第9章數(shù)據(jù)采集

第9章數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集是LabVIEW的一項重要功能。NI公司為LabVIEW的用戶提供了豐富的數(shù)據(jù)采集設備以最大限度地滿足各個領域的需要。本章主要介紹了數(shù)據(jù)采集的基礎知識以及DAQAssistant的使用方法。9.1DAQ系統(tǒng)概述9.1.1DAQ系統(tǒng)的構(gòu)成在計算機廣泛應用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。隨著計算機和總線技術(shù)的發(fā)展，基于PC的數(shù)據(jù)采集（DataAcquisition，DAQ）板卡產(chǎn)品得到了廣泛應用。許多應用通過使用插入式設備采集數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)直接傳送到計算機內(nèi)存中，而在一些其他應用中，數(shù)據(jù)采集硬件通過并行或串行接口和PC相連?；赑C的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成部分可分5個部分：（1）PC（2）傳感器（3）信號調(diào)理（4）數(shù)據(jù)采集硬件（5）軟件圖9-1典型的基于PC的DAQ系統(tǒng)DAQ的任務就是測量或生成物理信號。圖9-2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9.1.2DAQ系統(tǒng)的功能數(shù)據(jù)采集前，必須對所采集信號的特性有所了解，因為不同信號的測量方式和對采集系統(tǒng)的要求是不同的，只有了解被測信號才能選擇合適的測量方式和采集系統(tǒng)配置。任意一個信號是隨時間而改變的物理量。一般情況下，信號所運載信息是很廣泛的，如：狀態(tài)（state）、速率（rate）、電平（level）、形狀（shape）和頻率成分（frequencycontent）。根據(jù)信號運載信息方式的不同，可以將信號分為模擬或數(shù)字信號。1．數(shù)字信號數(shù)字（二進制）信號分為兩類，第一類數(shù)字信號是開/關信號第二類數(shù)字信號是脈沖信號。2．模擬信號模擬信號可分為直流、時域、頻域信號，如圖9-3所示。圖9-3模擬信號分類（1）模擬直流信號（2）模擬時域信號（3）模擬頻域信號3．信號調(diào)理從傳感器得到的信號大多要經(jīng)過處理才能進入數(shù)據(jù)采集設備，信號處理功能包括放大、隔離、濾波、激勵和線性化等。由于不同傳感器有不同的特性，因此，除了這些通用功能，還要根據(jù)具體傳感器的特性和要求來設計特殊的信號調(diào)理功能。（1）放大（2）隔離（3）濾波（4）激勵（5）線性化（6）數(shù)字信號調(diào)理4．A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換為了提高系統(tǒng)的性能指標，數(shù)字計算機技術(shù)廣泛應用于現(xiàn)代控制、通信及檢測等領域。系統(tǒng)的實際對象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、圖像等），要使計算機或數(shù)字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；而經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應模擬信號才能為執(zhí)行機構(gòu)所接受。模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器就是能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁的電路。將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡稱A/D轉(zhuǎn)換器）。A/D轉(zhuǎn)換器按分辨率的不同可分為4位、6位、8位、10位、14位、16位和BCD碼的31/2位、51/2位等；按照轉(zhuǎn)換速度可分為超高速（轉(zhuǎn)換時間≤330ns）、次超高速（轉(zhuǎn)換時間330ns～3.3s）、高速（轉(zhuǎn)換時間3.3～333s）、低速（轉(zhuǎn)換時間＞330s）等；按轉(zhuǎn)換原理分可分為直接A/D轉(zhuǎn)換器和間接A/D轉(zhuǎn)換器。有些轉(zhuǎn)換器還將多路開關、基準電壓源、時鐘電路、譯碼器和轉(zhuǎn)換電路集成在一個芯片內(nèi)，已超出了單純A/D轉(zhuǎn)換功能。圖9-4轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖與A/D轉(zhuǎn)換器相對應，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（簡稱D/A轉(zhuǎn)換器）。5．數(shù)字I/O（DIO）DAQ設備中的數(shù)字I/O由生成或接收二進制通斷信號的部分構(gòu)成，他們通常用于過程控制、生成測試樣式及與外圍設備進行通信。數(shù)字連線通常分組為若干個端口，每個端口由四條或八條連線構(gòu)成。同一端口中的所有連線必須同時是輸入連線或輸出連線。由于一個端口中包含多條數(shù)字連線，可以通過端口寫入或端口讀入同時設置或提取多條連線的狀態(tài)。數(shù)字連線的數(shù)量當然應該與需要被控制的過程數(shù)目相匹配。通過應用恰當?shù)臄?shù)字信號調(diào)理配件，用戶可以使用進/出數(shù)據(jù)采集硬件的低電流TTL信號來監(jiān)測/控制工業(yè)硬件產(chǎn)生的高電壓和電流信號。6．計數(shù)器/定時器計數(shù)器/定時器在許多應用中具有很重要的作用，包括對數(shù)字事件產(chǎn)生次數(shù)的計數(shù)、數(shù)字脈沖計時，以及產(chǎn)生方波和脈沖。應用一個計數(shù)器/計時器時最重要的指標是分辨率和時鐘頻率。9.2數(shù)據(jù)采集卡的安裝PCI-6221是一塊高性能的NI-DAQmx設備，它的引腳定義如圖9-5所示。安裝時直接將其插入到PC機主板上的插槽內(nèi)即可，如圖9-6所示。圖9-5PCI-6221引腳圖

圖9-6PCI-6221的安裝圖9-7NI設備驅(qū)動光盤的安裝界面圖9-8MAX配置與管理對話框圖9-9創(chuàng)建一個新的通道配置文件（1）

圖9-10創(chuàng)建一個新的通道配置文件（2）圖9-11選擇虛擬通道類型圖9-12創(chuàng)建一個新的本地通道圖9-13配置通道的設置和測試9.3DAQVI的組織結(jié)構(gòu)LabVIEWDAQVI組織有兩個選項板：一個用于傳統(tǒng)NI-DAQ，另一個用于NI-DAQmx。NI公司的DAQ硬件連線有兩種不同的設備驅(qū)動器。NI-DAQmx是驅(qū)動器，無論是在性能還是在使用簡易性方面都優(yōu)于傳統(tǒng)NI-DAQ。借助于DAQ助手會使編寫VI采集數(shù)據(jù)的工作明顯簡化。NI-DAQmxVI是一種稱為多態(tài)VI的特殊VI，是能夠適應不同DAQ功能的一組核心VI，如模擬輸入、模擬輸出和數(shù)字I/O等。選擇“函數(shù)”選板下的“測量I/O→DataAcquisition”子選板即可訪問DAQmx選項板。圖9-14傳統(tǒng)DAQ函數(shù)節(jié)點各個子選板的主要功能如下。（1）AnalogInput子選板（2）AnalogOutput子選板（3）DigitalI/O子選板（4）Counter子選板（5）CalobrationandConfiguration子選板（6）SignalConditioning子選板數(shù)據(jù)采集VI按功能劃分為不同的等級。

（1）頂層（2）第三層（3）第二層（4）底層圖9-15連續(xù)數(shù)據(jù)采集程序框圖9.4數(shù)據(jù)采集助手數(shù)據(jù)采集助手DAQAssistant是LabVIEW7以后版本新增的一個重要工具。它是一個圖形化的界面，主要用于交互式地創(chuàng)建、編輯和運行NI-DAQmx虛擬通道和任務。這個工具通過一個圖形化接口來配置簡單和復雜的數(shù)據(jù)采集任務，從而幫助用戶無需編程即可創(chuàng)建應用程序。DAQAssistant是一個基于步驟的向?qū)?，它可以使用戶無需編程即可配置數(shù)據(jù)采集任務、虛擬通道以及實現(xiàn)縮放操作。用戶可以從NI應用軟件中啟動DAQAssistant，如LabVIEW、LabWindows/CVI、MeasurementStudio或MAX。利用DAQAssistant，用戶可以執(zhí)行以下任務：（1）創(chuàng)建和編輯任務和虛擬通道；（2）添加虛擬通道至任務；（3）創(chuàng)建并編輯量程；（4）測試用戶的配置；（5）保存用戶的配置；（6）在用戶的NI應用軟件中生成代碼以在用戶的應用程序中使用；（7）觀察用戶的傳感器的連接圖。圖9-16DAQAssistant選板圖9-17放置DAQ助手將自動進入MAX界面使用DAQAssistantExpressVI構(gòu)建數(shù)據(jù)采集VI的通用過程如下：（1）打開一個新的VI；（2）在框圖中置DAQAssistantExpressVI；（3）出現(xiàn)DAQAssistant以配置測量任務；（4）配置、命名及測試NI-DAQmx任務；（5）單擊OK按鈕已返回框圖；（6）編輯前面板和框圖完成VI；（7）如果需要的話，生成NI-DAQmxTaskName控件以便在其他應用中使用該任務。圖9-18配置完成后的DAQ助手界面在DAQAssistant中可以選擇測量類型，包括模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入/輸出、計數(shù)器輸入和計數(shù)器輸出。1．模擬輸入模擬輸入用于實施模數(shù)轉(zhuǎn)換。在DAQAssistant中單擊AnalogInput進入下一級子選板，該選板中列舉了模擬輸入可能的測量類型窗口：電壓、溫度、壓力、電流、阻抗、頻率以及自定義的激勵電壓。一旦將所選的虛擬通道添加到用戶任務中就會打開DAQAssistant設置及測試屏。DAQAssistant的較低部分有兩個標簽：TaskTiming（任務定時）和TaskTriggering（任務觸發(fā)）。配置定時和觸發(fā)是配置DAQmx任務的一個重要步驟。（1）任務定時（2）任務觸發(fā)2．模擬輸出

模擬輸出用于實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)模擬輸出DAQmx任務配置的基本步驟與模擬輸入相同。在DAQAssistant中單擊AnalogOutput打開顯示模擬輸出可用類型的屏幕：