【正文】 漏電藕合干擾 ? 從干擾輸入信號(hào)的關(guān)系劃分 ,可分 為差模干擾和共模干擾 ? 常用的抗干擾措施 模擬通道的抗干擾措施有 : ? 采用隔離技術(shù)隔離干擾 ,又可分為光電隔離和電磁隔離 ? 采用濾波器濾除干擾 ? 采用浮置措施抑制干擾 線路板抗干擾措施 :設(shè)計(jì)印制電路板時(shí) ,在元器件的布置上將數(shù)字電路元件與模擬電路元件盡量隔開距離 ,并將接地線盡量加粗 ,接地線構(gòu)成閉合環(huán)路 。隨機(jī)干擾 ? 從干擾產(chǎn)生和傳播的方式劃分 ,可分靜電干擾 。 ? 模擬信號(hào)的輸出幅值 :此參數(shù)應(yīng)設(shè)置在標(biāo)稱滿量程范圍內(nèi) 。另外 ,為防止采樣后的信號(hào)頻率產(chǎn)生混疊 ,需要在 A/D 轉(zhuǎn)換器前加濾波電路 ,以濾掉信號(hào)中的一部分噪聲和不需要的頻率范圍的信號(hào) ,改變輸出模擬信號(hào)的信噪比 ?模擬濾波電路可分為無源濾波電路和有源濾波電路 ?無源濾波電路一般由電阻 ?電容 ?電感網(wǎng)絡(luò)組成 ,其缺點(diǎn)是濾波電路的通帶放大倍數(shù)及其截止頻率都隨負(fù)載而變化 ,常常不符合信號(hào)處理的要求 ?有源濾波電路一般由 RC 網(wǎng)絡(luò)和集 成運(yùn)放組成 ,它很好的克服了無源濾波電路的缺點(diǎn) ,因而被廣泛采用 ?有源濾波器廣泛應(yīng)用于各種系統(tǒng)中 ,尤其是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ?傳統(tǒng)的有源濾波器經(jīng)常采用運(yùn)算放大器 ?電阻 ?電容等元件構(gòu)成有源濾波器 ,一旦電阻 ?電容內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 29 值確定以后 ,濾波器的參數(shù)就確定下來 ,不能實(shí)時(shí)改變 ,因 此局限性很大 ,特別是當(dāng)系統(tǒng)的濾波特性要求實(shí)時(shí)改變時(shí) ,這種有源濾波器的弱點(diǎn)就突出的暴露出來 ?近年來 ,有一種有源濾波器器件快速的發(fā)展起來 — 開關(guān)電容濾波器 ?它的工作原理是采用時(shí)鐘信號(hào)控制一個(gè)電容網(wǎng)絡(luò) ,通過動(dòng)態(tài)的改變電容網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低通 ?帶通 ?高通 ?帶阻等濾波特性 ? 如 MAXIM 公司的 MAX262 就是一種性能非常優(yōu)良的開關(guān)電容濾波器該芯片內(nèi)集成了設(shè)計(jì)濾波器所需的電阻電容 ,由其構(gòu)成的濾波器的中心頻率 ?Q 值是可編程的 ,通過數(shù)字接口很方便與 DSP?FPGA 等數(shù)字器件連接 ,使用起來非常方便 ?此外比較常用的還有低通濾波電路 MAX280? 數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)介 概述 虛擬儀器的硬件平臺(tái)由計(jì)算機(jī)和 I/O 接口設(shè)備兩部分組成 ?I/O 接口設(shè)備主要執(zhí)行信號(hào) 的 輸 入 采 集 ? 放 大 與 模 / 數(shù)或數(shù) / 模 轉(zhuǎn) 換 的 任 務(wù) ? 對(duì) 于 單 臺(tái) 虛 擬 儀 器 而言 ,Labwindows/CVI 所涉及的 I/O 接口設(shè)備是數(shù)據(jù)采集卡 ?對(duì)于多臺(tái)虛擬儀器組成的儀器測(cè)量控制系統(tǒng)來說 ,Labwindows/CVI 所涉及的 I/O 接口設(shè)備為總線 ?總線的類型有 :GPIB/GPIB ?RS232?VISA和 VXI等總線 ?I/O接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)是虛擬儀器實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)物理信號(hào)采集的基礎(chǔ) ?因此 ,I/O 接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)是虛擬儀器系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié) ? Labwindows/CVI 獲取數(shù)據(jù)的方法是通過 I/O 接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)來完成的 ?通過數(shù)據(jù)采集卡獲取數(shù)據(jù)是虛擬儀器獲取數(shù)據(jù)的渠道之一 ,也是構(gòu)成虛擬儀器的最基本方式 ?通過數(shù)據(jù)采集卡獲取數(shù)據(jù)的虛擬儀器稱為 PCDAQ(Data Acquisition,數(shù)據(jù)采集 )卡式儀器 ?數(shù)據(jù)采集卡為 I/O 接口設(shè)備 ,對(duì) I/O 接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)是通過相應(yīng)的庫(kù)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的 ? 數(shù)據(jù)采集卡的組成 數(shù)據(jù)采集卡主要由以下四部分組成 : 1)多路開關(guān) 多路開關(guān)將多路信號(hào)輪流切換到放大器的輸入端 ,以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的分時(shí)采集 ? 2)放大器 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 30 放大器將待采集的信號(hào)放大或衰減至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內(nèi) ?在實(shí)際系統(tǒng)中 ,放大 器的增益通常是可調(diào)的 ,設(shè)計(jì)者可根據(jù)輸入信號(hào)幅值的大小選擇不同的增益倍數(shù) ? 3)采樣保持器 采樣保持器取出待測(cè)信號(hào)在某一 時(shí)刻 的瞬時(shí)值 ,即實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)間離 散化 ,并在 A/D轉(zhuǎn)換過程中保持信號(hào)不變 ?如果被測(cè)信號(hào)變化很慢 ,也可不用采樣保持器 ? 4)A/D 轉(zhuǎn)換器 A/D 轉(zhuǎn)換器是將輸入的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出 ,并完成信號(hào)幅值的量化 ?隨著電子技術(shù)的發(fā)展 ,通常將采樣保持器同 A/D 轉(zhuǎn)換器集成在一塊芯片上 ? 以上四個(gè)部分都處在計(jì)算機(jī)的前向通道上 ,是組成數(shù)據(jù)采集卡的主要部分 ?其他相關(guān)電路 ,如定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ?總線接口電路等 ,也集成在一塊電路板上 ,以完成對(duì)信號(hào)的采集 ?放大及模 /數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù) ? 很多數(shù)據(jù)采集卡電路板上還裝有數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 (D/A),它處在計(jì)算機(jī)的后向輸出通道上 ,用于將計(jì)算機(jī) 輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量 ,從而實(shí)現(xiàn)控制功能 ? 數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)設(shè)置 要使數(shù)據(jù)采集卡正確地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能 ,必須根據(jù)實(shí)際測(cè)量的需要對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置 ,這就是數(shù)據(jù)采集卡的軟件驅(qū)動(dòng) ?待設(shè)置的參數(shù)主要有采集卡的設(shè)備號(hào)及地址碼 ,此外還有如下的設(shè)置項(xiàng) ? 1)模擬信號(hào)輸入部分的設(shè)置 ? 設(shè)置輸入信號(hào)的輸入方式 :確定輸入信號(hào)是單端輸入還是雙端輸入 ,輸入信號(hào)是單極性信號(hào)還是雙極性信號(hào)等 ? ? 選擇增益 :根據(jù)輸入信號(hào)幅值變化范圍和分辨率的要求 ,選擇增益 ? ? 選擇量程 :一般根據(jù)輸入信號(hào)是單極性還是雙極性 ,選擇合適量程 ? 2)A/D 轉(zhuǎn)換部分的設(shè)置 ? 設(shè)定信號(hào)輸入通道號(hào) 。但一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的 5~10 倍 。 ? 維護(hù) ?維修方便 ? 虛擬儀器的分類及結(jié)構(gòu) 虛擬儀器隨著微機(jī)的發(fā)展和采用總線方式的不同 ,可分為五種類型 : 第 一類 :PCI總線 插卡型虛擬儀器 這種方式借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的測(cè)試軟件 (如 LabVIEW?HPVEE 等 )相結(jié)合 ,完成測(cè)試任務(wù) ?它充分利用 了計(jì)算 機(jī) 的總內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 3 線 ?機(jī)箱 ?電源及軟件的便利 ,但它的關(guān)鍵取決于 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù) ?這類儀器受 PC 機(jī)機(jī)箱和總線限制 ,并存在電源功率不足 ?機(jī)箱內(nèi)部噪聲電平較高 ?插槽數(shù)目不多 ,插槽尺寸較小 ,機(jī)箱內(nèi)無屏蔽等缺點(diǎn) ?插卡式儀器最便宜 ,因個(gè)人計(jì)算機(jī)數(shù)量非常龐大 ,用途廣泛 ,特別適合于教學(xué)部門和各種實(shí)驗(yàn)室使用 ? 第二類 :并行口式虛擬儀器 最新發(fā)展的一系列可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測(cè)試裝置 ,它們把硬件集成在一個(gè)采集盒里或一個(gè)探頭上 ,軟件安裝在計(jì)算機(jī)上 ?典型產(chǎn)品有 LWK公司的 DSOZIXX系列數(shù)字示波器 ?它們最大 的好處是可以與筆記本電腦相連 ,方便野外作業(yè) ,又可與臺(tái)式電腦相連 ,實(shí)現(xiàn)臺(tái)式與便攜式兩用 ? 第三類 :GPIB 總線方式的虛擬儀器 GPIB 技術(shù)是 EIEE488 標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段 ?它的出現(xiàn)使電子測(cè)量由獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展 ,典型的GPIB 系統(tǒng)由一臺(tái) PC機(jī) ?一塊 GPIB 接口卡和若干臺(tái) GPIB 式的儀器通過 GPIB 電纜連接而成 ?在標(biāo)準(zhǔn)情況下 ,一塊 GPIB 接口卡可帶多達(dá) 14 臺(tái)儀器 ,電纜長(zhǎng)度可達(dá) 20 米 ?GPIB 技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制 ,替代傳統(tǒng)的人工操作方式 ,形成大型自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) ?GPIB 測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和操作命令簡(jiǎn)單 ,造價(jià)較低 ,適合在要求高精度 ,但不要求對(duì)計(jì)算機(jī)高速傳輸?shù)那闆r下應(yīng)用 ? 第四類 :VXI 總線方式的虛擬儀器 VXI 總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線 VME 總線在 VI領(lǐng)域中的擴(kuò)展 ?由于它具有標(biāo)準(zhǔn)開放 ?結(jié)構(gòu)緊湊 ,數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng) ,定時(shí)和同步精確 ,模塊可重復(fù)利用 ,眾多儀器廠家支持等優(yōu)點(diǎn) ,很快得到了廣泛的應(yīng)用 ?經(jīng)過十多年的發(fā)展 ,VXI 系統(tǒng)的組建和使用越來越方便 ,尤其是組建大 ?中規(guī)模自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng) ,以及對(duì)速度 ?精度要求 較高的場(chǎng)合 ,有其他儀器無法比擬的優(yōu)勢(shì) ?但組建成 VXI 總線要求有機(jī)箱 ?零槽管理器及嵌入式控制器 ,造價(jià)比較高 ? 第五類 :PXI 總線方式的虛擬儀器 PXI 總線方式是在 PCI 總線內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求而形成的 ?PXI 具有 8 個(gè)擴(kuò)展槽 ,而臺(tái)式 PCI 系統(tǒng)只有 34 個(gè)擴(kuò)展槽 ,通過使用 PCIPCI 橋接技術(shù) ,可擴(kuò)展到 256 個(gè)擴(kuò)展槽 ,臺(tái)式 PC 的性價(jià)比和 PCI 總線向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來 ,將形成未來主要的虛擬儀器平臺(tái) ? 虛擬儀器技術(shù)的現(xiàn)狀及前景展望 虛擬儀器 技術(shù)在我國(guó)的研究剛起步 ,還有許多問題需要去探索 ,如智能化軟件開發(fā)平內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 4 臺(tái)的研究 ,采用人工智能技術(shù)降低 VI 的設(shè)計(jì)難度 ,使用戶簡(jiǎn)潔地構(gòu)成 VI 系統(tǒng) ,幫助用戶對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析和判斷 ,完成復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)等 ?國(guó)內(nèi)虛擬儀器行業(yè)至今還沒有形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虛擬儀器核心開發(fā)技術(shù) ,也沒有相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ?虛擬儀器產(chǎn)業(yè)無論在規(guī)模還是在質(zhì)量上都難以與國(guó)外同行匹敵 ,國(guó)外虛擬儀器產(chǎn)品幾乎壟斷了國(guó)內(nèi)的市場(chǎng) ?總之 ,隨著計(jì)算機(jī) ?網(wǎng)絡(luò) ?通信 ?微電子等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展 ,VI 技術(shù)也會(huì)不斷向前發(fā)展 ,微型化 ?智能化和網(wǎng)絡(luò)化將成為今后 VI 研究開發(fā)的主 導(dǎo)方向 ?伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展 ,出現(xiàn)了以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ) ?虛擬儀器為核心的 “虛擬實(shí)驗(yàn)室 ”的概念 ?目前 ,虛擬實(shí)驗(yàn)室已成功地應(yīng)用于許多大型實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)研究和高等學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué) ?在人工智能研究的影響下 ,人們開始關(guān)注如何提高虛擬儀器的智能化水平 ? 虛擬儀器的發(fā)展主要取決于三個(gè)重要因素 ?計(jì)算機(jī)是動(dòng)力 ,軟件是主宰 ,高質(zhì)量的A/D 采集卡及調(diào)理放大器與傳感器是關(guān)鍵 ?無淪哪種 VI 系統(tǒng) ,都是將硬件儀器 (傳感器 ?調(diào)理放大器 ?A/D)搭載到各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)上 ,加上應(yīng)用軟件面板構(gòu)成 ,實(shí)現(xiàn)使用計(jì)算機(jī)的全數(shù)字采集測(cè)試分析 ?VI 的發(fā)展完全跟計(jì)算機(jī) 的發(fā)展同步 ,所以顯示出 VI 的靈活性和強(qiáng)大的生命力 ?虛擬儀器的興起是測(cè)試儀器技術(shù)的一次 “革命 ”,是儀器領(lǐng)域的一個(gè)新的里程碑 ,未來的 VI 完全可以覆蓋計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試的全部領(lǐng)域 ?標(biāo)準(zhǔn)化 ?通用化 ?系列比 ?模塊化以及開放式的體系結(jié)構(gòu)等 ,VXI 系統(tǒng)的觀念將成為電子測(cè)量?jī)x器儀表變革的重要方向 ?數(shù)據(jù)采集 ?測(cè)試 ?過程控制 ?信息傳輸與通信等現(xiàn)代信息技術(shù)匯聚在一起 ,將最終導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)化?規(guī)范化卡式儀器和軟件化儀器的更廣泛流行 ?虛擬儀器的發(fā)展將本著跟隨 通用計(jì)算機(jī)走 ?跟著通用軟件走 ?跟著網(wǎng)絡(luò)走的指導(dǎo)思想 ?繼 “軟件就是儀器 ”的概念之后 ,很可 能出現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)就是儀器 ”的新觀念 ? 本文主要內(nèi)容 本文的主要內(nèi)容就是在綜合了虛擬儀器技術(shù)的特點(diǎn)之上提出了一種基于 LabVIEW和 PCI6221 板卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) ,即利用 NI 公司的數(shù)據(jù)采集卡 PCI6221 板卡搭建出數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件平臺(tái) ?并介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ,在此基礎(chǔ)上以 為平臺(tái) ,闡述了利用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集 ,數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)曲線顯示的方法 ,在對(duì)數(shù)據(jù)的管理方面 ,利用 LabSQL 工具包使得采集的數(shù)據(jù)能夠利用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理 ,方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢 ,很好的提高了數(shù) 據(jù)的管理功效 ? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5 第二章 數(shù)據(jù)采集的基本理論 輸入信號(hào)的類型 在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前 ,必須要對(duì)采集的信號(hào)有所了解 ,因?yàn)椴煌盘?hào)的測(cè)量方式和對(duì)采集系統(tǒng)的要求是不同的 ,只有了解被測(cè)信號(hào) ,才能選擇合適的測(cè)量方式和采集系統(tǒng) ? 任意一個(gè)信號(hào)都是隨時(shí)間而改變的物理量 ?一般情況下 ,信號(hào)所運(yùn)載信息是很廣泛的 ,比如 :狀態(tài) ?速率 ?電平 ?形狀 ?頻率成分 ?根據(jù)信號(hào)運(yùn)載信息方式的不同 ,可以將信號(hào)分為模擬信號(hào) 和 數(shù)字信號(hào) ?數(shù)字信號(hào)又可分為開關(guān)信號(hào)和脈沖信號(hào) ?模擬信號(hào)則可分為直流 ?時(shí)域 ?頻域信號(hào) ? 1) 數(shù)字信號(hào) 第一類數(shù)字信號(hào)是開關(guān)信 號(hào) ,如圖 所示 ?一個(gè)開關(guān)信號(hào)運(yùn)載的信息與信號(hào)的瞬間狀態(tài)有關(guān) ?TTL 信號(hào)就是一個(gè)開關(guān)信號(hào) ,一個(gè) TTL 信號(hào)如果在 到 之間 ,就定義它為邏輯高電平 ,如果在 0 到 之間 ,就定義為邏輯低電平 ? O nO f ftS t a t e 圖 開關(guān)信號(hào) 第二類數(shù)字信號(hào)是脈沖信號(hào) ,如圖 所示 ?這種信號(hào)包括一系列的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 ,信息就包含在狀態(tài)轉(zhuǎn)化發(fā)生的數(shù)目 ?轉(zhuǎn)換速率 ?一個(gè)轉(zhuǎn)換間隔或多個(gè)轉(zhuǎn)換間隔的時(shí)間里 ? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 tR a t e 圖 脈 沖信號(hào) 2) 模擬信號(hào) 模擬直流信號(hào) (DC)是靜止 或變化非常緩慢的模擬信號(hào) ,如圖 所示 ?直流信號(hào)最重要的信息是它在給定區(qū)間內(nèi)運(yùn)載的信息的幅度 ?常見的直流信號(hào)有溫度 ?流速 ?壓力 ?應(yīng)變等 ?采集系統(tǒng)在采集模擬直流信號(hào)時(shí) ,需要有足夠的精度 來 正確測(cè)量信號(hào)電平 ? tL e v e l 圖 模擬直流信號(hào) 模 擬時(shí)域信號(hào) (Time Domain)運(yùn)載的信息不僅有信號(hào)的電平 ,還有電平隨時(shí)間的變化 ,如圖 所示 ?在測(cè)量一個(gè)時(shí)域信號(hào)或者說是波形時(shí) ,需要關(guān)注波形形狀的特性 ,如斜度 ?峰 值等 ?為了測(cè)量一個(gè)時(shí)域信號(hào) ,必須有一個(gè)精確的時(shí)間序列 ,間隔也要合適 ,以保證信號(hào)的有用部分被采集到 ? 圖 模擬時(shí)域信號(hào) 模擬頻域信號(hào) (Frequency Domain)與時(shí)域信號(hào)類似 ,但從頻域信號(hào)中提取的信息是信號(hào)的頻域內(nèi)容 ,而不是波形的形狀 ,也不是隨時(shí)間變化的特性 ,如圖 ?用于測(cè)量一個(gè)頻域信號(hào)的系統(tǒng)必須有