徐圣龍

摘要本系統(tǒng)以數(shù)據(jù)采集卡和PC機為主要硬件，構建了基于的多通道數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，設計了人機界面。該系統(tǒng)結構簡單、抗干擾性強、實時性好，具有較高的穩(wěn)定性和可靠度。

關鍵詞虛擬儀器；LabVIEW；數(shù)據(jù)采集和分析

中圖分類號：TP274文件標識碼：A 文章編號：1671-489X（2007）02－0067-02

Design of Multi-channel Data Acquisition and Analysis System Based on Technology of Virtual Instruments//Xu Shenglong

Abstract The main hardware of this system is data acquisition card and PC. Man-machine interface is presented. The system has simple constitution, high anti-interference performance, and good stability and reliability.

Key words virtual instrument; Lab VIEW; data acquisition and analysis

Author's address Lianyungang Vocational Education Center, Lianyungang 222000

虛擬儀器的出現(xiàn)開創(chuàng)了儀器儀表領域的新的里程碑，目前，很多發(fā)達國家已經將虛擬儀器技術廣泛應用于航天、通訊、生物醫(yī)學、地球物理、電子、機械等各個領域，進行工程技術工作和科學研究。在我國，目前雖只是將它更多地用在產品性能測試、設備故障診斷、生產過程控制等方面，卻也由此取得了很多技術上突破性的成果。

虛擬儀器不但操作靈活而且集成方便，它既可以和高速數(shù)據(jù)采集設備構成自動測量系統(tǒng)，又可以和控制設備構成自動控制系統(tǒng)?？梢酝耆珜崿F(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀器的全部功能。

1 虛擬儀器在測試技術中的應用

近年來，隨著測試技術的迅猛發(fā)展，信號的采集和分析技術也越來越受到重視。下面我們就以虛擬儀器在多通道的數(shù)據(jù)采集和分析中的應用來進一步闡述其優(yōu)越性。

要實現(xiàn)信號的多通道采集和分析功能，傳統(tǒng)測試中，首先必須要選擇合適的傳感器來保證采集系統(tǒng)的精確度和靈敏度。然后，還需頻譜分析儀來分析所采信號的成分，運算放大器實現(xiàn)對信號波形的數(shù)學運算（以便發(fā)現(xiàn)信號或信號間的微妙關系）。特別是隨著計算機技術的廣泛應用，傳統(tǒng)的儀器設備缺乏相應的計算機接口，這就使得實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理十分困難。

而將虛擬儀器與測試技術相結合后，就可以迅速改變這種狀況。本數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)原理圖如圖1所示。完成此硬件的連接后，再根據(jù)不同數(shù)據(jù)采集卡廠商所提供的調用函數(shù)的形式，直接在軟件編程的LabVIEW（LabVIEW是一種虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，它采用圖形化編程方式，直觀簡便，目前應用最為廣泛）中驅動該數(shù)據(jù)采集卡，就可以很方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和分析功能。

圖1 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理原理圖

2 硬件電路部分

2.1藍津采集卡

采集卡實際上就是實現(xiàn)將模擬信號轉換成數(shù)字信號的功能。本次采用的藍津采集卡是德普施科技有限公司的產品。它具有12位分辯率,最高200kHz采樣頻率, 8通道A/D輸入,2通道D/A輸出,帶光電隔離的16路數(shù)字I/O。它與PC機之間通過并行接口電纜連接，采用EPP的通訊模式。

2.2 EPP接口

EPP(Enhanced Parallel Port,增強型并口)是可以進行雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，并與標準的SPP協(xié)議完全兼容。與SPP相比，EPP不需要其它從主機送來的信號就能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)交換。

由于并口的數(shù)據(jù)傳輸率本身就比串口快很多，而EPP又和SPP使用相同的25針D型連接器，由此，當并行口處于EPP模式時，實際上只用了8條數(shù)據(jù)線和5條信號線。從而在允許更大容量數(shù)據(jù)傳輸(500～1000byte/s)的同時,有效支持了并口和外設間的雙向數(shù)據(jù)交換，兼顧了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难杆傩院蜏蚀_性。

2.3 PC機

裝有LabVIEW的PC機主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡的驅動和軟件的編程。這在下面的軟件設計中重點介紹。

3 軟件設計部分

3.1 采集卡的調用

德普施公司為藍津采集卡提供了專門的調用函數(shù)形式（Usbcard.dll文件），該調用是在藍津數(shù)據(jù)采集卡成功安裝后，為調用labview中驅動該數(shù)據(jù)采集卡的VI所設。只要根據(jù)Usbcard.dll中的調用形式，相應設置底層接口Advanced子模塊 ，最后將Usbcard.dll拷到對應VI文件下。

3.2 主程序圖

Labview流程圖主要設計部分如下圖2所示。

圖2labview流程圖設計主要部分圖

3.3 主界面

主界面即labview前面板設計如圖3所示。

圖3 虛擬儀器實驗臺

此設計可以在每次采集時進行通道配置，在通道號中輸入要采集通道的名稱（可以實現(xiàn)1~8通道采集）、采樣頻率及采樣長度?？梢詫κ欠駥?shù)據(jù)寫入文件進行選擇，同時還可以改變工作路徑。波形顯示部分可以實現(xiàn)示波器、頻譜分析儀、自相關函數(shù)及功率譜的分析顯示功能。在測試一些復雜信號時，通過這些分析和處理，就可以從噪聲中分離出有用的信息，有效保證檢測的準確性和精確度。事實上，很多測試都必須消除因噪音干擾、糾正設備故障而破壞的數(shù)據(jù)，或者補償環(huán)境影響，如溫度和濕度等，因而這種系統(tǒng)可以被廣泛應用到生物醫(yī)學數(shù)據(jù)處理、語音識別、數(shù)字音頻和圖像處理等各種領域。

4 結束語

試驗表明，這種集成的虛擬測量系統(tǒng)可實現(xiàn)自動測量、自動記錄、自動數(shù)據(jù)處理。與采集系統(tǒng)相比具有不可比擬的優(yōu)勢，首先其設備的成本就可大幅降低，一套完整的實驗測量設備少則幾萬元，多則幾十萬元。在同等的性能條件下，相應的虛擬儀器價格要低二分之一甚至更多。而在測量精度上，虛擬儀器測試除了受虛擬儀器以外的傳感器、放大器等硬件設施的影響是不可避免的外，其他測量精度均可以由計算機為載體的軟件來控制調控。因而測量值較用傳統(tǒng)方法得到的測量值相比，更加可靠、準確，精確。一言以蔽之，虛擬測量系統(tǒng)不僅性價比高，通用性強，易于開發(fā)，數(shù)據(jù)處理簡單，還可以大大縮短開發(fā)時間。從而帶來虛擬儀器在儀器計量領域中強大的生命力和廣闊的前景。