基于LabVIEW的多通道數據采集系統設計

吳 建 裴 峰 王珺楠 李曉紅

(中北大學儀器科學與動態測試教育部重點實驗室 太原 030051)

0 引 言

近年來，以計算機為中心、以網絡為核心的網絡化測控系統得到越來越多的應用，尤其是在航空航天等國防領域。網絡化的測控系統大體上由兩部分組成:測控終端與傳輸介質，隨著個人計算機的高速發展，測控終端的位置越來越多的被個人計算機所占據。其中，軟件系統是計算機的系統的核心，設置是整個測控系統的靈魂，應用于測控領域的軟件系統稱為監控軟件。傳輸介質組成的通信網絡主要完成數據的通信與采集，這種數據采集系統是整個測控系統的主體，是完成測控任務的主力。因此，這種“監控軟件－數據采系統”構架的測控系統在很多領域得到了廣泛的應用，并形成了一套完整的理論，而虛擬儀器是將儀器技術、計算機技術、總線技術和軟件技術緊密的融合在一起，利用計算機強大的數字處理能力實現儀器的大部分功能，打破傳統儀器的框架，形成一種軟硬件結合的新模式，而本次所設計的多通道數據采集就是在這一測控領域的應用。

1 數據采集系統的構成

1.1 虛擬儀器采集系統的組成

虛擬儀器是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結合是目前儀器發展的一個重要方向。這種結合基本有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經出現含嵌入式系統的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統為依托，實現各種儀器功能，虛擬儀器主要是指這種方式。虛擬儀器的組成與傳統儀器一樣，主要由數據采集與控制、數據分析和處理、結果顯示3 部分組成。如圖1 所示。

對于傳統儀器，這3 個部分幾乎均由硬件完成;對于虛擬儀器，前一部分由硬件構成，后兩部分主要由軟件實現。與傳統儀器相比，虛擬儀器設計日趨模塊化、標準化，設計工作量大大減小。

圖1 虛擬儀器的內部功能的劃分

1.2 硬件結構

系統硬件結構如圖2 所示。系統硬件主要包括:工業PC 機，數據采集卡。數據采集卡采用NI 公司推出的M 系列NI PCI－6221 多功能數據采集卡，它可以直接插入PC機的PCI 插槽中，即插即用，使用方便。

本設計使用PCI－6221，被測對象通過傳感器轉換成電信號，通過傳感器轉換成電信號，經過信號調理模塊進行簡單的信號出來，比如SCC－RTD01 熱電阻調理模塊、SCC－TD02 熱電偶調理模塊、SCC－SG04 全橋應變片調理模塊，將信號送至數據采集卡進行采集，然后用軟件進行處理。采集后將數據顯示在波形圖上。

圖2 多通道數據采集系統硬件結構圖

2 系統軟件設計

2.1 數據采集程序

系統欲采用的是NI PCI－6221 采集卡，由于該卡支持DAQmx 驅動程序，所以本設計是直接使用DAQmx－Data Acquisition 開發的，在這部分中，主要是采集參數的設置，其中包括物理通道的選擇，采樣模式、采樣率、每通道采樣數、輸入方式的配置，采樣最大最小值的設置。具體程序見圖3 所示。

圖3 數據采集程序

2.2 通道配置

本設計的前面板由通道配置、實時數據顯示2 個部分組成。體現了一個數據采集的功能和實際應用。按照模塊化進程，首先是通道參數配置。

通道參數配置界面是提供了采集卡的參數配置，主要包括通道的選擇，數據保存的時間間隔，數據保存開關，采集通道報警值的設定，采樣最大值和最小值設定，采集卡輸入方式的設置，采樣頻率值設置以及采集啟動與停止開關。見圖4(a)通道配置界面。圖4(b)為通道配置程序框圖模塊。

2.3 系統的實現

LabVIEW 提供了非常豐富的圖形界面來進行前面板的設計，波形圖表能非常清晰的實時顯示采集波形。在該頁面中實現了多通道采集的波形以其所有通道采樣的波形的實時顯示，該面板靈活運用采用了屬性節點來編程實現的。非常清楚的表達了采集波形的動態曲線。見圖5(a)實時數據顯示界面。圖5(b)為實時數據顯示程序框圖模塊。

圖4 (a)通道配置界面

3 結 論

本設計基于了LabVIEW 平臺，利用其內部豐富的模塊化函數，采用了NI PCI－6221 數據采集卡，利用了NI 提供的DAQmx－Data Acquisition，開發的具有多通的數據采集系統。研究表明，該多路數據采集系統相對于傳統的測試儀表具有精度高、自動化程度高的特點，并且能夠實時具有多路數據能夠同時采集、采集數據實時顯，可以滿足不同數據的采集要求。

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