基于LabVIEW原理数据采集系统的实现和研究

姜 光

(广州机电技师学院,广东 广州 510370)

LabVIEW是目前应用最广、发展最快、功能最强大的图形化软件开发集成系统。 LabVIEW使用“所见即所得”的可视化技术建立人机界面,有大量可见的仪器控制面板所需的控制对象,如按扭、图表、示波器等,用户还可以通过控制编辑器将现有的控制对象修改成适合自己工作领域的控制对象。基于LabVIEW数据采集系统主要包括数据采集、处理及最终结果显示三个模块,虚拟仪器的核心部分是数据采集。数据采集的任务,就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号,然后送入计算机或相应的信号处理系统,根据不同需要进行相应的计算和处理,得出所需的数据。同时,将计算机将得到的数据进行显示或打印,以便实现对某些物理量的监视,其中一部分数据还将被控制生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量[1][2]。

1 数据采集的原理

数据采集是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成数字量后,再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。首先由传感器感测到要采集的物理信号,然后把感测到的信号传给转换器,由转换器把物理信号转换成采集卡可以采集的电压或电流信号,经过调理电路如采集卡的辅助采集转接板,调理传输给采集卡,采集卡经过放大、采样保持、A/D转换等过程后发给计算机,计算机经过虚拟仪器的软件编程后把采集到的信号显示出来。原理框图如图 1所示。

图1 数据采集系统原理框图

2 数据采集的硬件电路

数据采集系统的核心硬件是NI公司的 PCI-6014数据采集卡,由信号发生器发出电压信号,再由调整电路(采集卡的附件 BNC-2120)通过数据线的 I/O接口接入PCI-6014采集卡,通过采集卡和计算机连接,在计算机上的 LabVIEW软件程序把信号发生器的电压信号采集并显示出来,从而构成一个简单的采集系统。如图2所示。

图2 数据采集系统硬件组成

3 数据采集过程

首先把调好以后的信号发生器输出端接入采集卡附件的模拟输入端。采集卡附件的数据线接到插在计算机主板空闲 PCI插槽上的 PCI-6014采集卡上,以进行数据传输和交换。

利用LabVIEW 7.0Express开发平台,模拟传统仪器操作,实现对虚拟仪器的控制,显示处理结果。设计的虚拟数据数字信号采集如图3所示。

图3中所采集的信号由信号发生器送出,可以看到的信息有频率大小、扫描率大小、扫描数及扫描通道为第几通道等信息。在前面板上可设置实时波形显示窗口、数据采集配置、触发控制、通道选择、时基控制、模式选择和数据处理等控制窗口。与传统数据采集相比,虚拟仪器利用LabVIEW强大的数据分析和文件处理功能对所选通道采集的数据进行分析和保存。在运行期间,点击“stop”按钮可以停止采集。除了数字信号采集,还可实现把信号发生器的数字波形变换到三角波形的瞬间数据采集,如图4所示。以及持续采集三角波、正旋交流及波形的变换等信号。

图3 数字信号的采集

图4 数字波变化到三角波

4 程序设计

数据采集的主要功能可以分解为3大部分:采集数据、显示数据和分析数据。数据采集模块图标为Scope DAQ,是虚拟数据采集系统框图程序的核心,主要完成数据采集的控制,包括触发控制、通道控制、时基控制等。通道选择主要完成设置通道位置的控制。时基控制主要控制采集卡扫描率和采样点数。采集模块调用LabVIEW自带的子函数 AI Waveform Scan.vi(位于功能模板 Data Acquisition子模板 Analog Input中)来控制 PCI-6014数据采集卡进行数据采集[3][4]。

5 结束语

在数据采集系统的实现过程中,如果信号发生器正常发出信号,但显示部分显示不出信号,原因是采样频率过高或过低。可通过改变扫描率、采样频率的大小和改变图形显示上的刻度等等,来显示出所采集到的信号。如果信号发生器发出的信号发生了变化,而采集系统采集到的信号不变化,原因可能是信号发生器的输出和附件的输入接口部分接触不好,导致信号传输有问题,而采集卡采集到的是一些不变化的干扰信号。

在采集外界要求条件不高的情况下可以采用简易层的采集方案,如果采集要求外界条件比较高采用中间层的比较好,因为中间层可以对系统中的每一个参数进行必要的设置,有利于数据采集的实现。所以把这项技术运用到电子领域如可以做成示波器等,还可以应用到工业、农业以及自动化控制等领域。

[1]杨乐平,李海涛,等.LABVIEW程序设计与应用 [M].第 2版.北京:电子工业出版社,2004.

[2]雷振山.LABVIEW7Express实用技术教程 [M].北京:电子工业出版社,2004.

[3]杨乐平,等.LABV IEW高级程序设计[M].北京:清华大学出版社,2004.

[4]戴敬.LABVIEW基础教程 [M].北京:科学出版社,2004.