基于LabVIEW的數據采集與信號處理系統設計

姚 麗，劉東東

(1.沈陽工業大學信息學院，遼寧沈陽 110870;2.沈陽工業大學研究生院，遼寧沈陽 110870)

美國國家儀器公司(NI)的創新軟件產品LabVIEW自1986年問世以來，在研究、制造和開發的多項領域得到應用。從探索研究到技術集成，都可以發現LabVIEW應用的成果和開發的產品。LabVIEW是給予圖形化變成G語言的高效開發軟件，包括用于數據采集、分析、表達和數據存儲的庫函數，編程簡單，適合于數據采集和控制、數據分析以及數據表達。

1 數據采集卡PMD－1608介紹

數據采集卡PMD－1608是MCC產品，為USB接口是性價比較高的多功能數據采集控制器。它便于計算機與外部物理世界聯系起來，被廣泛地應用于測試儀器、工業過程控制，數據監視等各種數據采集和控制場合。其主要性能及特點有

(1)8路獨立A/D通道，16 bit分辨率，50 kHz的采樣速率。

(2)單通道連續采集模式時，任一通道最大連續采樣 50 ksample·s－1。

(3)多通道連續采集模式時，單通道最大連續采樣100 ksample·s－1，雙通道連續采樣 50 ksample·s－1，四通道連續采樣25 ksample·s－1，依此類推。

(4)觸發模式工作時，8通道都能以50 ksample·s－1采樣速率同時采集。

(5)觸發模式工作時，每通道緩存32 kB。

(6)輸入電壓范圍:±10 V，±5 V，±2 V，±1 V。

(7)8個數字量輸入，有外部數字觸發輸入。

(8)USB2.0接口兼容USB1.1，即插即用，無需外接電源。

2 LabVIEW簡介

由美國NI公司研制的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一種基于圖形編程語言的開發環境。LabVIEW功能強大、靈活方便。與傳統編程語言有諸多相似之處，如相似的數據類型、數據流控制結構、程序調試工具等。但兩者最大的區別在于傳統編程語言是用文本語言編程，而LabVIEW用圖形語言編程。編程簡單方便、界面形象直觀、具有強大的數據可視化分析和儀器控制能力等特點。

一個LabVIEW程序主要包括3個部分:前面板、框圖程序、圖標/接線端口。前面板是LabVIEW程序的交互式圖形化用戶界面，用于設置用戶輸入和顯示程序輸出，目的是模擬真實儀器的前面板。框圖程序則是利用圖形語言對前面板上的控制量和指示量進行控制。圖標/接線端口用于把LabVIEW程序定義成一個子程序，以便在其它程序中調用，這使LabVIEW得以實現層次化、模塊化編程。

3 系統整體方案設計

實驗測試平臺的數據采集系統以LabVIEW為軟件設計平臺，由電極、數據采集模塊PMD－1608和計算機組成。電極分為激勵電極和測量電極，在測量電極上采集到的同步實時數據直接通過數據采集的USB口傳入計算機，計算機對傳入數據進行處理、顯示，并保存處理結果。系統還為用戶提供了良好的人機交互界面，界面主要分為3部分:(1)采集設置窗口，用戶可以實時在面板上設置系統的采樣率、采樣點數以及濾波方式、濾波階次和截止頻率設定等。(2)數據波形顯示窗口，用戶可以在該面板上看到采集的數據波形以及各通道各點電壓值。(3)濾波波形顯示窗口，用戶可以在該面板上看到經切比雪夫濾波器濾波后數據波形以及各通道各點電壓值。

3.1 數據采集程序設計

數據采集程序的主要功能是:對數據采集模塊的采樣率、采樣點數、采樣形式和采樣通道等進行設置，并將采集到的數字量轉換成信號電壓值。數據采集參數設置窗口如圖1所示。

圖1 數據采集參數設置窗口

數據采集程序框圖如圖2所示。該程序框圖中包括的函數有:AlnScFg、OptAln、SelChan、ToEng 等。

AlnScFg該函數節點的主要作用是對采集卡的模擬通道進行掃描采樣，并將預先設定的采集點以向量形式儲存，當全部采集結束后，停止工作。

OptAln該函數節點主要作用是對數據采集模塊的時鐘、觸發、采集、儲存等方式進行設置，其輸出須與AlnScFg函數節點相連接，文中只對采樣形式進行了設置，其它輸入量皆為默認值，可不連接變量。

SelChan該函數節點主要作用是將指定的模擬采集通道采集到的數據從AlnScFg函數節點鎖輸出的向量中分離出來。

圖2 數據采集程序框圖

ToEng該函數節點主要作用是將采集到的數字量轉換成計算機顯示界面上的等效電壓值。

3.2 采集波形顯示窗口設計

采集波形顯示窗口前面板顯示如圖3所示。采集波形顯示窗口程序框圖如圖4所示。8個通道采集到的8組數據電壓幅值可以直接以文本的形式實時保存。

3.3 濾波波形顯示窗口設計

濾波波形顯示程序功能是將濾波后的數據及波形進行顯示，并將數據保存為文本文件，濾波波形顯示程序框圖如圖7所示。8個通道的信號波形經濾波后各通道電壓幅值可以直接以文本的形式實時保存。

圖7 濾波波形顯示程序框圖

4 實驗

通過函數發生器向發射電極發射振幅為2.5 V，頻率為10 Hz的正弦信號，接收電極通過數據采集卡的8通道同時采集接收，接收到的信號如圖8所示。

圖8 數據采集卡采集到的波形

由圖8可以看出，采集到的波形存在干擾，會對后期數據處理產生誤差，因此需要濾波處理。濾波器在參數設置窗口可以任意設置，先選用低通濾波器對波形進行處理，濾波后的波形如圖9所示，經濾波處理后的波形變得平滑。

圖9 濾波后波形圖

5 結束語

利用采集卡PMD－1608與LabVIEW開發的數據采集與信號處理系統完成了信號的采集設置、顯示、濾波以及對信號的實時保存等功能。該系統與傳統的數據采集系統相比，價格低廉、使用性強、開發周期短、數據處理簡便，縮短了開發的周期。

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