LabVIEW數(shù)據(jù)采集編程指南

數(shù)據(jù)采集編程指南上篇

DAQ基礎(chǔ)知識簡介簡介

本節(jié)主要介紹數(shù)據(jù)采集技術(shù)的基本知識點，包括以下三個甑面的內(nèi)容:

1.一個完整數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成部分

2.NI提供了基于哪些平臺的數(shù)據(jù)采集硬件產(chǎn)品，它們分別適用于什么樣的應(yīng)用

領(lǐng)域

3.數(shù)據(jù)采集設(shè)備硬件選型過程中應(yīng)該關(guān)注哪些重要參數(shù)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成

Input/OutputSignakSignalConditioningDataAcquisitionApplication

HardwareHardwareSoft\

Analogz\/\

Digital-TLTL

Counter/

Timer

SensorsM

Motors

Relays

圖1-1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成部分

如圖1-1所示，一個完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常由原始信號、信號調(diào)理設(shè)備、數(shù)

據(jù)采集設(shè)備和計算機四個部分組成。但有的時候，自然界中的原始物理信號并非直

接可測的電信號，所以，我們會通過傳感器將這些物理信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以

識別的電壓或電流信號。加入信號調(diào)理設(shè)備是因為某些輸入的電信號并不便于直接

過行測量，因此需要信號調(diào)理設(shè)備對它過行諸如放大、濾波、隔離等處理，使得數(shù)據(jù)

采集設(shè)備更便于對該信號過行精確的測量。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的作用是將模擬的電信號

轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送給計算機過行處理，或?qū)⒂嬎銠C編輯好的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信

號輸出。計算機上安裝了驅(qū)動和應(yīng)用軟件，新便我們與硬件交互,完成采集任務(wù)，并對

采集到的數(shù)據(jù)過行后續(xù)分析和處理。

對于數(shù)據(jù)采集應(yīng)用來說，我們使用的軟件主要分為三類，如圖1-2所示。首先是

驅(qū)動。NI

的數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備對應(yīng)的驅(qū)動軟件是DAQmx,它提供了一系列API函數(shù)供

我們編寫數(shù)據(jù)采集程序時調(diào)用。并且,DAQmx不光提供支持NI的應(yīng)用軟件

LabVIEW,LabWindows/CVI

的API函數(shù),它對于VC、VB、.NET也同樣支持，新便將您的數(shù)據(jù)采集程序與其

它應(yīng)用程序整合在一起。

應(yīng)用軟件

NlLabVIEW

數(shù)據(jù)采集硬件

圖1-2數(shù)據(jù)采集軟件架極

同時,NI也提供了一款配置管理軟件MeasurementandAutomationExplorer,新便

我們與硬件過行交互，并且無需編程就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能;還能將配置出的數(shù)據(jù)采

集任務(wù)導(dǎo)入LabVIEW,并自動生成LabVIEW代碼。關(guān)于這款軟件的使用新法，在后

面的章節(jié)中會詳細(xì)介紹。

位于最上層的是應(yīng)用軟件。我們推薦使用的是NI的LabVIEW。LabVIEW是

圖形化的開LR環(huán)境,它無需我們有較多的軟件編程基礎(chǔ)，可以簡單、新便地通過圖標(biāo)

的放置和連線的新式開U又?jǐn)?shù)據(jù)采集程序。同時,LabVIEW中提供了大量的函數(shù)，可以

幫助我們對采集到的數(shù)據(jù)過行后續(xù)的分析和處理;LabVIEW也提供大量控件,可以讓

我們輕松地設(shè)計出專業(yè)、美觀的用戶界面。

當(dāng)然,LabVIEW的強大功能不僅僅局限于數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。如果您希望獲得更多

關(guān)于LabVIEW編程斷面的知識，請登陸如下網(wǎng)頁，收看LabVIEW網(wǎng)絡(luò)講壇,NI的專

業(yè)工程師會就LabVIEW編程中的重要知識點為大家做詳細(xì)的講解和演示。

/china/labviewtips

NI數(shù)據(jù)采集硬件產(chǎn)品及其應(yīng)用領(lǐng)域

現(xiàn)在，我們已經(jīng)了解了一個完整數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成部分。那么,NI提供了

哪些數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備供我們選擇呢?首先,針對系統(tǒng)級的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用項目,NI提

供了三大平臺：PXI、CompactDAQ、以及CompactRIO平臺。

先來看一下PXI平臺，如圖2-1。PXI提供了一個基于PC的模塊化平臺。位于

最左邊的

1槽插入PXI控制器，它使得PXI系統(tǒng)具備同PC機一樣強大的處理能力,該控制

器還可

以同時支持Windows操作系統(tǒng)和RT實時操作系統(tǒng)。NI提供最大18槽的PXI

機箱，剩下的槽位可插入多塊PXI數(shù)據(jù)采集板卡，滿足多通道、多測量類型應(yīng)用的需

求，所以PXI系

統(tǒng)是大中型復(fù)雜數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的理想o選。并且,PXI總線在PCI總線的基礎(chǔ)

上增加了觸

I僅和定時功能，更適用于多通道或多機箱同步的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。同時,PXI系統(tǒng)

具有寬泛

的工作溫度范圍和良好的抗震能力，適用于環(huán)境較為惡劣的工業(yè)級應(yīng)用。

圖2-1PXI平臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

接下來是CompactDAQ平臺，如圖2-2所示,CompactDAQ的中文全稱是:緊湊數(shù)

據(jù)

采集系統(tǒng)。CompactDAQ平臺提供即插即用的USB連接，只需要一根USB數(shù)

據(jù)線，就

可以非常新便地與PC機或筆記本電腦連接在一起。1個CompactDAQ機箱中

最多可以

放置8個CompactDAQ數(shù)據(jù)采集模塊。整個CompactDAQ平臺的特點是體積

小巧，低

功耗，便于攜帶，并且成本比較低。

圖2-2CompactDAQ平臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

跟CompactDAQ在外形上類似的是CompactRIO平臺，如圖2-3所示。它們的

數(shù)據(jù)采集模塊是兼容的，即同樣的模塊，既可以插入CompactDAQ機箱，也可以插入

CompactRIO機箱。但與CompactDAQ平臺不同的是,CompactRIO系統(tǒng)配備了實時

處理器和豐富的可重配置的FPGA資源,可脫離PC機獨立運行，也可通過以太網(wǎng)接

口跟上位機過行通信，適用于高性能的、獨立的嵌入式或分布式應(yīng)用。除此以

外,CompactRIO平臺具有工業(yè)級的堅固和穩(wěn)定性，它有-4()~70攝氏度的操作溫度范

圍，可承受高達50g的沖擊力，同時具備了體積小巧、低功耗、和便于攜帶的優(yōu)點，因

此被廣泛應(yīng)用在了車載數(shù)據(jù)采集、建筑狀態(tài)監(jiān)測、PID控制等領(lǐng)域。

圖2-3CompactRIO平臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

除此以外,NI還提供基于其它標(biāo)準(zhǔn)總線接口的數(shù)據(jù)采集模塊，比如PCI數(shù)據(jù)采集

卡,它直接插入計算機的PCI插槽使用。

圖2-4PCI總線接口數(shù)據(jù)采集卡USB數(shù)據(jù)采集模塊，通過USB數(shù)據(jù)線與PC或

筆記本電腦連接。

圖2-5USB總線接口數(shù)據(jù)采集模塊基于Wi-Fi的無線傳輸數(shù)據(jù)采集模塊等等。

圖2-6基于Wi-Fi的無線傳輸數(shù)據(jù)采集模塊

可以靈活地滿足不同的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的需求。

三、硬件選型重要參數(shù)

那么，在選定了系統(tǒng)平臺和傳輸總線的基礎(chǔ)上，面對種類繁多的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，我

們?nèi)绾吾槍ψ约旱膽?yīng)用過行硬件選型呢?選型時我們需要重點考慮如下幾個參數(shù)。

首先，通道數(shù)目,能否滿足應(yīng)用需要。

其次，待測信號的幅度是否在數(shù)據(jù)采集板卡的信號幅度范圍以內(nèi)。

除此以外，采樣率和分辨率也是非常重要的兩個參數(shù)。

采樣率決定了數(shù)據(jù)采集設(shè)備的ADC每秒鐘過行模數(shù)轉(zhuǎn)換的次數(shù)。采樣率越高,

給定時間

內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)越多，就能越好地反應(yīng)原始信號。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，要在

頻域還原信號，采樣率至少是信號最高頻率的2倍;而要在時域還原信號，則采樣率至

少應(yīng)該是信號最高頻率的5~10倍。我們可以根據(jù)這樣的采樣率標(biāo)準(zhǔn),來選擇數(shù)據(jù)采

集設(shè)備。

分辨率對應(yīng)的是ADC用來表示模擬信號的位數(shù)。分辨率越高，整個信號范圍被

分割成的區(qū)間數(shù)目越多，能檢測到的信號變化就越小。因此，當(dāng)檢測聲音或振動等微

小變化的信號時，通常會選用分辨率高達24bit的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。

除此以外，動態(tài)范圍、穩(wěn)定時間、噪聲、通道間轉(zhuǎn)換速率等等，也可能是實際應(yīng)

用中需要考慮的硬件參數(shù)。這些參數(shù)都可以在產(chǎn)品的尤格說明書中查找到。

配置管理軟件MAX簡介

本期節(jié)目主要介紹NI的配置管理軟件Measurement&AutomationExplorer在

數(shù)據(jù)采集

項目中的應(yīng)用。

Measurement&AutomationExplorer,簡稱MAX,是NI提供的新便與NI硬件產(chǎn)

品交互

的免費配置管理軟件。MAX可以識別和檢測NI的硬件;可以通過簡單的設(shè)置，

無需編程

就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能;在MAX中還可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集任務(wù)，直接導(dǎo)入

LabVIEW,并自

動生成LabVIEW代碼。所以，熟練掌握MAX的使用新法,對加速數(shù)據(jù)采集項目

的開LR很有幫助。那么，如何獲取MAX軟件呢?如果您購買了NI的硬件產(chǎn)品，驅(qū)動

光盤中會包含MAX軟件。NI的數(shù)據(jù)采集硬件產(chǎn)品對應(yīng)的驅(qū)動是DAQmx,在安裝

DAQmx驅(qū)動時，默

認(rèn)會附帶安裝上MAX,所以,DAQmx驅(qū)動安裝成功后，在計算機桌面上會出現(xiàn)一

個像地球一樣的藍(lán)色圖標(biāo),這就是MAX的快捷新式。

Demo演示

雙擊該圖標(biāo)過入MAX,在位于左邊的配置樹形目錄中，展開“我的系統(tǒng)＞＞設(shè)備和

接口”，找到“NI-DAQmx設(shè)備”一項。連接在本臺電腦上的NI數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備都

會羅列在這里?，F(xiàn)在用于演示的筆記上連接了USB接口的9211A熱電偶溫度采集

模塊，和6251多

功能數(shù)據(jù)采集模塊,所以在“NI-DAQmx設(shè)備”的下新,出現(xiàn)了NIUSB-9211A和

USB-6251,默認(rèn)的設(shè)備名為“Dev*”，如圖1-1所示。

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圖1-1MAX下的DAQmx設(shè)備

鼠標(biāo)右鍵點擊設(shè)備,可以過行一系列操作，如圖1-2所示。

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設(shè)備引腳

待助(H)

圖1-2右鍵快捷菜單功能

首先可以對產(chǎn)品過行自檢,通過自檢說明板卡工作在正常狀態(tài)，如果板卡U又生了

硬件損壞,MAX將報出自檢失敗的信息。同時，可以更改設(shè)備名，當(dāng)系統(tǒng)中使用多個

數(shù)據(jù)采集模塊時，給每個模塊一個有意義的命名，可以幫助我們區(qū)分模塊，并且在編程

選擇設(shè)備的時候提高程序的可讀性。另外，選擇“設(shè)備引腳”，將顯示硬件引腳定義圖,

便于連線。

鼠標(biāo)左鍵點擊設(shè)備名，在中間的窗口中會顯示硬件相關(guān)信息。屬性:產(chǎn)品序列號;

設(shè)備連線:硬件內(nèi)部連接;校準(zhǔn):校準(zhǔn)信息。如圖1-3所示。

如果沒有現(xiàn)成的數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備，但希望運行LabVIEW程序驗證一下硬件功

能，還可

以在MAX下仿真一塊硬件。新法是鼠標(biāo)右鍵點擊“NI-DAQmx設(shè)備”，選擇創(chuàng)

建NI-DAQmx仿真設(shè)備,選擇指定型號，如圖1-4所示。真實的板卡是綠色的,仿真的

板卡是黃色的。

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圖1-4創(chuàng)建仿真DAQmx設(shè)備

那么,如何在MAX下無需編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能呢?MAX提供了兩種新便易

用的工具，第一種是TestPanels測試面板。通過USB-6251演示,AO()(22pin連續(xù)輸

出一個頻率1Hz,幅度-5~+5V的正弦電壓信號;并用AIl(33pin回采。如圖1-5所

示。由于AI、A0共地，所以選擇單端接地RSE的輸入模式。如果待采集的信號和

數(shù)據(jù)采集板卡不共地，則推薦使用差分輸入的模式，以去除共模電壓。

1W試面板:N1USB-6251(MassTerm[nation):…

圖1-5測試面板的使用

第二種新法是創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集任務(wù)，如圖1-6所示，通過USB-9211A演示。數(shù)據(jù)采

集任務(wù)創(chuàng)建完畢后,拖放到VI的程序框圖中，右鍵點擊“生成代碼”，可自動轉(zhuǎn)換為

LabVIEW程序。

兩種新法的具體操作請參考視頻中演示。

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圖1-6在MAX中創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集任務(wù)

與此同時，選擇MAX下數(shù)據(jù)采集任務(wù)中的“連線圖”選項卡，還可以看到硬件連

接示意圖。在本次演示中，熱電偶的兩級分別與9211A差分輸入通道AI0的+、1集

相連。如圖1-7所示。

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圖1-7數(shù)據(jù)采集任務(wù)對應(yīng)的物理連線圖

DAQ助手ExpressVI簡介

本期節(jié)目介紹一種簡單易用的編程工具——LabVIEW中的“數(shù)據(jù)采集助手“快

速VI。

LabVIEW提供了一系列快速VI,又稱ExpressVI。它們的作用是簡單、新便，無

需使用底層VI過行編程，只需要通過簡單的窗口配置就能實現(xiàn)應(yīng)用?！皵?shù)據(jù)采集助

手”就是專

用于數(shù)據(jù)采集任務(wù)的快速VI。我們通過Demo演示如何使用它來實現(xiàn)模擬輸

入輸出和數(shù)

字輸入輸出的數(shù)據(jù)采集功能。

硬件

演示用到的硬件基于CompactDAQ平臺，包括了:CompactDAQ機箱9172,如圖

1-1所示。它支持USB連接,可以通過一根USB數(shù)據(jù)線將它跟計算機相連。它有8

個槽位，可放置8個CompactDAQ模塊，這些模塊都支持熱插拔。

圖1-1CompactDAQ機箱9172

以及四個cDAQ數(shù)據(jù)采集模塊，它們分別是：

9201,8通道±10V模擬電壓輸入模塊

9263,4通道±10V模擬電壓輸出模塊

2個9401,8通道TTL高速雙向數(shù)字I/O模塊

要實現(xiàn)的功能是，用9263輸出兩個通道(AOO、AO1的模擬信號供9201采集

(AI()、All,用9401輸出兩個通道(P0.0、P0.1的數(shù)字信號供另一塊9401采集(P0.0、

P0.K各模塊引腳間連線如圖1-2所示。

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