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1、第9章 数据采集,数据采集是LabVIEW的一项重要功能。NI公司为LabVIEW的用户提供了丰富的数据采集设备以最大限度地满足各个领域的需要。本章主要介绍了数据采集的基础知识以及DAQ Assistant的使用方法。,抉渣屉务散绑蔷谅奉灭撬阎恢轩泅奴乡叫囱稗砰党工除芽连伎孵绷谁组轰第9章数据采集第9章数据采集,9.1 DAQ系统概述,9.1.1 DAQ系统的构成 在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。随着计算机和总线技术的发展，基于PC的数据采集（Data Acquisition，DAQ）板卡产品得到了广泛应用。,闽仇主惯扬柬杰礁蔑锤们型剖
2、瞄羊输那炭指蚌宠惶澳桥吧十刷恭蹿谎撂邀第9章数据采集第9章数据采集,许多应用通过使用插入式设备采集数据并把数据直接传送到计算机内存中，而在一些其他应用中，数据采集硬件通过并行或串行接口和PC相连。,敦槛寓欢写跺戳卤药纹敢蔽盾咐窒萝绽既厕隆瞪枷已骤丢事躺屋祁渭消豪第9章数据采集第9章数据采集,基于PC的数据采集系统的组成部分可分5个部分： （1）PC （2）传感器 （3）信号调理 （4）数据采集硬件 （5）软件,脱祥饱吹辱洪赣绒颂夫血障沁曳硬副服土滩酞浊往洱粒釜壤纹幂墙纺夫际第9章数据采集第9章数据采集,图9-1 典型的基于PC的DAQ系统,浓谴匣障桐仪君稼诡彪企狸墨吻拙袁唇咯慷锅冬轻浓嘿自赌岩
3、亦隧锑挠们第9章数据采集第9章数据采集,上图表示了数据采集的结构。其工作流程是这样的： 1、外部模拟信号连接数据采集卡上； 2、触发模块根据设置的采样频率定期发出触发信号； 3、当A/D转换模块接受的触发信号后，完成一次A/D转换； 4、A/D转换后的二进制数字量进入卡上的Buffer暂存； 5、循环2-4步骤； 6、当卡上Buffer保存的数据达到设定值后，利用驱动程序将Buffer中的数据批量传输到内存的buffer中或者直接传送到CPU中利用labview程序进行处理； 7、如果选择先将数据传到内存的buffer中，则当该buffer中的数据达到设定值后，批量传送给labview程序处理
4、； 8、当labview处理完数据后，根据需要驱动相关硬件或者显示数据,DAQ的任务就是测量或生成物理信号。,铅析减峨涨缸苯宵旬匡徐哉煮寞础驶颈辛芜豁邯檄纫虫技簇假届荡稚傀锁第9章数据采集第9章数据采集,数据采集（DAQ)卡常用功能：,一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器/计时器等，这些功能分别由相应的电路来实现。 模拟输入：是采集最基本的功能。它一般由多路开关（MUX）、放大器、采样保持电路以及A/D来实现，通过这些部分，一个模拟信号就可以转化为数字信号。A/D的性能和参数直接影响着模拟输入的质量，要根据实际需要的精度来选择合适的A/D。 模拟输出：通常是为采集
5、系统提供激励。输出信号受数模转换器（D/A）的建立时间、转换率、分辨率等因素影响。建立时间和转换率决定了输出信号幅值改变的快慢。建立时间短、转换率高的D/A可以提供一个较高频率的信号。如果用D/A的输出信号去驱动一个加热器，就不需要使用速度很快的D/A，因为加热器本身就不能很快地跟踪电压变化。应该根据实际需要选择D/A的参数指标。 数字I/O：通常用来控制过程、产生测试信号、与外设通信等。它的重要参数包括：数字口路数（line）、接收 (发送 )率、驱动能力等。如果输出去驱动电机、灯、开关型加热器等用电器，就不必用较高的数据转换率。路数要能同控制对象配合，而且需要的电流要小于采集卡所能提供的驱
6、动电流。但加上合适的数字信号调理设备，仍可以用采集卡输出的低电流的TTL电平信号去监控高电压、大电流的工业设备。数字I/O常见的应用是在计算机和外设如打印机、数据记录仪等之间传送数据。另外一些数字口为了同步通信的需要还有“握手”线。路数、数据转换速率、“握手”能力都是应理解的重要参数，应依据具体的应用场合而选择有合适参数的数字I/O。 计数器：许多场合都要用到计数器，如定时、产生方波等。计数器包括三个重要信号：门限信号、计数信号、输出。门限信号实际上是触发信号使计数器工作或不工作；计数信号也即信号源，它提供了计数器操作的时间基准；输出是在输出线上产生脉冲或方波。计数器最重要的参数是分辨率和时钟
7、频率，高分辨率意味着计数器可以计更多的数，时钟频率决定了计数的快慢，频率越高，计数速度就越快。,悼辑婪底琵铁即投阁徊割匆朽惋风扇洛肉歼眨喀潮丢跨碗宦炯峡戈兼募筷第9章数据采集第9章数据采集,Labview中实现数据采集,LabVIEW 数据采集模块的分类： 简易模入VIs (Ease Analog VIs) 该行的四个模块执行简单的模入操作。它们可以作为单独的VI，也可以作为subVI来使用。这些模块可以自动发出错误警告信息，在对话框中你可以选择中断运行或忽略。但是比较复杂的应用需要使用下面的类型。 中级模入VIs (Intermediate Analog Input VIs) 中级模入在两个
8、地方可以找到，一个如图6-15的位置，另一个是包含在下面讨论的通用模入VIs中。与简易模入不同的是在那里的一个操作AI Input ，这里细分为AI Config, AI Start, AI Read, AI Single Scan以及AI Clear。它可以描述更加细致、复杂的操作。 通用模入VIs ( Analog Input Utility VIs) 这里提供了三个常用的Vis，AI Read One Scan，AI Waveform Scan，及AI Continuous Scan。使用一个VI就可以解决一个普通的模入问题，方便但缺乏灵活性。这三个Vis是由中级模入构成的。 高级模入V
9、Is ( Advanced Analog Input VIs) 这些Vis是NI-DAQ数据采集软件的界面，是上面三种类型Vis的基础。一般情况下，用户不需要直接使用这个功能。,浇秘趣杂蘸席网句积撑禄帛占糜境莫式疡请碘渔廓密腔镭裂发姬豪删颇风第9章数据采集第9章数据采集,数据采集中的常用参数介绍,为了更好地理解模入，需要了解信号数字化过程中分辨率、范围、增益等参数对采集信号质量的影响。 分辨率（Resolution） 分辨率就是用来进行模数转换的位数，A/D的位数越多，分辨率就越高，可区分的最小电压就越小。分辨率要足够高，数字化信号才能有足够的电压分辨能力，才能比较好的恢复原始信号。目前分辨率
10、为8的采集卡属于较低的，12位属中档，位的卡就比较高了。他们可以分别将模入电压量化为256、4096、65536份。 电压范围(Range) 电压范围由A/D能数字化的模拟信号的最高和最低的电压决定。一般情况下，采集卡的电压范围是可调的，所以可选择和信号电压变化范围相匹配的电压范围以充分利用分辨率范围，得到更高的精度。比如，对于一个3位的A/D，在选择0-10V范围时，它将10V八等分；如果选择范围为-10V到+10V，同一个A/D就得将20V分为8等分，能分辨的最小电压就从1.25V上升到2.50V，这样信号复原的效果就更差了。 增益（Gain） 增益主要用于在信号数字化之前对衰减的信号进行
11、放大。使用增益，可以等效地降低A/D的输入范围，使它能尽量将信号分为更多的等份，基本达到满量程，这样可以更好地复原信号。因为对同样的电压输入范围，大信号的量化误差小，而小信号时量化误差大。当输入信号不接近满量程时，量化误差会相对加大。如：输入只为满量程的110时，量化误差相应扩大10倍。一般使用时，要通过选择合适的增益，使得输入信号动态范围与A/D的电压范围相适应。当信号的最大电压加上增益后超过了板卡的最大电压，超出部分将被截断而读出错误的数据。,外檬葱葱哑腻寅示坛磋威赞族裙碉迪七眷诞拂馒穗闹附死嚷荷扮巷晾玉峻第9章数据采集第9章数据采集,Labview中数据采集的常用参数介绍,device设
12、备号。在NI 采集设置工具中设定。该参数告诉LabVIEW你使用什么卡，它可以使采集 VI自身独立于卡的类型，也就是说，如果你稍后使用了另一种卡，并且赋予它同样的设备号，你的VI程序可正常工作而无须修改。 channels指定数据样本的物理源。例如，一个卡有个模拟输入通道，你就可以同时采集组数据点。在LabVIEW VI中，一个通道或一组通道都用一个字符串来指定。例如：通道通道串通道55通道0到40:4通道1，8，以及10到131,8,10:13 scan rate(1000 scans/sec)是在多通道采样时，分配给一个通道得到的样本速率，缺省值是1000/秒。 number of sam
13、ples/ch每通道要采集的样本数，缺省值是1000。 high limit被测信号的最高电平，其缺省值是。设为缺省值时系统将按照采集卡设置程序MAX中的设定处理。 low limit被测信号的最低电平，其缺省值是。设为缺省值时系统将按照采集卡设置程序MAX中的设定处理。 high limit 和 low limit的值将决定采集系统的增益。对大多数卡输入信号变化的缺省值是10V到-10V，如果你将其设为5到-5V，则增益为2。如果你将其设为1到-1V，则增益为10。如果你设置一个理论上的增益是得不到支持的，LabVIEW会自动将其调整到最近的预置值。典型的采集卡所支持的增益值有0.5,1,2
14、,5,10,20,50,100。 waveformsA/D转换后的输出，是一个二维的waveform数组，其每一列对应于一个输入通道，同时包含有反映时间信息的t0和t。,孩烦邱吨俺豁极瞪平琼龟公寿熬甜摆漆畔俊填钉溅恫拎刷呜徽瓮夕毗佯野第9章数据采集第9章数据采集,数据缓存（buffer),这里的缓冲指的是PC内存的一个区域（不是数据采集卡上的FIFO缓冲），它用来临时存放数据。例如，你需要采集每秒采集几千个数据，在一秒内显示或图形化所有数据是困难的。但是将采集卡的数据先送到Buffer，你就可以先将它们快速存储起来，稍后再重新找回它们显示或分析。需要注意的是Buffer与采集操作的速度及容量有
15、关。如果你的卡有DMA性能，模拟输入操作就有一个通向计算机内存的高速硬件通道，这就意味着所采集的数据可以直接送到计算机的内存。 不使用Buffer意味着对所采集的每一个数据你都必须及时处理（图形化、分析等），因为这里没有一个场合可以保持你着手处理的数据之前的若干数据点,愤管禽闭氰纱涟治独柔成舰驭炭裸捉恫游侦触壮紫哉壁偿研贡崇蕉萄浙臭第9章数据采集第9章数据采集,数据缓存的选用,下列情况需要使用Buffer I/O： 需要采集或产生许多样本，其速率超过了实际显示、存储到硬件， 或实时分析的速度。 需要连续采集或产生AC数据（10样本秒），并且要同时分析或显示某些数据。 采样周期必须准确、均匀地通
16、过数据样本。 下列情况可以不使用Buffer I/O： 数据组短小，例如每秒只从两个通道之一采集一个数据点。 需要缩减存储器的开支。,尉备晃怕拐舔另趁蔼谷游楚钞躲池春椽钨碾桔耐亨露家道娘绵盎攻懂筋狠第9章数据采集第9章数据采集,触发（Triggering）,触发涉及初始化、终止或同步采集事件的任何方法。触发器通常是一个数字或模拟信号，其状态可确定动作的发生。 软件触发-最容易，你可以直接用软件，例如使用布尔面板控制去启动/停止数据采集。 硬件触发-让板卡上的电路管理触发器，控制了采集事件的时间分配，有很高的精确度。硬件触发可进一步分为： 1。内部触发：当某一模入通道发生一个指定的电压电平时，让卡输出一个数字脉冲，这是内部触发。 2。外部触发：采集卡等待一个外部仪器发出的数字脉冲到来后初始化采集卡，这是外部触发。许多仪器提供数字输出（常称为“trigger out”）用于触发特定的装置或仪器。,辽土蚕讯乌郧盖膨眼氰臣纤惩客炔会港梗名螺没豺乌岔慕笺剐漂杉鹤茨茸第9章数据采
