基于LabVIEW的PCI—9622數據采集系統

【摘要】在工程應用中，采集系統的準確性和穩定性至關重要，為了達到采集系統多功能應用的要求，對以LabVIEW為軟件開發平臺的采集系統進行了研究。系統采用型號為PCI-9622的采集板卡通過上位機的控制完成對32路電壓信號的同時采集，并且對采集的數據進行預覽、存儲、回放、數據分析等功能。實際應用證明，系統準確且穩定地完成了數據采集任務。

【關鍵詞】采集系統;LabVIEW;PCI-9622

1.引言

隨著科學技術的快速發展，人們對采集系統的要求越來越高，以往的采集系統由于采集通路少、誤差大、操作復雜等缺點已經無法滿足現代測試系統的要求。本文以LabVIEW為軟件開發平臺，通過對下位機的合理控制完成了采集系統多功能性的要求[1]。

圖1 總體結構圖

圖2 系統軟件整體結構圖

圖3 采集程序流程圖

圖4 回放界面

此外，LabVIEW語言不但具有豐富的函數、工具包、設備驅動等，還可以對MATLAB語言、C語言進行調用，解決了傳統的編程語言存在的編程復雜、開發周期長等問題，并且，以LabVIEW為開發平臺，其良好的人機交互界面更加促進了實際的應用[2]。

2.系統整體設計

基于LabVIEW的數據采集系統由上位機和下位機兩部分組成，下位機包括PCI-9622采集板卡和信號調理板卡兩部分，上位機則是基于LabVIEW 2014開發的系統。系統的總體結構如圖1所示。

3.硬件設計

系統采用的PCI-9622數據采集板卡主要包括32路模擬量采集通道，各通道的最大量程為±10V，1路32位定時/計數器。由于本系統采集的信號的量程為0～30V，與采集卡的輸入范圍不匹配，所以需要一個調理模塊將電壓轉換到采集卡允許的量程范圍內。系統的調理板卡主要是以LM324芯片為核心通過與外圍電路的配合完成了信號的調理作用。

4.軟件設計

上位機軟件是基于LabVIEW開發平臺的多功能數據采集系統，主要包括3個模塊，即數據采集模塊、數據回放與分析模塊和數據文件轉換模塊。系統采用多線程的編程模式，將各模塊分別運行與各自線程中，這樣不但有效的完成了對各模塊的控制，而且通過對CPU的合理利用保證了數據采集的速度，系統軟件的整體結構圖如圖2所示。

4.1 數據采集模塊

數據采集模塊主要是通過對采集板卡的參數配置來完成數據的采集，采集參數主要包括采集方式、采樣時間、采樣頻率等。采集模塊的程序主要是通過對PCI-9622自帶驅動程序的調用，采用多線程的編程模式，即將數據采集、數據顯示和數據保存分別運行于各自線程中，從而保證了數據采集的穩定性和準確性[3]，采集程序的流程圖如圖3所示。

4.2 數據回放與分析模塊

數據回放功能主要是對采集到的數據進行讀取，在數據回放時不但可以對回放的通道數進行設置，還可以進行暫停、停止、前后播放、放大等操作。數據分析功能主要包括：窗函數、趨勢提取、數字濾波、最大最小值、均方根、傅里葉變換處理等。通過數據回放可以準確的完成數據分析，下圖為系統數據回放的主界面[4]。

4.3 數據文件格式轉換

本系統將采集到的數據保存成二進制文件，但是為了能使本系統采集到的數據可以用于其他系統，系統提供了數據文件格式轉換模塊，通過此模塊可以將數據轉換成文本文件和Excel格式的文件，從而保證了系統文件的通用性。

5.系統測試數據分析

由于在測試過程中不可避免的會帶來測試誤差，所以系統對采集的數據進行軟件補償。補償的方法是，在測試前會利用標定模塊對各通道進行標定得到各通道的標定系數，然后利用標定系數對采集的數據進行補償從而達到減小誤差的目的[5]。在系統的誤差評估中，已計量單位提供的標準信號源作為系統的輸入，通過系統的測試得到了未進行軟件補償的測試結果和經過軟件補償的測試結果兩組數據，分別如表1和表2所示，由于通道過多，兩表只給出前8個通道的電壓測試結果。

表1 采集系統電壓測試結果V

標準值 各通道測量值

1 2 3 4 5 6 7 8

0.042 0.041 0.043 0.040 0.045 0.041 0.042 0.043 0.045

1.005 1.004 1.006 1.003 1.004 1.007 1.003 1.002 1.003

10.005 10.006 10.003 10.006 10.004 10.005 10.002 10.001 10.002

19.934 19.932 19.933 19.933 19.931 19.935 19.932 19.936 19.933

26.948 26.947 26.949 26.946 26.947 26.945 26.949 26.946 26.945

表2采集系統軟件補償后的電壓測試結果V

標準值 各通道測量值

1 2 3 4 5 6 7 8

0.042 0.041 0.042 0.043 0.042 0.041 0.042 0.043 0.040

1.005 1.006 1.007 1.005 1.006 1.005 1.005 1.004 1.005

10.005 10.006 10.005 10.006 10.005 10.006 10.004 10.003 10.004

19.934 19.933 19.933 19.934 19.935 19.936 19.933 19.935 19.934

26.948 26.949 26.948 26.948 26.949 26.947 26.948 26.947 26.946

采集系統中的誤差一般分為隨機誤差和系統誤差，由于隨機誤差可以通過多次測量來減少，所以由上文中的測試數據可以看出，誤差主要是系統誤差，通過對下位機的分析可以判斷出，誤差的主要來源是信號調理模塊產生的。

但是通過系統軟件的補償，由表2可知，系統測試的最大誤差在2mv內，已達到了系統精度的要求。

6.結束語

本系統以LabVIEW為軟件開發平臺，通過對采集模塊的合理控制，設計并完成了一套高精度的多功能數據采集系統。通過實驗證明，系統具有良好的穩定性和準確性，并且系統界面友好且操作簡單，有效的完成了數據采集分析的作用。

參考文獻

[1]顧文武，何慶中，周鐵，張艷玲.基于LabVIEW與智能儀器數據采集系統[J].儀表技術與傳感器，2012（11）：53-55.

[2]李冬芳.控制系統的LabVIEW開發環境[J].電子世界，2014（11）：19.

[3]羅廣坤，張令彌.多通道虛擬動態測試分析系統的設計[J].振動、測試與診斷，2007，27（1）：40-44.

[4]史延東，楊萍，寧飛，魏正.基于LabVIEW的多功能溫度流量監測系統設計[J].測控技術，2013，32（8）：29-31，35.

[5]張志利，侯傳勛，姜毅.基于虛擬儀器的數據采集板卡校準技術研究[J].自動化儀表，2011，32（12）.