基于LabVIEW的多通道数据采集系统设计

吴 建 裴 峰 王珺楠 李晓红

(中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室 太原 030051)

0 引 言

近年来，以计算机为中心、以网络为核心的网络化测控系统得到越来越多的应用，尤其是在航空航天等国防领域。网络化的测控系统大体上由两部分组成:测控终端与传输介质，随着个人计算机的高速发展，测控终端的位置越来越多的被个人计算机所占据。其中，软件系统是计算机的系统的核心，设置是整个测控系统的灵魂，应用于测控领域的软件系统称为监控软件。传输介质组成的通信网络主要完成数据的通信与采集，这种数据采集系统是整个测控系统的主体，是完成测控任务的主力。因此，这种“监控软件－数据采系统”构架的测控系统在很多领域得到了广泛的应用，并形成了一套完整的理论，而虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破传统仪器的框架，形成一种软硬件结合的新模式，而本次所设计的多通道数据采集就是在这一测控领域的应用。

1 数据采集系统的构成

1.1 虚拟仪器采集系统的组成

虚拟仪器是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。这种结合基本有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能，虚拟仪器主要是指这种方式。虚拟仪器的组成与传统仪器一样，主要由数据采集与控制、数据分析和处理、结果显示3 部分组成。如图1 所示。

对于传统仪器，这3 个部分几乎均由硬件完成;对于虚拟仪器，前一部分由硬件构成，后两部分主要由软件实现。与传统仪器相比，虚拟仪器设计日趋模块化、标准化，设计工作量大大减小。

图1 虚拟仪器的内部功能的划分

1.2 硬件结构

系统硬件结构如图2 所示。系统硬件主要包括:工业PC 机，数据采集卡。数据采集卡采用NI 公司推出的M 系列NI PCI－6221 多功能数据采集卡，它可以直接插入PC机的PCI 插槽中，即插即用，使用方便。

本设计使用PCI－6221，被测对象通过传感器转换成电信号，通过传感器转换成电信号，经过信号调理模块进行简单的信号出来，比如SCC－RTD01 热电阻调理模块、SCC－TD02 热电偶调理模块、SCC－SG04 全桥应变片调理模块，将信号送至数据采集卡进行采集，然后用软件进行处理。采集后将数据显示在波形图上。

图2 多通道数据采集系统硬件结构图

2 系统软件设计

2.1 数据采集程序

系统欲采用的是NI PCI－6221 采集卡，由于该卡支持DAQmx 驱动程序，所以本设计是直接使用DAQmx－Data Acquisition 开发的，在这部分中，主要是采集参数的设置，其中包括物理通道的选择，采样模式、采样率、每通道采样数、输入方式的配置，采样最大最小值的设置。具体程序见图3 所示。

图3 数据采集程序

2.2 通道配置

本设计的前面板由通道配置、实时数据显示2 个部分组成。体现了一个数据采集的功能和实际应用。按照模块化进程，首先是通道参数配置。

通道参数配置界面是提供了采集卡的参数配置，主要包括通道的选择，数据保存的时间间隔，数据保存开关，采集通道报警值的设定，采样最大值和最小值设定，采集卡输入方式的设置，采样频率值设置以及采集启动与停止开关。见图4(a)通道配置界面。图4(b)为通道配置程序框图模块。

2.3 系统的实现

LabVIEW 提供了非常丰富的图形界面来进行前面板的设计，波形图表能非常清晰的实时显示采集波形。在该页面中实现了多通道采集的波形以其所有通道采样的波形的实时显示，该面板灵活运用采用了属性节点来编程实现的。非常清楚的表达了采集波形的动态曲线。见图5(a)实时数据显示界面。图5(b)为实时数据显示程序框图模块。

图4 (a)通道配置界面

3 结 论

本设计基于了LabVIEW 平台，利用其内部丰富的模块化函数，采用了NI PCI－6221 数据采集卡，利用了NI 提供的DAQmx－Data Acquisition，开发的具有多通的数据采集系统。研究表明，该多路数据采集系统相对于传统的测试仪表具有精度高、自动化程度高的特点，并且能够实时具有多路数据能够同时采集、采集数据实时显，可以满足不同数据的采集要求。

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