专业课程设计 双通道数据采集回放系统

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1、 上海理工大学上海理工大学 专业课程设计说明书 实验名称实验名称:双通道数据采集回放系统双通道数据采集回放系统 姓名：姓名： 班级：班级： 电信一班 学号：学号： 1112030108 指导教师指导教师： 金晅宏 日期日期： 2014 年 9 月 18 日 目录目录 一、设计目的及意义 - 1 二、设计原理 - 1 （一）波形发生测量系统 - 1 （二）频谱分析 - 1 三、设计任务及要求 - 2 四、 设计思路和程序结构分析 - 3 （一）设计思路 - 3 （二）程序结构分析 - 4 五、 程序难点分析及解决办法： - 7 六、 程序调试心得 - 8 七、 设计总结 - 8 八、 参考资料

2、- 8 第 1 页 一、一、设计目的及意义设计目的及意义 信息获取、信息处理、信息传输和控制是信息技术及系统的重要组成部分。 虚拟仪器则是仪器技术与计算机技术深层次结合的产物， 本设计是在虚拟仪器的 标准化、系列化、模块化的硬件和软件平台上，利用数字信号处理技术、传感器 技术、虚拟仪器技术等专业基础理论及专业基础知识，建立一个具有信号采集、 信号处理与分析数据采集回放系统， 旨在训练和培养学生综合运用专业知识的基 本技能及工程实践能力，理论联系实际，巩固和进一步理解基础理论知识，初步 形成和掌握信息系统的设计、应用和开发能力。 二、设计原理二、设计原理 在双通道数据采集回放系统设计中，首先是实

3、现基本波形模拟发生、数据采 集记录、其次是对记录数据进行回放、分析处理。以下就每一个部分进行原理介 绍。 （一）波形发生（一）波形发生测量系统测量系统 这是一个虚拟的波形发生器，它能实现基本波形的发生包括方波、正弦波、 锯齿波等。用循环控制波形发生的频率。 同时要建立一个实用的数据采集系统， 必须了解一些关于模拟信号采集过程 和模拟输入系统设计的基本知识。根据信号的特征和测试目的，模拟信号可以分 为 3 类： 1.对于随时间缓慢变化的信号，例如容器的液位、对象的温度等，通常叫做 直流信号。对直流信号一般只需要比较慢的采样频率。 2对于随时间变化较快得信号，如果需要了解它的波形，则把它作为一个

4、时域信号来处理。这时候就需要比较高的采样频率。 3对于随时间变化较快的信号，如果需要了解它的的频率成分，则把它作 为一个频域信号处理。根据来彻斯特理论，要得到准确的频率信息，采样率必须 大于信号最大频率成分的两倍。采样率的一半叫来彻斯特频率。这实际上意味着 对于最大频率的信号成分每一个周期只采样两个数据点， 这对于描述信号的波形 是远远不够的。工程实际中一般使用信号最高频率成分 410 倍的采样率。 （二）频谱分析（二）频谱分析 信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域， 而频谱分析正是信号处理中一个 非常重要的分析手段。 一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成， 价格昂贵， 体积庞大，不便于工

5、程技术人员的携带。虚拟频谱分析改变了原有频谱分析的整 体设计思路，用软件代替了硬件。使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场 就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。 时间域分析：时间域分析是最直观也是第一步的分析。从时域分析中既可做 出一些原始判断，又可确定进一步分析的方向和目标。 频谱分析：将时域信号变换成频域信号再分析称为频谱分析。由于时域信号 分为连续信号和离散信号，连续信号又可分为绝对可积、平方可积和均方可积； 离散信号又可分为绝对可和、平方可和和均方可和，故对应的频谱可分为多种。 第 2 页 时域加窗：时域加窗可减少泄露，还有其他用途，加窗可加矩形窗、海窗、 平顶窗、力窗和指数窗等

6、，注意每种窗都是既有优点、又有缺点。 矩形窗（None） （也叫均匀窗、不加窗） 它的功能仅为以采样时间为窗 长度截断原始信号，它的泄露较大，仅用于无泄露场合。 海窗 包括汉宁窗（hannning）和汉明窗(hamming)，用于减少泄露，缺点 在于频域主瓣比矩形窗主瓣宽，确定峰值频率时误差较大。加海窗会降低峰值高 度。 平顶窗（flat top） 它主要用于提高分析仪的幅值读书精度。输入一个峰 值已知的正弦波，用平顶窗在频域读数，可发现它的读数最接近于真正峰值。 布拉克曼窗（Blackman） 为了更进一步抑制旁瓣，可再加上余弦的二次 谐波分量，得到布拉克曼窗。布拉克曼窗的旁瓣衰减加大，但同

7、时主瓣宽度也相 应的加宽了。 三、设计任务及要求三、设计任务及要求 （一）根据系统要求设计两个前面板（一）根据系统要求设计两个前面板 设计系统的采集记录前面板。采集记录前面板，可分为六个部分： 1.双通道波形的发生。可以选择通道的波形，设置波形的频率和幅度。 2.窗口设置。可以设置 X 轴和 Y 轴的刻度。 3.采集按钮。按下采集按钮采集数据、显示 4.记录按钮。按下记录按钮，对当前采集数据进行保存。 5.回放按钮。按下回放按钮，将弹出新界面。对当前保存数据进行分析处理 显示。 6.停止按钮。停止按钮控制仪器结束运行。 采集记录前面板，可分为三个部分： 1保存原始数据回放，可以设置拖动曲线进行

8、缩放。 2滤波数据窗口，可以设置滤波函数。 3频谱分析数据窗口，可以设置选择加窗类型。 （二）编制功能框图（二）编制功能框图 根据系统要求编写软件实现系统功能。必要时要设计程序流程图 第 3 页 四、四、设计思路和程序结构分析设计思路和程序结构分析 （一一）设计思路设计思路 设计双通道数据采集回放系统， 需要实现基本波形模拟发生、 数据采集记录、 其次是对记录数据进行回放、分析处理。 1.双通道波形的发生双通道波形的发生 这是一个虚拟的波形发生器，它能实现基本波形的发生包括方波、正弦波、 锯齿波等。通过选择，两通道可以产生所需的波形，可以通过 case 语句，根据 选择的数据执行 case 中

9、唯一一条路径。 2.采集数据按钮采集数据按钮 根据设置，按下采集按钮时将开始显示波形，采集数据时，数据回放按钮将 不使能，而不采集数据时，数据记录按钮将不使能。 3.数据记录按钮数据记录按钮 可以在当前文件夹下，存放所记录的数据，其名称可以为当前时间的 “时时： 分分” ， 也就是说如果在同一分钟多次记录数据， 当记录在同一文件内。 记录数据时，采集数据按钮将不使能，数据回放按钮当然也不使能了。 4.数据回放按钮数据回放按钮 当回放按键按下，调用波形回放子程序，并到指定盘符读取已保存的文件， 在窗口中显示出来。 5.数据回放分析数据回放分析 选择不同的滤波及窗体，程序自动生成相应的波形，以供分

10、析使用。 6.系统系统推出推出按钮按钮 控制程序停止运行，并退出系统。可以在采集波形的时候退出系统，也可在 记录数据的时候推出系统 第 4 页 （二二）程序结构分析程序结构分析 此次实验所设计的程序主要由两部分组成，一个是双通道数据采集系统，一 个是数据回放。根据设计要求，使用 while 语句和 case 语句以及不同的逻辑运算 来实现各种功能。配合部分属性节点，使逻辑更加严谨。功能包括波形产生和采 集波形、回放波形、处理噪声等等。 1.程序流程图程序流程图 N Y N N Y Y N Y 运行 记录 各变量初始化 退出 采集数据采集数据 数据记录数据记录 数据回放数据回放 系统退出系统退出

11、 回放 第 5 页 2.程序截图及文字说明程序截图及文字说明 2.1 双通道数据采集处理系统 1）前面板 2）后面板： 第 6 页 2.2 波形回放 1）前面板： 2）后面板： 第 7 页 2.3 数据初始化和数据采集 、各变量初始化 、数据采集 五、五、程序难点分析及解决办法：程序难点分析及解决办法： 在双通道数据采集回放系统设计中，先要实现基本波形的模拟发生、数据采 集纪录、 然后是对记录数据进行回放、 分析处理。 整个设计主要遇到了四个难点： 第 8 页 1.如何通过改变电压基准、时间基准，并且根据时间基准、时间位置和电压 基准、电压位置的改变使波形图的 X、Y 轴的位置和范围做出相应改

12、变； 2.如何使 Enum 控件中 ring text 的颜色与对应的波形颜色相同。 3.数据的采集和数据回放功能的实现； 尤其是数据回放中路径的选择？文件的名字？ 4.系统需要采集当前窗口显示的波形，然后在子程序中回放记录的波形，并 且对波形进行频谱分析和时间域分析。 解决方法： 1、首先我从 labview 中的例子学习了一些有关波形发生，数据采集和示波 器的例子，可以使对我们要做的内容有个整体的印象。 2、具体熟悉了 while、case 和属性节点的运用。 3、运行程序时，出现逻辑错误，应用了，一般都能准确找出 错在哪里。 4、在用时间基准，电压基准控制波形图的 X,Y 的范围时，重复

13、设置它的值，通过波形 图的改变，再来改变它的值，知道最后符合期望的形式。 六、六、程序调试心得程序调试心得 本是自己自学了 labview，发现它很是强大，很盲目。通过这次对具体问 题的分析，设计和调试，对有关于波形图的问题有个具体的学习。调试期间遇到 了很多问题， 会去问学长， 问同学， 终于问题基本都解决了。 这次真的花了很久， 不过也是很有收获的，不仅对用到的控件的属性更加了解，而且对类似的控件也 熟悉了很多。 在实现一个功能的时候我也尝试过很多方法，各种调试，最后虽然实现了需 要的功能，但是走了不少弯路，不过失去总会有汇报，至少下次遇到类似的问题 事不用再走弯路了。 七、七、设计总结设计总结 在设计程序时，应当考虑全面一点，不然最后完成时如果发现某些地方漏了 内容时，就不容易添加进去了，这也是我需要加强的。 在程序设计的时候可以把需要实现的功能分解为几个小部分， 一个一个的实 现，最后组成一个整体时候就比较方便了。 八、八、参考资料参考资料 1刘君华 贾慧芹等遍著，虚拟仪器图形化编程语言 LabVIEW 编程，西安 电子科技大学出版社，2001 2倪养华、王重玮遍著，数字信号处理原理与实现，上海交通大学出版社 3LabVIEW Data Acquisition Basic Manual NATIONAL INSTRUMENT，1998