【導(dǎo)讀】導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致。含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)。的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法。律后果由本人承擔(dān)。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬字。符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。儀器，而且更加快速和迅捷，對數(shù)據(jù)處理的功能更加多樣靈活。儀器軟件搭配組建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行采集、分析。思想，提出了合適的組成方案，主要工作是以NI公司PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡為硬件支持，據(jù)存儲、在線監(jiān)測以及對歷史數(shù)據(jù)的回放和分析等功能。經(jīng)測試表明，由熱電偶、SCC-68. 技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢。證實(shí)本文所采用的數(shù)據(jù)采集理論和方法是可行的。

　　

【正文】 I 主要位于 NI Measurements 子模板，在這個子模 板 中，又分 別有 Data Acquisition 和 DAQmxData Acquisition 兩個子模板，其中前者是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集 VI，后者是數(shù)據(jù)采集 DAQmx 類型的數(shù)據(jù)采集 VI。傳統(tǒng)類型的數(shù)據(jù)采集 VI面向單個數(shù)據(jù)采集卡直接采進(jìn)信號的電壓值，其操作對象是單個的數(shù)據(jù)采集卡 ； 而DAQmx 類型的數(shù)據(jù)采集 VI 可以面向多個數(shù)據(jù)采集卡，其操作對象是信號輸入或輸出通道，并且采進(jìn)來的電壓值可以根據(jù)預(yù)先給定的規(guī)則變換成實(shí)際的物理量值，如位移、應(yīng)變等。本文采集多路信號，采用 DAQmx 數(shù)據(jù)采集 VI 編程。 DAQmx 其實(shí)是 NI 公司 開發(fā)的測量服務(wù)軟件， 可以把測量服務(wù)軟件看作是 I/O 驅(qū)動軟件層，然而它不僅僅是一個驅(qū)動。測量服務(wù)是快速應(yīng)用程序開發(fā)中最為重要的部分之一。這個軟件提供了虛擬儀器軟件和硬件之間的連通性以用于測量和控制。直觀的應(yīng)用程序編程接口 (API)、儀器驅(qū)動、配置工具、快速 I/O 助手和其他包含在所購買的 NI 硬件中的軟件是它的特色。 NI測量 與 自動化瀏覽器 (MAX)和 DAQ Assistant(DAQ 助手 )是 NIDAmx 測量服務(wù)軟件體現(xiàn)它無限價值的兩個例子。 MAX 配置工具特性包含配置和測試 I/O，以及存儲標(biāo)定、校準(zhǔn)和通道別名 信息，這些對于以更短的時間完成首次測量、維護(hù)測試系統(tǒng)和解決測試系統(tǒng)故障是十分重要的。 DAQ 助手是一個交互式工具，用來快速創(chuàng)建測量應(yīng)用程序，它提供了一個面板， 用戶 可以在上面輕松配置常用的 DAQ 參數(shù)，而無需任何編程工作。 DAQmx 具有很多優(yōu)點(diǎn)，它能更輕松地往 DAQ API 中添加新特性、更輕松地添加新設(shè)備、更有效的多線程數(shù)據(jù)采集、提高數(shù)據(jù)采集性能 (尤其是單點(diǎn)性能 )、更輕松地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。此外， DAQmx 將支持 NI 公司的高性能新硬件產(chǎn)品，包括 M 系列插入內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 式 DAQ 設(shè)備，一些最新的 USB DAQ 設(shè)備，以及數(shù)以百計的傳 統(tǒng) NIDAQ 所支持的DAQ 設(shè)備。以 DAQmx 為兼容對象的產(chǎn)品將是采集硬件發(fā)展的方向， NI 公司 M 系列的產(chǎn)品以及以后開發(fā)的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品都將以支持 DAQmx 為主，對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集 VI 將逐漸淘汰。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計 軟件總體設(shè)計 用模塊化的設(shè)計思想，對軟件進(jìn)行功能的劃分，有助把握軟件整體設(shè)計思路，簡化程序結(jié)構(gòu)。 本 設(shè)計實(shí)現(xiàn)的功能主要包括幾個部分 ： 第一是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線采集顯示，第二 是 對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的處理，第三 是 對一些主控參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測，第四 是對 數(shù)據(jù)和波形記錄，第五 是 對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，第六 是對 歷史數(shù)據(jù) 分析。如圖 為軟件的功能模塊圖 ： 主 程 序數(shù) 據(jù) 在 線 采集 顯 示數(shù) 據(jù) 處 理 子程 序在 線 監(jiān) 測 子程 序采 集 數(shù) 據(jù) 記錄 和 存 儲歷 史 數(shù) 據(jù)查 詢歷 史 數(shù) 據(jù)分 析圖 軟件功能模塊圖 主程序 主程序框架 在整個程序構(gòu)架里，主程序負(fù)責(zé)運(yùn)行控制，并協(xié)調(diào)各個功能模塊之間的數(shù)據(jù)通信。主程序分為前面板與后面板。前面板是主程序的操作界面，是直接面向用戶的窗口，其設(shè)計必須簡潔明了，界面友好，功能齊備，能使用戶一目了然地根據(jù)測試的要求輸入?yún)?shù)，并提供可選擇的測試項(xiàng)目進(jìn)行操作，能與用戶良好互動。后面板存放主程序的執(zhí)行內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 代碼，程序的編寫在這里實(shí)現(xiàn)，是軟件設(shè)計的主要內(nèi)容。 圖 是主程序的 流程圖，流程的控制依此實(shí)現(xiàn) 。 啟 動 程 序檢 測 閥 值 與 存儲 路 徑 設(shè) 置采 集 ？采 集 程 序 運(yùn)行歷 史 數(shù) 據(jù) 分析 ？數(shù) 據(jù) 在 線 監(jiān)測波 形 顯 示 窗口查 詢 數(shù) 據(jù)顯 示回 放 ？記 錄 ？查 詢 ？波 形 回 放分 析 數(shù) 據(jù)儀 表 區(qū)數(shù) 據(jù) 處 理波 形 存 儲 ？存 儲 波 形數(shù) 據(jù) 記 錄YYYYYY數(shù) 值 顯 示 區(qū)采 集 參 數(shù) 設(shè) 置 濾 波 參 數(shù) 設(shè) 置圖 主程序流程圖 數(shù)據(jù)的來源是 首先由傳感器檢測到的物理信號，經(jīng)由調(diào)理模塊的處理傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡上，經(jīng)過卡內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)通信接口送至 LabVIEW 應(yīng)用程序進(jìn)行處理。所以流程圖中的數(shù)據(jù)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 當(dāng)主程序啟動時，每次采集到的數(shù)據(jù)都要存入數(shù)據(jù)庫，如果要實(shí)時記錄每時每刻的數(shù)據(jù)，那數(shù)據(jù)量將會很龐大，造成后繼的檢索和報表的生成麻煩，從實(shí)際的生產(chǎn)角度來說也沒必要。根據(jù)實(shí)際情況，主程序設(shè)計了 定時采集的辦法，每隔一段時間采集一次，使數(shù)據(jù)符合實(shí)際情況。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 主程序前面板 如圖 是主程序的用戶界面。整個界面分為實(shí)時采集、歷史數(shù)據(jù)查詢和配置三個選項(xiàng)卡 。 圖 主程序用戶界面 實(shí)時采集放置在一個 TAB 控件里， 是前面板的主要區(qū)域，它包括三個部分 ： 波形顯示窗口、數(shù)字顯示窗口、儀表窗口 、按鈕區(qū) 。用戶能夠從波形窗口上的選擇控件選擇顯示的通道，波形窗口顯示該通道的實(shí)時采集波形。數(shù)字顯示窗口里放置了物理量參數(shù)的數(shù)據(jù)顯示，一目了然，用戶讀取非常方便。儀表窗口是面板提供的形象化顯示方式，把參數(shù)用傳統(tǒng)儀表的表現(xiàn)形 式的顯示使傳統(tǒng)用戶更容易接受。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 數(shù)據(jù)查詢界面 如圖 所示 歷史數(shù)據(jù)查詢分析區(qū)也是由 TA B 控件組成，查 詢部分中，用戶通過輸入查詢時間段就可以得出該參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，用一個數(shù)據(jù)表就能顯示 出來。 顯示查詢的時間、采集的次數(shù)、實(shí)時采集到的溫度值和壓力值。 參數(shù)設(shè)置區(qū)放置在一個 TAB 控件里，它包含三個部分的設(shè)置內(nèi)容 ： 采集參數(shù)設(shè)置、監(jiān)測閥值與文件路徑設(shè)置、物理通道 設(shè)置。采集參數(shù)設(shè)置的內(nèi)容包括任務(wù)選擇、物理通道選擇、采樣模式選擇、采樣率選擇等的設(shè)置，這些內(nèi)容是關(guān)系到采集結(jié)果正確是首要因素，如果用戶不做設(shè)置則系 統(tǒng)采用默認(rèn)值。點(diǎn)擊第二選項(xiàng)是 監(jiān)測和文件存儲的設(shè)置內(nèi)容，閥值是主控參數(shù)報警的閥值設(shè)置，在采集過程中 需要對一些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)其超過閥值設(shè)置后報警燈亮，提示用戶注意。 如圖 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 參數(shù)設(shè)置界面 主程序 后面板 如圖 所示，程序采用順序結(jié)構(gòu)來安排各功能程序的運(yùn)行先后。首先是運(yùn)行采集程序，將采集到的波形進(jìn)行濾波，這放置在第一個順序框。接著運(yùn)行數(shù)據(jù)處理分析程序，對濾波后的波形進(jìn)行處理分析，放置在第二步順序框。將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫和波形文件，這放置在第三個順序框。數(shù)據(jù)庫查詢和波形回放程序放置在第四個順序 框。這樣的安排符合程序的采集和控制流程。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 主程序圖 子 程序 采集子程序 在采集子 VI 中，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行測試選擇的設(shè)置，其內(nèi)容包括 ： 采樣式設(shè)置、采樣率的設(shè)置、采樣點(diǎn)數(shù)的設(shè)置、輸入電壓范圍的設(shè)置、物理通道設(shè)置、任務(wù)選擇等，如圖 所示。對于這些設(shè)置做如下的默認(rèn)設(shè)定 ： 在本文中，選擇限點(diǎn)采樣模式，每采集一次，每個通道采集點(diǎn)數(shù)為 1000 點(diǎn)。采樣率的設(shè)置必須滿足奈奎斯特定理，由于設(shè)計中 所檢測的信號大都屬于低頻信號，故采樣率的設(shè)置不宜高，每個通道的采樣率大約等于 1kHz 即可。輸入電壓范圍暫定于 10V~+10V?？筛鶕?jù)所檢測的參數(shù)數(shù)量設(shè)定通道數(shù)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 采集子程序 查詢子程序 在查詢子程序中要實(shí)現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)的查詢功能，輸入查詢的時間段即可查詢出該時間段內(nèi)數(shù)據(jù)庫中存儲的采集數(shù)據(jù)，以表格的形式顯示出來。包括采集編號、該點(diǎn)的時間、溫度值、壓力值。如下圖 所示，查詢子程序采用 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 查詢子程序 存儲子程序 圖 存儲子程序 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)分析和處理程序里包括軟件濾波 程序 、求樣點(diǎn)平均值程序和越限報警程序 等 內(nèi)容。 濾波功能選擇 濾波器按能通過的范圍來分可分為低通濾波器、高通 濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器以及其它類型通帶濾波器 ； 按處理信號的性質(zhì)來分有模擬濾波器和數(shù)字濾波器。隨著數(shù)字計算機(jī)的發(fā)展，使數(shù)字濾波器也有了很大的發(fā)展和應(yīng)用，但其基本出發(fā)點(diǎn)仍基于模擬濾波器。數(shù)字濾波器又可以分為有限沖擊響應(yīng)濾波器 (FIR DF)和無限沖擊響應(yīng) (IIR DF)兩種類型。 1. 濾波器的基本參數(shù) 描述濾波器性能的參數(shù)有紋波幅度、截止頻率、帶寬、品質(zhì)因素等。 紋波幅度是指在一定頻率范圍內(nèi)，實(shí)際濾波器的幅頻特性可能呈波紋變化，其波動幅度 A? 與幅頻的平均 值 Ao 相比，越小越好，一般應(yīng)小于 3dB，既 A Ao 2?? 。 截止頻率 cf 是幅頻特性值等于 Ao 2 所對應(yīng)的頻率稱為濾波器的截止頻率。以 Ao為參考值， Ao 2 對應(yīng)于 3dB。若以信號的幅值平方表示信號功率，則所對應(yīng)的點(diǎn)正好是半功率點(diǎn) 。 上下兩截止頻率之間的頻率范圍稱為濾波器帶寬，或 3dB 帶寬。帶寬決定了濾波器分離信號中相鄰頻率成分的能力 — 頻率分辨力。在測試電路中 Q 通常用來代表諧振回路的品質(zhì)因數(shù)。在二階振蕩環(huán)節(jié)中， Q 值相當(dāng)于諧振點(diǎn)的幅值增益系數(shù) Q=1/2? (? — 阻尼率 )。對于帶通濾波器，通常把中心頻率 f。和帶寬 B 之比稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù) Q。例如一個中心頻率為 500Hz的濾波器，若其中 3dB 帶寬為 16Hz，則稱其 Q 值為 50。 Q 值越 大，表明濾波器分辨力越高。 濾波器因數(shù) ? 是濾波器選擇性的另一種表示方法，是用濾波器幅頻特性的 60dB 帶內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 寬與 30dB 帶寬的比值 ( 60dB 30dBBB? ??? )來表示。理想濾波器 ? =1，通常使用的濾波器? =1~5。 2. 數(shù)字濾波器的兩種類型 由于經(jīng)過數(shù)字采集卡 A/D 轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號在程序中的濾波器采用數(shù)字濾波器。前面提到數(shù)字濾波器 分為有限沖擊響應(yīng)濾波器 (FIR)和無限沖擊響應(yīng)濾波器 (IIR)兩種類型，這兩種類型都包含有高通、低通、帶通等子類型。這兩種類型的濾波器無論在性能上還是在設(shè)計方法上都有很大的區(qū)別： IIR 濾波器設(shè)計可以直接利用模擬濾波器設(shè)計的成果，如可以通過對模擬低通濾波器進(jìn)行模擬頻率和數(shù)字頻率的變換而得到對應(yīng)濾波特性的數(shù)字低通濾波器，當(dāng)然，兩者之間有一定誤差。模擬濾波器設(shè)計的經(jīng)典方法是用“最佳逼近特性”設(shè)計方法，相應(yīng)的有巴特沃茲濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、貝塞爾濾波器、橢圓濾波器等濾波器類型。在逼近所需的同一個濾波器特性時，這 些濾波器具有不同的頻率特性。 FIR 濾波器的系統(tǒng)只有零點(diǎn)，因此這一類系統(tǒng)不象 IIR 系統(tǒng)那樣易取得比較好的通帶與阻帶衰減特性，一般要求系統(tǒng)的單位抽樣響應(yīng)截取的長度要長。 FIR 濾波器和 IIR濾波器相比，與有一些明顯的優(yōu)點(diǎn) ： 首先， FIR 系統(tǒng)總是穩(wěn)定的 ； 其次， FIR 系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)線形相位 ； 最后， FIR 系統(tǒng)允許設(shè)計多通帶或多阻帶濾波器。后兩項(xiàng)都是 IIR 不容易實(shí)現(xiàn)的。 巴特沃茲、切比雪夫、和貝塞爾三種濾波器是測試工程中應(yīng)用最廣泛也是最經(jīng)典的三種濾波器，分別介紹如下： （ 1）巴特沃茲濾波器 ： 巴特沃茲濾波器具有最大平坦幅度特性，其幅頻響應(yīng)表達(dá)式為 ： 2ncH ( ) 1 1 ( )? ? ??? (41) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 巴特沃茲濾波器的幅頻特性有以下幾個特點(diǎn) ： a. H( )? 取得最大值， H(0) =1； b.cH ( ) 1 2? ?， 即衰減特性為 3dB， c? 稱為低通濾波器的截止頻率； c. n 值越大，幅頻特性曲線越 接近理想特性曲線，在 ( c?? )l(通帶范圍 )時， n 增加則 2nc()?? 減小，曲線越平坦；在 ( c?? )1(阻帶范圍 )時， n 增大，則 2nc()?? 增大， H( )?越趨向于零值，衰減越快。 （ 2）切比雪夫?yàn)V波器： 切比雪夫?yàn)V波器也是從幅頻特性方面提出逼近要求的，其幅頻響應(yīng)表達(dá)式為 ： 22 H ( ) 1 1 ( )T? ? ? ??? (42) 上式中 ? 是決定通帶波紋大小的系數(shù) ； nT 是第一類切比雪夫多項(xiàng)式 。 切比雪 夫?yàn)V波器具有以下的優(yōu)點(diǎn) ： ( c?? )1 為通帶， ( c?? )1 為阻帶。與巴特沃茲逼近特性相比，這種特性雖然在通帶內(nèi)有起伏，但同樣 n 值在進(jìn)入阻帶后衰減陡峭，更接近理想情況 ； c? 處，其衰減不一定是下降 3dB，而是按 211?? 來計算； c.? 值越小，通帶起伏越小，截止頻率點(diǎn)衰減的分貝值也越小，但進(jìn)入阻帶后衰減特性變化慢。 （ 3）貝賽爾濾波器： 貝塞爾濾波器又稱為最平時延或恒時延濾波器。其相移和頻率成正比，既時移 ? 值對所有頻率為一常數(shù)，其關(guān)系式為 ： d ( ) d? ? ? ???