【導(dǎo)讀】理能力實(shí)現(xiàn)儀器的大部分功能，打破了傳統(tǒng)儀器的框架，形成的一種新的儀器模式。本設(shè)計(jì)采用USB5935數(shù)據(jù)采集卡，運(yùn)用虛擬儀器及其相關(guān)技術(shù)于溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。時(shí)采集、采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)與管理、報(bào)警記錄等功能。臺(tái)，然后介紹了數(shù)據(jù)采集的相關(guān)理論，給出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。技術(shù)、國(guó)防現(xiàn)代化的重要條件和明顯標(biāo)志。下，測(cè)控儀器與技術(shù)不斷進(jìn)步，相繼誕生了智能儀器、PC儀器、VXI儀器、虛擬儀器及互換性虛擬儀器等微機(jī)。是在航空航天等國(guó)防科技領(lǐng)域。是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的靈魂，應(yīng)用于測(cè)控領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)稱為監(jiān)控軟件。通信與采集，這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的主體，是完成測(cè)控任務(wù)的主力。本文重點(diǎn)介紹了虛擬儀器的界面，LabVIEW應(yīng)用，并設(shè)計(jì)。虛擬儀器以通用計(jì)算機(jī)和配備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口的測(cè)量?jī)x器（包括GPIB、RS-232等傳統(tǒng)儀器以及新型的VXI模塊。擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示三部分組成。

　　

【正文】 道數(shù)據(jù)采集的功能，本設(shè)計(jì)的軟件部分必須實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)的分析處理、定 時(shí)存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)顯示等功能。在用戶看來，這些任務(wù)是同時(shí)進(jìn)行著的。實(shí)際上，信號(hào)采集、定時(shí)存儲(chǔ)和主控模塊放在不同的線程中，利用 Windows 操作系統(tǒng)的多線程機(jī)制，使得各個(gè)功能模塊能夠有條不紊的運(yùn)行。 本設(shè)計(jì)把用戶命令輸入、信號(hào)動(dòng)態(tài)顯示和歷史數(shù)據(jù)的查詢、分析處理放在主線程中實(shí)現(xiàn)，而把信號(hào)采集和 18 定時(shí)存儲(chǔ)功能分別放到兩個(gè)工作線程中。 Windows 的多線程機(jī)制 Windows 是一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)，每個(gè)運(yùn)行的程序?qū)?yīng)著一個(gè)進(jìn)程，而在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)又可以有幾個(gè)線程。Windows 系統(tǒng)把 CPU 的運(yùn)行分成許多小的時(shí)間片， 按各個(gè)進(jìn)程和進(jìn)程內(nèi)線程的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分配，從而使多個(gè)程序能“同時(shí)”運(yùn)行。在同一進(jìn)程內(nèi)的不同線程都在自己的時(shí)間片內(nèi)執(zhí)行，避免了相互在時(shí)間上可能的沖突。 LabVIEW 與多線程 應(yīng)用多線程技術(shù)，可以使得多個(gè)獨(dú)立的任務(wù)并發(fā)執(zhí)行，從而極大地提高程序的效率。 LabVIEW 把線程管理、線程間的通信等復(fù)雜操作封裝了起來，因此用戶可以不用學(xué)習(xí)復(fù)雜的多線程編程就可以編寫多線程程序。在LabVIEW 中，圖形化編程為開發(fā)多線程代碼帶來了很大的好處，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)流的編程環(huán)境中，用戶可以很容易地“看到”并行代碼，例如兩個(gè)獨(dú)立 的循環(huán)或子 VI 就代表兩段可以并發(fā)執(zhí)行的代碼。 多線程的優(yōu)點(diǎn)： 1）更高的 CPU 利用率 2）更高的系統(tǒng)可靠性 3）提高在多處理器計(jì)算機(jī)上的執(zhí)行速度 多線程技術(shù)在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 為了實(shí)現(xiàn)采集、顯示、查詢、報(bào)警和系統(tǒng)其他操作的并行執(zhí)行，在程序中創(chuàng)建了兩個(gè)工作線程：一個(gè)是采樣工作線程，專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)；一個(gè)是數(shù)據(jù)報(bào)警和系統(tǒng)其他功能線程，負(fù)責(zé)定時(shí)把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)存盤。在用戶啟動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，這兩個(gè)工作線程被創(chuàng)建。但不同的是，采樣工作線程是在循環(huán)往復(fù)的工作著，直到退出程序；而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)線程則是在一定的時(shí)刻 被喚醒，比如在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿、或程序結(jié)束等時(shí)候，更多的時(shí)候，存儲(chǔ)模塊是處于掛起的狀態(tài)。因?yàn)樾盘?hào)的采集工作和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作是長(zhǎng)時(shí)間甚至長(zhǎng)年累月運(yùn)行著，這也是工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況所決定的。 通過采用多線程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性要求高的數(shù)據(jù)采集與程序其它功能 (如數(shù)據(jù)顯示、讀取、存儲(chǔ)等 )在時(shí)間上的相互獨(dú)立，避免它們?cè)跁r(shí)間上可能產(chǎn)生的沖突，提高了數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性 [14]。 循環(huán)之間的數(shù)據(jù)傳遞即線程間的數(shù)據(jù)傳遞，可以由局部變量、全局變量、共享變量和隊(duì)列等方式實(shí)現(xiàn)。循環(huán)之間的同步即線程之間的同步，這可以由同步技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。如果需要為 兩個(gè)循環(huán)設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，可以通過定時(shí)循環(huán)來實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)具體應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)采集程序 系統(tǒng)采用的是 USB5935 采集卡，由于該卡 自帶 AD 采集程序 ，所以本設(shè)計(jì)是直接 從該采集程序 開發(fā)的，在這部分中，主要是采集參數(shù)的設(shè)置，其中包括物理通道的選擇，采樣模式、采樣率、 19 每通道采樣數(shù)、輸入方式的配置，采樣最大最小值的設(shè)置。具體程序見圖 19。 20 19 數(shù)據(jù)采集程序 數(shù)據(jù)保存程序 數(shù)據(jù)保存是把采集來的數(shù)據(jù)保存到 tdms 文件 里。具體程序見圖 20。 21 圖 20 采集數(shù)據(jù)保存程序 歷史 數(shù)據(jù)查詢程序 22 圖 21 歷史數(shù)據(jù)查詢程序 歷史數(shù)據(jù)查詢，因?yàn)橐呀?jīng)把采集的數(shù)據(jù)保存在 tdms 文件 里了，所以歷史數(shù)據(jù)的查詢只需要從 文件 里檢索出來就行了， 該程序能夠顯示歷史數(shù)據(jù)表格和對(duì)應(yīng)的波形圖，此外還有把 tdms 文件轉(zhuǎn)換成文本文件的功能。 報(bào)警記錄程序 這部分程序采用用戶事件來編寫的，當(dāng)采樣值大于設(shè)定的數(shù)值時(shí)，就會(huì)觸發(fā)用戶事件，從而使下面循環(huán)里的事件發(fā)生，進(jìn)行記錄數(shù)據(jù)，這部分是實(shí)時(shí)記錄的， 有 保存 為文本文件的功能 ，每次重新啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，會(huì)清空實(shí)時(shí)顯示 的記錄。具體程序見圖 22。 23 圖 22 報(bào)警記錄部分 程序 24 系統(tǒng)軟件的具體實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)的前面板由通道配置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄 4 個(gè)頁(yè)面組成。完整的體現(xiàn)了一個(gè)數(shù)據(jù)采集的功能和實(shí)際應(yīng)用。下面分別介紹各個(gè)部分。 通道參數(shù)配置 通道參數(shù)配置界面是提供了采集卡的參數(shù)配置，主要包括通道的選擇，數(shù)據(jù) 采集 的時(shí)間間隔，采集通道報(bào)警值的設(shè)定，采樣最大值和最小值設(shè)定，采集卡 接地 方式的設(shè)置， 增益 設(shè)置以及采集啟動(dòng)與停止開關(guān)。見圖 23通道配置界面。 圖 23 通道參數(shù)配置界面 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示 LabVIEW 提供了非常豐富的圖形界面來進(jìn)行前面板的設(shè)計(jì)，波形圖表能 非常清晰的實(shí)時(shí)顯示采集波形。在該頁(yè)面中實(shí)現(xiàn)了 兩 個(gè)通道采集的波形 的 實(shí)時(shí)顯示，該面板靈活運(yùn)用采用了屬性節(jié)點(diǎn)來編程實(shí)現(xiàn)的。非常清楚的表達(dá)了采集波形的動(dòng)態(tài)曲線。見圖 24 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面。 25 圖 24 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面 歷史數(shù)據(jù)查詢 對(duì)采集數(shù)據(jù)的保存有著實(shí)際的意義，這樣便于以后訪問歷史數(shù)據(jù)，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問。本設(shè)計(jì)提供了對(duì)歷史數(shù)據(jù)用表格和波形圖 2 種不同的顯示方式， 還可以把歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出為文本文件以供后續(xù)處理。 26 圖 25 歷史數(shù)據(jù)表格顯示界面 報(bào)警記錄 報(bào)警是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一個(gè)必須的功能，報(bào)警 有實(shí)時(shí)指示，如聲音或光報(bào)警。該系統(tǒng)使用了光報(bào)警，并實(shí)時(shí)記錄報(bào)警時(shí)刻和報(bào)警值， 以及導(dǎo)出文本文件功能 。具體界面見圖 26 報(bào)警記錄界面。 27 圖 26 報(bào)警記錄界面 28 總 結(jié) 把 LABVIEW應(yīng)用于溫度測(cè)量和控制系統(tǒng)中，以用 USB5935數(shù)據(jù)采集卡 以及熱電阻信號(hào)調(diào)理電路 ，加以對(duì)程序的編輯，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集精密控制 。 LIBVIEW是一個(gè)具有革命性的圖形化開發(fā)環(huán)境，內(nèi)置信號(hào)采集，測(cè)量，分析，數(shù)據(jù)顯示等功能，優(yōu)化了傳統(tǒng)開發(fā)工具的復(fù)雜性，提供了強(qiáng)大功能的同時(shí)保證了系統(tǒng)的靈活性，作為測(cè)量控制軟件，在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用， 可以發(fā)現(xiàn) LABVIEW的開發(fā)產(chǎn)品應(yīng)用極廣，此論題就是 LABVIEW在測(cè)量和控制領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用的典型，實(shí)驗(yàn)表明虛擬儀器技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用有十分重要的意義 。 通過本設(shè)計(jì)，深刻的認(rèn)識(shí)到了虛擬儀器技術(shù)是儀器發(fā)展的重要發(fā)展方向。虛擬儀器以嶄新的模式和強(qiáng)大的功能深入人心。伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展虛擬儀器必將拓展到各個(gè)領(lǐng)域，引起測(cè)控儀器的深層次變革。 29 參 考 文 獻(xiàn) 1. 楊樂平，李海濤等 . LabVIEW 程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M]，電子工業(yè)出版社， 2020,7:1~4. 2. 楊樂平，李海濤等 . LabVIEW 高級(jí)程序設(shè) 計(jì) [M]，清華大學(xué)出版社， 2020,4:42~50. 3. 陳錫輝，張銀鴻著 . LabVIEW 程序設(shè)計(jì)從入門到精通 [M]，清華大學(xué)出版社， . 4. 秦樹人等 . 虛擬儀器 [M]，北京：中國(guó)計(jì)量出版社， 2020,3. 5. 余成波，馮麗輝，潘盛輝等編著 . 虛擬儀器技術(shù)與設(shè)計(jì) [M]，重慶大學(xué)出版社， . 6. 劉君華主編 . 基于 LabVIEW 的虛擬儀器設(shè)計(jì) [M]，電子工業(yè)出版社， 7. 王海寶主編 . LABVIEW 虛擬儀器程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M]，西南交通大學(xué)出版社， . 8. 王磊，陶梅等編著 . 精通 LabVIEW[M]，電子工業(yè)出版社， .