【正文】 件支持，LabVIEW為軟件開發(fā)平臺，通過實驗?zāi)M測試以求實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)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。證實本文所采用的數(shù)據(jù)采集理論和方法是可行的。在自動化過程中，數(shù)據(jù)的在線采集是實現(xiàn)自動控制的第一步，現(xiàn)在大多工廠的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集還是基于人工檢測或機械儀表測量，存在很大的誤差，而且實時性不強，不利于后續(xù)的準(zhǔn)確控制，這就要求能夠有一種方便、經(jīng)濟、高效的檢測手段能夠?qū)崿F(xiàn)這一過程。LabVIEW是美國國家儀器公司(NI)推出的一種基于圖形化語言的虛擬儀器開發(fā)平臺，它功能強大，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)值分析、信號處理、數(shù)據(jù)表達(dá)等，NI公司的口號是“軟件即儀器”，即是用軟件來實現(xiàn)儀器的功能。許多應(yīng)用使用插入式設(shè)備并把數(shù)據(jù)直接傳送到計算機內(nèi)存中，在一些其它應(yīng)用中數(shù)據(jù)采集硬件和PC分離，通過并行或串行接口和PC相連。PC信號調(diào)理軟件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所使用的計算機會極大地影響數(shù)據(jù)采集的速度，計算機的數(shù)據(jù)傳送能力也會極大地影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能。數(shù)據(jù)傳送方式會影響數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)吞吐量。對于要求采集高頻信號的系統(tǒng)，就需要選擇配置高速硬盤PC機，從而保證有連續(xù)(非分區(qū))的硬盤器或?qū)Ｓ玫那度胧教幚砥?，如?shù)字信號處理(DSP)板卡。此外，對于要實時處理高頻信號的應(yīng)用，需要用到32位的高速處理器以及相應(yīng)的協(xié)處理。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度發(fā)展極其在電子測量技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測試方法，新的測試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，在許多方面已經(jīng)突破傳統(tǒng)儀器的概念，電子測量儀器功能和作用己經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化。 本文研究的主要內(nèi)容LabVIEW是“Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench”的簡寫，即實驗室虛擬儀器工程平臺，是美國NI公司推出的一種基于G語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，最初它是基于蘋果公司的MACNITOSH微機，后來NI公司不斷推出基于各種操作系統(tǒng)的LabVIEW版本。全文分為七章：第一章為緒論，主要說明選題的意義和目的、國內(nèi)外的相關(guān)研究情況。第三章為系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，制定出相應(yīng)的采集技術(shù)方案，并對系統(tǒng)的硬件組成進(jìn)行解釋說明等。對數(shù)據(jù)庫的基本知識，數(shù)據(jù)庫的操作進(jìn)行了介紹。最后為總結(jié)部分，對本次設(shè)計的內(nèi)容和方式作一個總結(jié)概括性的結(jié)論，并提出還需要努力完善的部分。 虛擬儀器組成虛擬儀器技術(shù)是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。這也正是虛擬儀器廠商近30年來始終引領(lǐng)測試測量行業(yè)發(fā)展趨勢的原因所在。虛擬儀器技術(shù)的由三大組成部分：高效的軟件、模塊化的I/O硬件、用于集成的軟硬件平臺。NI公司提供的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程軟件—LabVIEW，不僅能輕松方便地完成與各種軟硬件的連接，更能提供強大的后續(xù)數(shù)據(jù)處理能力，設(shè)置數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、存儲的方式，并將結(jié)果顯示給用戶。有了功能強大的軟件，就可以在儀器中創(chuàng)建智能性和決策功能，從而發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)在測試應(yīng)用中的強大優(yōu)勢。無論是使用PCI，PXI，PCMCAI，USB或者是1394總線，都能提供相應(yīng)的模塊化的硬件產(chǎn)品，產(chǎn)品種類從數(shù)據(jù)采集、信號調(diào)理、聲音和振動測量、視覺、運動、儀器控制、分布式I/O到CAN接口等工業(yè)通訊，應(yīng)有盡有。目前，NI公司己經(jīng)達(dá)到了每2個工作日推出一款硬件產(chǎn)品的速度，大大拓寬了用戶的選擇面：例如NI新近推出的新一代數(shù)據(jù)采集設(shè)備—先期推出的20款M系列DAQ卡，就為數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域設(shè)定了全新的標(biāo)準(zhǔn)。由NI發(fā)起的PXI系統(tǒng)聯(lián)盟現(xiàn)已吸引了68家廠商，聯(lián)盟屬下的產(chǎn)品數(shù)量也已激增至數(shù)千種。無論是面對簡單的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，還是高端的混合信號同步采集，借助PXI高性能的硬件平臺，都能應(yīng)付自如。 虛擬儀器的特點虛擬儀器具有以下幾個基本特點：性能高、可擴展性強、無縫集成。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越方便快捷的計算機網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強大的優(yōu)勢。得益于NI軟件的靈活性，只需更新計算機或測量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進(jìn)整個系統(tǒng)。開發(fā)時間少，在驅(qū)動和應(yīng)用兩個層面上，NI高效的軟件構(gòu)架能與計算機、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。 無縫集成虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說是一個集成的軟硬件概念。NI的虛擬儀器軟件平臺為所有的I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助用戶輕松地將多個測量設(shè)備集成到單個系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。目前，我國正處于科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展的新時期，對虛擬設(shè)備的需求量將更大。虛擬儀器作為傳統(tǒng)儀器的替代品，市場容量巨大。 虛擬儀器軟件介紹虛擬儀器軟件由兩部分構(gòu)成，即應(yīng)用程序和I/O接口儀器驅(qū)動程序。I/O接口驅(qū)動程序完成特定外部硬件設(shè)備的擴展、驅(qū)動與通信。軟件是虛擬儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，對提高計算機軟件編程的效率意義重大。作為開發(fā)虛擬儀器軟件的工具平臺，必須使設(shè)計出的以上軟件層具有鮮明的“既調(diào)既用”特征，并且確保用戶能用以完成整個系統(tǒng)中所有軟件部分的開發(fā)。 可視化編程工具Visual C++是一種功能齊全的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)工具，可直接對硬件操作，支持多任務(wù)多線程。 LabWindows/CVILabWindws/CVI是ANSIC的、交互式C語言集成發(fā)平臺。LabVIEW與VC++、VB、LabWindows/CVI等編程語言不同，它們采用的基于文本語言的程序代碼，而LabVIEW是使用圖形化程序的G語言，用方框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。用LabVIEW設(shè)計的虛擬儀器可以脫離LabVIEW開發(fā)環(huán)境，最終用戶看見的是和實際的硬件儀器相似的操作面板。LabVIEW的程序設(shè)計實質(zhì)就是設(shè)計一個個的“虛擬儀器”，即“VIS”。程序的前面板具有與傳統(tǒng)儀器類似的界面，可接受用戶的鼠標(biāo)指令，一般來說，每一個VI都可以作為其它VI的調(diào)用對象，其功能類似于文本語言的子程序。一個VI用在其它VI中，稱之為SubVI，SubVI在調(diào)用它的程序中同樣是以一個圖表的形式出現(xiàn)的。用戶可以把一個應(yīng)用題目分解為一系列的子任務(wù)，每個子任務(wù)還可以進(jìn)一步分解成許多更低一級的子任務(wù)，直到把一個復(fù)雜的題目分解為許多子任務(wù)的組合。歸納起來LabVIEW軟件開發(fā)平臺有以下優(yōu)點：(1)圖形化的編程方式，設(shè)計者無需寫任何文本格式的代碼，是真正的工程師語言。(3)即提供了傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點、單步運行，同時提供有獨到的執(zhí)行工具，使程序動畫式運行，利于設(shè)計者觀察程序運行的細(xì)節(jié)，使程序的調(diào)試和開發(fā)更為便捷。(5)提供大量與外部代碼或軟件進(jìn)行連接的機制，諸如DLLS、DDE、ACTIVEX等。第三章 數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)計系統(tǒng)所用到的硬件有：傳感器、NI SCC68接線盒、NI SCCTC02模塊、PCI6221數(shù)據(jù)采集卡、PC機。(1)數(shù)據(jù)分辨率和精度精度和分辨率有所不同，精度除了涉及A/D轉(zhuǎn)換精度外還考慮測試系統(tǒng)各部分誤差。(2)最高采樣速度數(shù)據(jù)采集卡的最高采樣速度一般用最高采樣頻率(Hz)來表示，它表示單通道采樣能使用的最高采樣頻率，這也就限制了該數(shù)據(jù)采集卡能夠處理信號的最高頻率(最高采樣頻率/2)。(3)通道數(shù)通道數(shù)指能夠同時采樣的通道數(shù)，根據(jù)測試任務(wù)選擇。(4)數(shù)據(jù)總線接口類型不同的總線接口類型的數(shù)據(jù)采集板卡的接口硬件形式不一樣，數(shù)據(jù)傳遞的規(guī)則和數(shù)據(jù)傳遞的速度也不一樣，PCI總線是臺式計算機中目前最通用的總線：而筆記本電腦中常用PXMCIA總線；PXI和VXI總線是比較新興的高速傳輸總線。對于工作在強電磁場干擾環(huán)境中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選擇具有隔離配置的數(shù)據(jù)采集板卡才能保證數(shù)據(jù)采集的可靠性。(7)是否有標(biāo)定功能數(shù)據(jù)采集卡使用一段時間后，器件值會有變化，基準(zhǔn)電壓也可能會改變，零點會漂移。(8)支持的軟件驅(qū)動程序及軟件平臺和數(shù)據(jù)采集卡的硬件接口類似，買來的數(shù)據(jù)采集板卡能在什么軟件環(huán)境中使用，使用起來是否還需要自己編制驅(qū)動程序，這也是選擇一款數(shù)據(jù)采集卡很重要的因素。另外，數(shù)據(jù)采集卡的選擇還有一些常用的指標(biāo)，如輸入電壓的最大范圍、輸入增益的種類、是否有模擬輸出、輸入觸發(fā)的類型等。此卡性能適合設(shè)計的采集任務(wù)需要。此外有37針數(shù)據(jù)接入端子，有32位的計數(shù)器和數(shù)字觸發(fā)。溫度傳感器：比較經(jīng)濟的辦法是采用熱電偶傳感器。其利用的原理是：當(dāng)兩個接點溫度不同時回路中將產(chǎn)生電勢，該電勢的方向和大小取決于兩導(dǎo)體的材料及兩接點之間的溫度差，而與導(dǎo)體的粗細(xì)、長短無關(guān)。組成的測量傳感器稱為熱電偶。壓力傳感器：作為檢測壓力的傳感器必須有一定高的工作溫度范圍和耐濕能力。具有較高可靠性，能承受溫度和濕度的變化影響。霍爾式壓力傳感器基本元件基本包括兩部分：一部分是彈性元件，如彈簧管或膜盒等，用它感受壓力，并把它轉(zhuǎn)換成位移量；另一部分是霍爾元件和磁路系統(tǒng)。 信號調(diào)理模塊信號調(diào)理是聯(lián)系傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊的橋梁。選取的是NI公司的儀器信號調(diào)理板卡SCCTC02，是用于調(diào)理各類熱電偶的單通道模塊，包括J、K、T、B、E、N、R和S以及177。NI SCCTC02包括一個2 Hz低通靜噪濾波器、具有100增益的儀器放大器，以及實現(xiàn)M系列DAQ設(shè)備最高掃描速率的緩沖輸出。該模塊包括一個用于冷端溫度補償?shù)陌遢d熱敏電阻。NI SCC68 適用于簡單卻可擴展的臺式機測試系統(tǒng)。通過SCC68的4個SCC插槽，可在測量系統(tǒng)中集成熱電偶、應(yīng)變計、RTD、頻率輸入、電流輸入、電壓衰減器、低通濾波器、測壓元件輸入、加速度傳感器、饋通板、SPDT繼電器、隔離的數(shù)字I/O設(shè)備和隔離電壓輸入模塊。NIDAQmx和NIDAQ(Legacy)不同版本所支持的NI應(yīng)用程序有所不同。，首先插入安裝光盤，它將自動運行。、調(diào)理模塊和接線盒。(2)打開電腦機箱，找到PCI插槽。(4)把PCI設(shè)備(本文是NIPCI數(shù)據(jù)采集卡)插入PCI插槽。(6)重新裝好機箱。Automation圖標(biāo)打開MAX，然后Devices and Interfaces下拉菜單，找到所安裝的設(shè)備，可以找到所安裝的PCI6221數(shù)據(jù)采集卡，右擊設(shè)備，進(jìn)行自測，若檢測成功則進(jìn)行下一步的操作。、以及接傳感器和導(dǎo)線。而虛擬通道則是設(shè)置的稱謂，包括名字、物理通道、輸入端口連接、信號測試和發(fā)生類型。任務(wù)的配置有兩種方法。第二，也可通過LabVIEW里的DAQ助手來實現(xiàn)，按里面的提示進(jìn)行操作。然后點擊Finish到下一級通道選擇界面，用兩路信號發(fā)生器模擬調(diào)理過的信號輸入采集卡，然后在界面上選擇兩個通道，每個任務(wù)的物理通道號和對應(yīng)一個傳感器輸入信號。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)則變換成實際的物理量值，如位移、應(yīng)變等。DAQmx其實是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。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。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。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。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。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)。： 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)運行控制，并協(xié)調(diào)各個功能模塊之間的數(shù)據(jù)通信。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目進(jìn)行操作，能與用戶良好互動。，流程的控制依此實現(xiàn)。所以流程圖中的數(shù)據(jù)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。根據(jù)實際情況，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)符合實際情況。整個界面分為實時采集、歷史數(shù)據(jù)查詢和配置三個選項卡。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時采集波形。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