI技術(shù)在發(fā)達(dá)國家的應(yīng)用已非常普及，而我國基本上還處于傳統(tǒng)測試儀器與計(jì)算機(jī)互相分離的狀態(tài)。因此，從引進(jìn)國外先進(jìn)的 VI技術(shù)和產(chǎn)品入手，大力推廣 VI的應(yīng)用，無論對加速發(fā)展我國自己的電子儀器工業(yè)，還是提高我們的測試水平都是有益的。 現(xiàn)今，由數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)技術(shù)所產(chǎn)生出的數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)組成獨(dú)立的監(jiān)測診斷系統(tǒng)，這個系統(tǒng) 將設(shè)備上的震動傳感器及過程傳感器等所獲得的信號作為其輸入，使用各種測量分析技術(shù)和多種顯示方式， 應(yīng)用于對機(jī)器設(shè)備等的定期狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上國內(nèi)技術(shù)與國外相比較在功能多樣性、體積大小和使用的方便程度等上稍微有些差距，但也都達(dá)到了國外的一般水平，并且也開始廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。 未來的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將被更為廣泛的應(yīng)用于這些相關(guān)領(lǐng)域，并且能在以太網(wǎng)上得到更大的發(fā)展，在現(xiàn)場設(shè)備控制層，促進(jìn)信息從傳感層到管理層的集成這些方面都能得以很好的應(yīng) 用。 東華理工大 學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 8 2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 任務(wù)及 要求 本設(shè)計(jì)要求借助 labview 軟件來控制整個 DAQ 系統(tǒng) – 包括采集原始數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、給出結(jié)果等?；?VI 的數(shù)據(jù)采集仿真系統(tǒng)利用虛擬儀器的技術(shù)仿真一個 DAQ系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)要求 至少要兩種環(huán)境數(shù)據(jù)仿真外界模擬信號的變化 ， 用戶能夠自行設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，要求提供 VI 前面板圖及流程框圖。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù) （ 1） 利用開關(guān)、旋紐、隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器、波形產(chǎn)生器等對象端子仿真外界環(huán)境模擬信號的變化，系統(tǒng)能實(shí)時的通過相應(yīng)的端子將變化的信號采集進(jìn)來。 （ 2） 設(shè)計(jì)相應(yīng)的對象端子顯示現(xiàn)場的數(shù)據(jù) 變化。 （ 3） 若現(xiàn)場數(shù)據(jù)超過了設(shè)定的安全值，能發(fā)出報警信號及提示信息。 （ 4） 將采集到的所有數(shù)據(jù)以文件的方式記錄下來 ,以備今后查閱；并能隨時調(diào)用以往的記錄。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 系統(tǒng)要求至少要兩種環(huán)境數(shù)據(jù)仿真外界模擬信號的變化，系統(tǒng)參數(shù)能夠由用戶自行設(shè)定。 本設(shè)計(jì)中模擬容量的采集和電壓的采集來達(dá)到仿真的效果，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù) 將采集的信號 通過 數(shù)值和圖 形 等對象端子 顯示 出來 ， 在將其轉(zhuǎn)為數(shù)組格式把采集的信號存儲到文本文件中，以備隨時調(diào)出查看。 并 在信號采集的過程中要設(shè)計(jì)一個報警系統(tǒng)，當(dāng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)超過設(shè)定的安全值時，系統(tǒng)發(fā) 出報警信號。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 容量采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 3. 容量采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 容量采集系統(tǒng)分析 容量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用 系統(tǒng) 產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)作為 信號源 。由電腦生成 0到 1的隨機(jī)數(shù)，經(jīng)過公式：“隨機(jī)數(shù) *80＋ 15” 的轉(zhuǎn)換 ，轉(zhuǎn)換 成為一定容量范圍內(nèi)隨機(jī)變化的仿真模擬容量 信號，設(shè)置儀器保持最低容量為 15，最高為 95 的容量。 界面上給予用戶 相應(yīng)的容量 數(shù)據(jù) 顯示 ，用戶 還可以 自定義 安全值 。這樣一個簡單的模擬容積信號設(shè)計(jì)完成，接著便是對此模擬信號進(jìn)行采集。將采集的容量值及其變化送到一個液罐界面上顯示出來，并將采集到的數(shù)據(jù)以數(shù)字形式顯示 ，這便 完成了 第一步基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 下面要對此 容量采集 系統(tǒng)的功能進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。容量在一個范圍內(nèi)變化，但 在 實(shí)際運(yùn)用中若容積的容量 過高或過低都 會影響 實(shí)際 工業(yè)操作，造成 壓強(qiáng)等各項(xiàng)因素的變化，根據(jù)本設(shè)計(jì)的原理，能保證最低容量為 15， 所以這里要設(shè)置一個 超限 報警系統(tǒng) ，系統(tǒng) 設(shè) 定 一個 默認(rèn)安全值 ，將模擬信號的大小與 安全值 進(jìn)行比較， 用戶也可根據(jù)另行進(jìn)行設(shè)定安全值， 若高于 安全值 時系統(tǒng)會發(fā)出聲音提示 并 亮起報警燈對用戶進(jìn)行報警提示，提醒用戶進(jìn)行處理。 當(dāng)用戶需要 比較 詳細(xì)的采集信息的時候，例如 我們?nèi)萘坎杉?需要 掌握容量的 最大 值 和最小 值 或 者需要 得到容量的大致水平，要求得所采集 容量的平均值時， 因此僅僅 顯示信號采集的即時數(shù)據(jù)是不能滿足需要的。這里就需要使用濾波技術(shù)，判斷出采集過程中數(shù)據(jù)的最大和最小值，并求出其平均值 ，并 將這些數(shù)值顯示 在 界面上方便用戶察看。 為了方便用戶隨時調(diào)用查看 這些數(shù)據(jù) ， 需要 將采集到的數(shù)據(jù)保存到文本中 ，這就要對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行存檔保留。 使 用戶可以根據(jù)自己需要 隨時調(diào)出文本 ， 對 采集信號的數(shù)據(jù) 進(jìn)行查閱 。 前面板的設(shè)計(jì) 前面板 分別由輸入控制和輸出顯示構(gòu)成 ?？刂剖怯脩糨斎霐?shù)據(jù)到程序內(nèi)的接口，顯示是輸出程序所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)接口?？刂坪惋@ 示的種類有 很 多，可以在控制模板中的各子模板中選擇。當(dāng)用操作工具點(diǎn)擊選擇了控制部件后則可以將模板放在前面板上。 數(shù)值顯示模塊 數(shù)值模板包括了對數(shù)值的控制以及顯示， 將 鼠標(biāo)放置于其標(biāo)志上的時候此模板會東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 容量采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 展開出更多的子模塊供用戶的需要選擇， 如圖示： 圖 31 這里 我們需要 一些 數(shù)值 輸入 、 顯示模板 和數(shù)組模塊 ， 如圖示： 圖 32 在這些顯示控件中用戶我們可以直接在安全值顯示框內(nèi)輸入數(shù)據(jù)，也可以使用顯示框左邊的上下箭頭點(diǎn)擊來對數(shù)據(jù)進(jìn)行微量調(diào)整。其他的四個顯示框，分別用來顯示數(shù)據(jù)采集過程中所采集到的容量的 最大值和最小值以及每一次采集到的容量值，采集完后計(jì)算得出采集過程的平均容量，并顯示出來。 為了使得系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)更直觀的體現(xiàn)出來，就需要設(shè)計(jì)一個數(shù)據(jù)圖形顯示模東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 容量采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 塊，這里選用數(shù)值模板中那個液罐圖形顯示的子模板，如圖所示： 圖 32 用戶可以在 前面板的 容積表上看出容量變化的幅度，了解容量的 當(dāng)前 變化情況 。 報警模塊 布爾值子模板 Boolean 包含了對邏輯數(shù)值的控制和顯示。 如圖示： 圖 34 當(dāng)采集數(shù)據(jù)超過規(guī)定的安全值時，需要報警，這就要設(shè)計(jì)報警指示燈。在布爾模板下選擇一個圓形指示燈， 在 屬性任務(wù) 欄 把亮滅 顏色改成 深 紅色 和淺紅色 ，達(dá)到報警的警示效果。 此系統(tǒng)中 對 采集到的數(shù)據(jù)和用戶設(shè)定的安全值的 比較結(jié)果進(jìn)行邏輯判斷，若為真，即大于安全 值 ，報警指示燈會亮起；若判斷結(jié)果為假，報警燈熄滅或者不亮。 如圖所示： 圖 35 系統(tǒng)控制 模塊 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束時 需要一個控制開關(guān)來控制采集程序的 停止 。就在布爾子模板下選擇一個開關(guān)控制 ，并適當(dāng)調(diào)整大小 。 如圖示： 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 容量采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 36 以上就是 前面板的圖形界面 的各個模塊。 程序框圖的設(shè)計(jì) 框圖程序是由節(jié)點(diǎn)、端點(diǎn)、圖框和連線四個元素構(gòu)成。用選擇和連線工具可以將節(jié)點(diǎn) 、端點(diǎn)之間互相連線。鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn)或端點(diǎn)，在彈出菜單中選擇“ Create Constant ”“ Create Control”或“ Create Indicator”等命令，在被創(chuàng)建的端點(diǎn)與所點(diǎn)擊對象間會自動進(jìn)行連線。 模擬信號產(chǎn)生模塊 數(shù)值運(yùn)算子模板 Numeric 和比較子模板 Comparison 是進(jìn)行數(shù)值的運(yùn)算包括多種函數(shù)的運(yùn)算和數(shù)值比較的重要的模板。 要讓 系統(tǒng) 產(chǎn)生一個一定范圍內(nèi)變化的模擬信號首先需要一個隨機(jī)數(shù)，在 數(shù)值子模板中選擇隨機(jī)數(shù) (01)模塊，此模塊會隨機(jī)產(chǎn)生 0到 1 之間的任意數(shù)。接下 來需要利用“ 隨機(jī)數(shù) *80＋ 15”這個公式對數(shù)值變化范圍進(jìn)行 控制 ，這樣就模擬出了一個 容量仿真信號，其程序框圖如下： 圖 37 此流程圖中顯示出系統(tǒng)產(chǎn)生的信號最低值為 15，最高值為 95， 即設(shè)定容量的最大和最小值不會超出此范圍，顯示出 系統(tǒng)容量 安全 控制 。 根據(jù)此流程所產(chǎn)生的信號要送達(dá)到前面板中顯示出來，只需要將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流與容量計(jì)模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊在程序框圖中的對象端點(diǎn)相連接就可以實(shí)現(xiàn)了。 因?yàn)閿?shù)據(jù)都設(shè)置為雙精度，所以 數(shù)據(jù)流的連線顏色 均 顯示為黃色。 顯示流程 如圖所示： 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 容量采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 圖 38 報警系統(tǒng)模塊 系統(tǒng) 的自動報警是根據(jù)一個比較判斷而發(fā)生的。 將采集的數(shù)據(jù)和設(shè)定的安全值進(jìn)行比較判斷， 判斷結(jié)果為真則報警指示燈開啟，若為假則指示燈關(guān)閉。 此系統(tǒng)中為了提示用戶另外還 附加設(shè)計(jì)一個聲音報警。判斷條件 需要 在結(jié)構(gòu)子模板 Structures 中選擇條件結(jié)構(gòu) Case Structure，創(chuàng)建一個結(jié)構(gòu)框，然后在圖形聲音子模板 Graphics amp。 Sound 中選擇蜂鳴器發(fā)音放置于 Case 結(jié)構(gòu)的 TRUE 中，若判斷為真，就會發(fā)出聲音。判斷的布爾類型數(shù)據(jù)連線為綠色。如圖所示： 圖 39 緩沖 模塊 為了不讓機(jī)器運(yùn)作太頻繁，可 以使用 Timing 子模板中的 Wait Until Next ms Multiple 模塊對每次采集的時間間隔進(jìn)行設(shè)置，時間單位為 ms。如圖 ： 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 容量采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 圖 310 這樣一個帶有報警功能的采集系統(tǒng)的基本體系就完成了，在前面的 這些 過程外加一個 for 循環(huán)結(jié)構(gòu) For Structure，設(shè)置循環(huán)次數(shù)為 20次，即采集 20 次 數(shù)據(jù) 。 完成以上設(shè)計(jì)后就 需要對采集到的信號進(jìn)行處理 了 。 數(shù)組及濾波模塊 數(shù)組是相同數(shù)據(jù)類型的集合，這些數(shù)據(jù)類型可以是數(shù)組型，布爾型，字符串型等。數(shù)組子模板 Array 是對數(shù)組進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換的模板， 在數(shù)組模板中選擇數(shù)組最大值與最小值模塊獲取采集到信號的最大值和最小值，并分別輸出到前面板中顯示最 大值 和最小值 的模塊在程序框圖中的對象端點(diǎn)，這樣最大值和最小值就會在前面板中分別對應(yīng)顯示出來。 概率統(tǒng)計(jì)子模板 Probability amp。 Statistics 是對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理包括濾波之類處理的模塊。 在概率與統(tǒng)計(jì)模板中選擇均值模塊對一