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1、 论文题目： 基于LabVIEW的单通道 数据采集系统 LabVIEW-based Single-channel 目录摘要IAbstractII1 引言11.1虚拟仪器简介11.2 课题背景11.2.1 测控技术的国内外发展现状11.2.2 LabView发展的几个重要阶段：21.3 本设计所做的工作22 虚拟仪器42.1虚拟仪器技术概述42.1.1 虚拟仪器的概念42.1.2 虚拟仪器的特点及优势42.1.3 虚拟仪器和传统仪器的比较52.1.4 虚拟仪器的软件结构52.2 虚拟仪器的开发软件62.2.1 虚拟仪器的开发语言62.2.2 图形化虚拟仪器开发平台LabVIEW62.2.3 基于
2、LabVIEW平台的虚拟仪器程序设计73 采样系统设计理论及硬件平台的实现93.1 PC机的要求93.2 数据采集理论93.2.1 数据采集技术概论93.2.2 采样定理103.2.3 采集系统的一般组成及各部分功能描述103.2.4 传感器113.2.5 信号调理113.3 数据采集器的选择123.3.1 数据采集器的主要性能指标123.3.2 数据采集器(DAQ卡)的组成133.3.3 NI DAQPAD-6016数据采集器133.4 数据采集系统总体硬件框图143.5 模拟输入和输出143.5.1 模拟输入信号143.5.2 模拟输入采集系统154 软件功能的实现204.1 程序框功能图
3、204.2 数据采集程序204.2.1 采样压缩程序204.2.2 对齐和重采样程序224.2.3 采用多种滤波器程序244.2.4 统计信号程序264.2.5 历史数据查寻程序264.3 用户介面27参考文献30致谢31附录32摘要就目前工业自动控制领域的现状与未来发展趋势，提出了一个基于虚拟仪器技术构建的综合测试系统设计方案。详细论述了以数据采集器和通用PC机为核心硬件资源，利用LabVIEW 语言设计一个综合测试系统的设计思想、结构组成、实现方法和功能。并以采集正弦波为例，通过采样滤波对所采集的信号进行深度加工处理、显示、保存等操作。与传统测试系统相比，基于虚拟仪器技术的综合测试系统，具
4、有可操作性强，通用性好，性价比高，功能强大，快捷方便，可实现数据的自动采集、数据保存、原始波形恢复，在工程实际中具有广阔的应用前景。关键字：虚拟仪器；滤波器；数据采集器； LabVIEWAbstractThe field of industrial automation on the current status and future trends, proposed based on virtual instrument technology to build an integrated measurement system. Discussed in detail to the data
5、acquisition card and PC, as the common core hardware resources, using LabVIEW language design an integrate measurement system, composition, method of implementation and functionality. And to collect sine wave, for example, collected through the sampling filter to the depth of the signal processing,
6、displaying and saving operations. Compared with the traditional measurement system, based on virtual instrument technology, integrated test system is easy to operate, superior versatility, cost-effective, powerful, fast and convenient, enabling automatic data collection, data preservation, restorati
7、on of the original wave function, in engineering practice and has broad application prospects.Key words: Virtual Instrument, Filter, Data Acquisition Card , LabVIEW- 33 -1 引言1.1虚拟仪器简介随着计算机技术、大规模集成电路等技术的飞速发展，仪器系统与计算机技术紧密结合，使得传统仪器的概念得以突破，出现了一种全新的仪器概念虚拟仪器（Virtual Instrumentation, VI）。1虚拟仪器的核心是应用计算机上的虚拟
8、仪器软件系统进行仿真。图形化软件开发环境 LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是目前实现虚拟仪器软件设计最流行的工具之一，其广泛地被工业、学术和研究实验室认可并接受，被公认为标准的数据采集仪器控制软件，现已成为测试测量和控制行业的标准软件平台。12测控技术在现代科学技术、工业生产和国防科技等诸多领域中应用十分广泛，它的现代化已被认为是科学技术、国防现代化的重要条件和明显标志2。20世纪70年代以来，计算机、微电子等技术迅猛发展，在其推动下，测控仪器与技术不断进步，相继诞生了智能仪器、PC仪器、VXI仪器、虚拟
9、仪器及互换性虚拟仪器等微机化仪器及其自动测控系统，计算机与现代化仪器设备间的界限日渐模糊，测控领域和范围不断拓宽1。近年来，以计算机为中心、以网络为核心的网络化测控技术与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科技领域13。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，软件系统是计算机系统的核心，甚至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9。因此，这种“监控软件数据采
10、集系统”构架的测控系统结构在很多领域都得到了广泛的应用，并形成了一套完整的理论。1.2 课题背景1.2.1 测控技术的国内外发展现状20年来，无论是初学的新手还是经验丰富的程序开发人员，虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎，这都归功于其直观化的图形编程语言11。虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自然地显示您的数据流，同时地图化的用户界面直观地显示数据，使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入。美国国家仪器公司NI（National Instruments）提出的虚拟测量仪器（VI）概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和
11、仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河。10“软件即是仪器”这是NI公司提出的虚拟仪器理念的核心思想。从这一思想出发，基于电脑或工作站、软件和I/O部件来构建虚拟仪器7。I/O部件可以是独立仪器、模块化仪器、数据采集板（DAQ）或传感器6。NI所拥有的虚拟仪器产品包括软件产品（如LabVIEW）、GPIB产品、数据采集产品、信号处理产品、图像采集产品、DSP产品和VXI控制产品等7。1.2.2 LabView发展的几个重要阶段：表1-11 LabView发展的几个重要阶段时间段成果第一阶段1974-1979通用仪器总线(GPIB)的出现，GPIB实现了计算机与测控系统的首次结合，使
12、得测量仪器从独立的手工操作单台仪器开始走向计算机控制的多台仪器的测控系统第二阶段1980-1989XI标准化仪器总线的出现，VXI系统可以将大型计算机昂贵的外设、VXI设备、通信线路等硬件资源以及大型数据库程序等软件资源纳入网络，使得这些宝贵的资源得以共享第三阶段1990-1999总线技术的出现带动了现场总线控制系统(FCS)的迅速发展，使得可以在一个工厂范围内通过总线将成千上万个智能传感器/变送器等智能化的仪表组成一个网络化测控仪器系统第四阶段2000-现在基于Internet或大型局域网的网络化测控系统，即通常所说的分布式测控网络1.3 本设计所做的工作本设计以单通道进行设计，从传感器来的
13、模拟输入信号，经过信号A/D转换后，输入到NI DAQPad-6016数据采集器，然后经过USB2.0接口送入PC机，由软件进行数据处理，包括数据的滤波（采用多种滤波器进行滤波），采样波形的实时显示，边采集边保存，然后通过不同的主控程序实现了历史数据的显示、波形的还原，数据流如图1-1所示。模拟信号A/D转换数据采集PC机显示图1-1 数据流数据采集器TXT文件历史数据显示其他应用软件的二次应用历史波形恢复对比对比2 虚拟仪器2.1虚拟仪器技术概述2.1.1 虚拟仪器的概念所谓虚拟仪器(Virtual Instruments)，就是以通用PC为核心的硬件平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板，测
14、试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标、键盘或其他外设操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器。虚拟仪器的出现使测量仪器与个人计算机的界限模糊了。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理，利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。92.1.2 虚拟仪器的特点及优势虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。虚拟仪器技术十分符合国际上流行的“硬件软件化”的发展趋势，因而常被
15、称作“软件仪器”。同其他技术相比，虚拟仪器技术具有四大优势：21、性能高技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全继承了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。2、扩展性强NI的软硬件工具使得我们不再受限于当前的技术中。这得益于NI软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统。在利用最新科技的时候，我们可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。3、开发时间少在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操
