基于LabVIEW多通道数据采集系统设计

摘要
虚拟仪器是仪器技术，计算机技术，软件技术和总线，利用计算机强大的数字处理功能，实现仪器的功能，打破了传统仪器的框架，形成了一个新的仪器型号。

本设计通过利用函数发生器产生电压信号，再采用了NI PCI-6221数据采集卡采集数据，运用LabVIEW软件及其相关技术进行多通道数据采集等功能。

该系统具有在同一时间多个实时显示，数据收集，存储和管理，报警记录收集到的数据，该系统采用多线程技术，实现了多通道的同时采集的功能。

本文首先概述了监测和控制技术和虚拟仪器技术在国内和国际的发展现状和未来发展趋势，LabVIEW软件开发平台，虚拟仪器技术，然后介绍了数据采集的理论知识，设计数据的总体结构图。

函数发生器，如何连接的适配器板的NI PCI-6221数据采集卡和其他硬件。

在分析了本系统功能的基础上，介绍了数据库、多线程等其中用到的技术，然后说明了各部分程序流程及框图，最后一章给介绍了本设计的前面板设计图。

本设计是虚拟仪器在监测领域的一个成功的尝试。

实践证明了虚拟仪器是一种优秀的解决数据采集的方案，能够高效的实现各种各样的测控任务。

应用这一设计可对生产现场收集，监测和记录，以提高产品质量，降低成本，提供了应用设计参数信息和手段。

关键字：虚拟仪器；数据采集；多通道；LabVIEW
Abstract
The virtual instrument is the instrument technology, computer technology, software technology and bus are close together, the use of computer powerful digital processing functions to achieve most of the functionality of the instrument to break the traditional framework of the instrument, the formation of a new instrument models.
This paper describes the design based on LabVIEW multi-channel data acquisition system. Design through the use of the function generator to generate a voltage signal, and then using the NI PCI-6221 data acquisition card data, the use of LabVIEW software and related technologies for multi-channel data acquisition functions. The system has the data collected at the same time multiple real-time display, data collection, storage and management, alarm records, the system uses multi-threading technology to realize the simultaneous acquisition of multi-channel function.
This paper first outlines the monitoring and control technology and virtual instrument technology in the domestic and international development status and future development trends, LabVIEW software development platform, the virtual instrument technology, and then describes the data acquisition of theoretical knowledge, given the design of the data acquisition system overall structure of the diagram. Function generator, how to connect the adapter plate and the NI PCI-6221 data acquisition card and other hardware. On the basis of analysis of this system functions, which used the technology of the database, multi-threaded, and then describes the various parts of the program flow and block diagram, the last chapter to introduce the design of the front panel design.
The design is a successful attempt of the virtual instrument in the monitoring
field. Practice has proved that the virtual instrument is an excellent solution to the data acquisition program, a variety of monitoring tasks can be efficient.
The application of the design parameters of the production site collection, monitoring and recording, in order to improve product quality, reducing the cost of providing information and means.
Key words: Virtual Instrument; Data acquisition；Multi-channel; LabVIEW
目录
摘要 .................................................................... Abstract . (II)
第1章绪论 0
引言 0
课题背景 0
多通道采集技术的国内外发展现状 0
多通道采集系统的国内外主要研究成果 (1)
虚拟仪器技术发展趋势 (2)
本设计研究的意义 (4)
本章小结 (4)
第2章 LabVIEW及数据采集技术概述 (5)
LabVIEW概述 (5)
LabVIEW简介 (5)
LabVIEW的作用 (5)
LabVIEW的应用 (6)
虚拟仪器技术概述 (6)
虚拟仪器的概念 (6)
虚拟仪器的特点及优势 (6)
虚拟仪器和传统仪器的比较 (7)
虚拟仪器测试系统的组成 (8)
多通道数据采集技术 (9)
数据采集技术概论 (9)
采集系统的一般组成及各部分功能描述 (10)
多通道数据采集的主要方法 (11)
本章小结 (12)
第3章数据采集系统硬件设计 (13)
多通道数据采集系统总体硬件框图 (13)
函数发生器 (13)
函数发生器的主要应用 (13)
函数发生器的主要技术指标 (14)
函数发生器的输出电压 (14)
数据采集卡的选择 (15)
数据采集卡的主要性能指标 (15)
数据采集卡(DAQ卡)的组成 (16)
NI PCI-6221数据采集卡 (16)
本章小结 (16)
第4章数据采集系统LabVIEW设计 (17)
系统的总体设计方案 (17)
多线程技术在软件部分的应用 (18)
Windows的多线程机制 (18)
LabVIEW的多线程技术 (18)
多线程技术在本设计中的应用 (18)
系统具体应用程序的实现 (19)
数据采集程序设计 (19)
历史数据查询程序设计 (22)
报警记录程序设计 (22)
本章小结 (23)
第5章数据采集系统的界面设计及调试 (24)
数据采集系统的界面设计 (24)
通道参数配置 (24)
实时数据显示 (24)
历史数据查询 (25)
报警记录 (27)
数据采集系统的调试 (28)
本章小结 (31)
结论 (32)
参考文献 (33)
附录 (35)
致谢 (37)
第1章绪论
引言
监测技术在现代科学技术，工业生产和国防科学技术技术的许多领域被广泛使用，它被认为是现代科学技术，国防现代化和条件的重要标志。

20世纪80年代以来，微电子，计算机和其他技术的迅速发展，并按照测量和控制仪器和技术的发展，已经诞生，在这之后的智能仪器，PC仪器，VXI仪器，虚拟仪器，如自动化控制系统，现代越来越模糊的设备和电脑设备，测量和控制技术领域之间的界限正在不断扩大。

最近几年，网络化的测控技术和网络化的测控系统更是得到了越来越多的应用，尤其在航空航天等科技领域上得到了更好地发挥。

网络监测和控制系统：控制终端和传输介质是由两部分组成。

由于个人电脑的迅速发展，个人电脑正在日益占据重要地位的控制终端。

计算机系统的核心系统是一个软件系统，计算机和控制系统的灵魂，监控软件是在测量和控制领域的应用软件系统。

传输介质的主要任务是组成通信网络的数据通信和采集，数据采集系统是主要的测量和控制系统，完成测控任务的主要手段。

因此，这种“监控－数据采集系统”在许多领域已被广泛用于建筑和控制系统的结构，形成了一个完整的理论。

课题背景
多通道采集技术的国内外发展现状
多通道数据采集与处理一直是一个困难的研究和生产实践中的应用领域。

在家中的数据采集系统性能的研究现状和国外已经取得了很大的成就。

A / D转换精度，从单声道到双通道，多通道采样速度和数量，逐渐增加的取样频率，分辨率和精度，增强分析能力的前提。

与8位单片机为核心的数据采集系统开始。

与新的单芯片已经开发，也适用于十六和三十二个微控制器制造商开发的数据采集系统。

近年来向市场推出具有DSP 功能的数据采集系统。

总之，已成为越来越多的用户微处理器技术要求，数据采集系统将更加完善。

绝大多数的电脑是从模拟信号的采集和数据分析的控制是分不开的。

工业领域的复杂性决定了多样化的模拟信号进行采样。

因此，测量技术，根据具体的工程要求，并作出调整。

如炉温，其采样可以选择使用普通的ADC采样率，和一些模拟信号，如压力或电路开关瞬间的电流上过程中的机械的振动可以瞬间改变。

这样采样时，模数转换电
路就必需采用较高的采样速率的电路；其次，由于抽样要求的精度不一样的地方，所以大部分仪器都是只完成测量要求的精度8。

16，18或更高的分辨率为采样位数电路必须精确的控制和数据分析电路是必要的。

此外，采样的信号路径，如异步电动机软起动器的设计，在许多情况下，你需要考虑几个采样定子电压，定子电流和电机外壳温度信号。

不仅如此，大多数的测量对象是更复杂或更精确的控制，通常与采样精度，速度，渠道，如电气设备故障诊断的高要求的技术规范，同时，除了对需求更高的速度和精度外。

还需要能够多通道输入信号的采集同时收集。

多通道采集系统的国内外主要研究成果
对于多通道数据采集系统，主要集中在传输的数据同步，系统容量和低功耗的特点。

虽然一些研究上的突破同步，但仍需要在提高系统容量或能量消耗，或者取得一定的成就，在能源消耗，但系统的准确性或决议等不符合要求。

在这个主题在一定程度上看到，仍然有足够的空间。

下面针对几种常见的数据采集系统的优缺点进行简单介绍：
1、多类型多通道的数据采集系统设计
3MS/ s的最大采样率建立基于PXI总线的虚拟仪器平台信号采集系统，具有开发周期短，体积小，配置灵活，可以轻松地完成现场采样通道到64通道analogsignal抽样通道32通道数字信号的采样。

DMA的高速磁盘流系统设计，同步触发，多线程技术，更好的解决问题的信号采集时间长，存储容量大，时间精度高的要求。

2、高速大容量多通道数据采集系统设计
的PIC单片机在数据采集系统的硬件和软件资源，要充分利用，大大减少了硬件和软件设计的复杂性和整个系统的开发和维护成本，提高系统的可靠性。

相对于其他实现，减少设备的使用，节约成本，方便的调试功能，以满足实时、同步、高速数据采集系统的要求。

这个系统是由不同的传感器和处理电路的应用程序设计的，可广泛应用于许多领域，因而具有较高的实用性和开发价值。

3、基于CPLD和USB的高速数据采集系统的设计
这个虚拟仪器数据采集系统可以完成多通道双极输入和输出信号波形，CPLD是模拟量的采集，高速多通道数据采集系统的USB接口，适用于高速，实时数据的核心收购andtreatment。

凭借强大的资源，产品开发和计算机虚拟仪器的研究。

数据采集系统的描述，简单地配置需要设计相应的信号调理电路，模拟量采集的各种测量传感器。

所收集的数据可以存储在计算机上，计算机，控制，因而具有广泛的使用价值。

计算机接口的发展方向，串口和USB接口。

4、基于FPGA多通道数据采集系统设计
在本设计中，模拟量采集板的设计可以开关信号的AD转换器，宽电压范围，信号
的快速筛选。

以FPGA控制为核心，硬件结构简单，处理速度快，复杂的算法，信号延时小，抗干扰能力强的能力。

适用于各种模拟信号的测量和控制应用，应用程序，以验证其数据采集的实时数据。

多通道数据采集系统，收购渠道，以确保采集精度的校准，而引进的延迟登记，以便在FPGA实现实时数据采集系统获得。

电路和FPGA的方案是采用模块化设计，容易被复制的收购路径和控制子模块要求延长。

5、基于PCI总线的多通道高速数据采集系统的设计与实现
本数据采集系统的设计基于高速PCI总线接口的东西，和具体的PCI控制芯片，S5933的流行的EDA设计，是指原设计的优势的同时，主要集中在设计以及Businterface 设计CPLD电路设计。

本设计采用的S5933的PCI总线控制器，主要工作：作为PCI 总线接口，你必须遵循PCI总线协议，由于总线控制器的复杂性，以及难以设计总线控制器，运行周期很长。

其次，在很多种控制器里如S5920、S5935、S5933、PLX9052等，因为S5933的功能的强大，性能的稳定，价格合理，所以很多从事数据采集开发的人员都使用，所以它成为了目前的主流芯片。

虚拟仪器技术发展趋势
虚拟仪器实际上是现代科学和微电子，通信和计算机技术的飞速发展的产品。

自1785以来的静态扭转平衡库仑发明，1834哈里斯静电米的拟议结构，电气测量仪器，电子设备和其他技术进步，仪器仪表元件，提高质量和改善测量理论得到了快速发展。

一个更普遍的说法是，测量仪器的发展分为五个阶段。

如图1-1所示。

图1-1测量技术的发展
自19世纪到二十世纪末，测量仪器的模拟仪器，电子仪器，数码设备，智能仪器仪表，如今天的虚拟仪器的发展阶段。

模拟仪器模拟电压表，电流表，仪器解决某些测量的需求。

围绕二十世纪五十年代末开始，测量仪器的性能已得到改善，管，同时，电子技术，电子仪器记录仪和示波器的控制技术相结合，十年结束后5个代表出现的集成电路和电子技术的发展，数字化测量和控制技术，适用于测量仪器，测量仪器的主要特点。

这个快速发展的一个微处理器，微型计算机技术的问世七十年代，它是根据测量仪器的影响，并取得了非常大的一步。

随着微型计算机技术，电子技术和网络技术和应用在电子测量技术在快速发展的领域，而且还继续测量仪器，智能仪器的发展和进步。

微电脑智能工具和仪器，仪表的存储，计算，控制内部的吸力，逻辑判断，自动操作，测量精度，灵敏度，自动化，可靠性，使用和解决问题，如测量的技术能力的程度深度双
人重大进展。

此应用程序，内置微处理器的仪器，智能自动测试和数据处理完成，并可以取代大部分的精神。

然而，尽管许多厂商正在使用新的仪器总线，没有统一的标准，为开发计算机总线插槽和大小不同厂家生产的卡，设备的兼容性也很差。

在这种情况下，标准化的必然要求。

在1987年，美国惠普与泰克等5家公司，提出了一种新型的总线系统-VXI(VME eXtension For Instrumentation)总线。

1997年美国的NI公司又提出了一种新的总线标准：就是PXI总线标准。

利用PXI仪器PXI总线标准的便携式测试系统，成本低，容易与VXI仪器相比功能组成。

这些通过软件支持，一个虚拟的控制面板，必要的工具和硬件，以及良好的沟通技巧，电脑文书或VXI仪器的测量能力的电脑系统是虚拟仪器。

虚拟仪器技术，这使得大量的用户可以定义自己的工具，灵活的仪器仪表系统的设计，以满足实际需求的出现。

随着虚拟仪器软件开发平台和硬件的飞速发展，基于虚拟仪器系统开发周期短，测量速度快，成本低，精度和可重用性，改进的，更用户友好的仪表系统维护和扩展。

当今的社会处于一个正在快速发展的状态中，要在有限的空间和时间内实现大量的信息交换，所以随之而来的就是信息密集度急剧增大，因而在研究及生产过程中就要求数据采集的系统对信息的处理速度越来越高，功能越来越强。

目前先进的数据采集系统，不仅希望设备可以单独的进行数据采集，还希望它们之间可以互相通信，以构成数据采集的系统，乃至是测试网络的系统，实现了信息共享，以便于对众多的信号进行对比、自动分析，从而得出比较准确的判断。

然而传统数据采集仪器在这方面受到了很大的限制。

基于虚拟仪器的数据采集系统设计的方式来解决传统的数据采集虚拟仪器数据采集系统所面临的问题提出把已成为今天的数据采集系统的发展方向。

本文基于虚拟仪器技术设计多通道数据采集系统，多通道信号采集，实时显示，记录，分析和处理实验数据。

虚拟仪器仪表发展史上的一次革命，代表的最新趋势和新仪器的发展方向，是一个IT扩展的重要区域，对科学技术的发展和工业生产将有不可估量的影响。

本设计研究的意义
随着计算机技术的发展，数字设备正在逐步取代模拟设备，计算机监测与控制技术正在发挥非常重要的作用，在生产过程中和在广泛领域的科学研究。

然而，在外部环境的信息是不断变化的物理量，如温度，位移，压力和速度。

如果将这一信息传递到您的计算机，您必须首先在这些不断变化的物理离散和量化编码，然后转换成数字，这个过程是数据采集。

控制器是计算机的发展给新的数据收集，被测物体的物理量的重要性，通过信号调理，量化，采样，传输，编码步骤，并最终发送到控制中心，数据处理和存储，假定计算机，计算机数据采集系统，整个系统的集中控制和处理收集到的数据处理的核心部分。

数据采集是信息科学的一个分支，它是研究资料的收集，处理，存储和控制工作，传感器技术，信号处理和计算机技术结合在一起，构成了现代数据检测技术的基础。

随着科学技术的发展和数据采集技术得到广泛应用，所收集的数据产生了一些技术指标，如采样率，存储深度，分辨率，数字信号处理速度快，所以抗干扰能力也日益提高的。

计算机技术的发展和技术水平的数据采集技术的普及。

这项技术在生产过程中的应用，生产现场收集，监测和记录，以提高产品质量的参数，降低成本，并提供信息和工具。

在科研领域可以得到大量的动态信息，数据采集系统，研究即时的物理过程的有力工具的使用。

总之，无论在什么领域，数据采集和处理是及时的、较高的工作效率就会达到更高的效率。

本章小结
本设计以3个通道进行设计，从传感器来的模拟输入信号，经过信号调理后，输入到NI PCI-6221数据采集卡，然后到PC机通过PCI总线，数据处理软件，包括在一定的时间间隔插入到数据库中的实时和历史数据的波形采样数据的平均过滤保存一边收集保存和检索历史数据和数据库技术。

第2章LabVIEW及数据采集技术概述LabVIEW概述
LabVIEW简介
LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering WorkBench)是一种利用图标表示文本行建立应用程序的图形化的编程语言。

传统的文本编程语言的陈述和说明，以确定程序执行顺序的顺序，LabVIEW是一种数据编程，在框图节点之间的数据确定程序的运行秩序。

它使用图标代表的功能，以及连接的数据流。

LabVIEW可以提供类似的外观和传统仪器（如示波器，万用表）控制可以用来方便的用户界面的创建。

在LabVIEW前面板的用户界面。

连接使用的图标，可以通过编程来控制前面板对象。

这个图形的源代码，但也为G（图形界面）代码。

LabVIEW图形化源代码，事实上，类似的数据流图，它也被称为框图代码。

前面板的任何一个程序的控制框图，只要通过控制数据，根据自己的特点，如显示数据波形，数字或图形控制。

LabVIEW程序被称为VI（虚拟仪器），是虚拟仪器，这是因为许多LabVIEW的接口控制操作，以模拟真实乐器。

LabVIEW的核心意思是“软件仪器”，这是虚拟仪器的概念。

LabVIEW软件套件还扩大了数据采集，显示，分析和存储功能的工具。

这些工具是基于向导的工具，用户只需要按照提示可以很容易地连接仪器或参数设置。

和程序员不走出去记忆这些复杂的功能，因为这些功能的程序的图标和名称的形式，那么当你需要一个功能面板的功能框图可以。

LabVIEW的作用
由于使用了LabVIEW，您可以创建一个共同方案，因此它被称为通用编程语言。

但它有一个更大的优势，在测量，测试和自动化领域，因为LabVIEW可以提供了很多工具和功能，数据采集，显示和存储。

它还提供了大量的自动化测量中常用的图形控件。

这使得大量的用户，可以在很短的时间完成一个完整的测量系统。

因此，它被广泛应用于汽车，航空航天，通信，半导体，电子产品设计，生产和生物医学的许多领域。

开发了一个程序称为虚拟仪器（简称为六），是一种在LabVIEW虚拟仪器。

使用LabVIEW虚拟仪器发展的最大优势，我们可以提高开发效率，使用LabVIEW开发虚拟仪器基于文本的工具比高出4-10倍的发展效率，据初步统计，程序执行速度不会受到影响，在信号处理和其他方面的配置软件功能不能相比。

LabVIEW可以不仅可以用来迅速建立小型自动测量系统，也可以用来开发大规模的数据采集和控制系统。

LabVIEW的应用
LabVIEW已经被广泛地应用在许多领域，如航空航天，汽车，自动化，半导体，生物医学。

(1) 应用于生产检测。

LabVIEW 成为了测试测量领域的标准化的开发工具。

(2) 应用于研究和分析。

LabVIEW 的开发环境中包含了功能强大的分析库，可以满足用户的分析要求。

对于声音、图像处理、振动、时频分析、小波和数字滤波器的等的设计分析要求，LabVIEW 可为专门设计提供附加软件。

(3) 用于过程控制和工业自动化领域。

LabVIEW已经被用来作为一个图形程序中的过程控制和工业自动化应用领域的开发环境。

领域的基本过程控制，PID控制工具箱和PLC的驱动软件，可以实现高速，多通道测量和控制的LabVIEW。

对于庞大而复杂的工业自动化和控制系统，NI发表LabVIEW数据记录和监控系统模块可用于监控多通道
I / O端口和工业控制网络通信，电脑控制的渠道。

(4) 应用于机器的监控。

可以应用于实时控制的要求，视觉和图像分析，运动控制，振动分析和监测系统。

虚拟仪器技术概述
虚拟仪器的概念
虚拟仪器的概念首先由美国国家仪器（NI公司）提出的。

所谓虚拟仪器是利用现成的电脑，再加上一个专门设计的仪器软件和硬件，形成普通仪器的基本功能，而且普通的文书不具有的特殊功能的新高级低成本文书。

虚拟计算机图形环境和在线帮助功能，虚拟仪器的仪表盘，机器的完全控制，数据分析和显示，可以大大降低仪器的价格，用户还可以要求调整仪器的功能，它是非常灵活。

也可用于虚拟仪器在电力工程，电子测量，矿产资源勘查，教学，科研，医疗和其他的市场潜力非常大，新仪器的发展方向。

虚拟仪器“软件作为仪器”的核心思想。

到一台计算机的技术手段，仪器的硬件和应用软件三部分组成。

基于虚拟仪器的测量仪器，计算机数字接口和配置仪器连接到您的计算机硬件，你可以直接使用的计算机硬件和软件资源，计算机硬件，测量仪器和计算机软件资源相结合。

虚拟仪器的特点及优势
虚拟仪器是基于计算机的硬件模块和软件模块，电子，软件是在图2-1所示，这些
仪器驱动程序的硬件系统开发独立的软件设备驱动程序软件的一部分，虚拟仪器的核心，仪器仪表。

这也是基于这一点，虚拟仪器的最大优势之一，该仪器的发展和重建的时间将缩短。

在虚拟仪器中的应用可选的硬件（如GPIB，VXI总线，RS-232，数据采集板）和软件相连来完成的计时仪器模块，通信和触发。

功能，为用户建立虚拟仪器系统，以提供相关的软件模块的源代码。

六，对需求变化的开放性和灵活性时，用户可以由用户控制的硬件和软件模块和自由更改或重新配置现有的模块，以满足新的要求，很容易。

因此，当用户创建一个新项目，你可以使用以前的模块，以建立一个新的VI系统，并没有对现有的硬件和软件资源的损失。

图2-1虚拟仪器开发框图
虚拟仪器技术，用户可以定义自己的专用仪器系统，灵活的和强大的功能是很容易建立，被广泛使用。

虚拟仪器技术是国际上流行的硬件和软件，它通常被称为“软件乐器”。

这是非常强大，可以实现示波器，频谱分析仪，逻辑分析仪和信号发生器及其他设备的全部功能，然后用探针和软件可以检测到指定的系统参数，如汽油标号，汽车发动机参数炉，温度，心电图参数，如数据，其运作的灵活性和便利性，全图形界面，简单的风格，在符合通用设备的操作习惯，用户可以不训练，很快学会如何操作的规程。

虚拟仪器和传统仪器的比较
虚拟仪器具有传统独立仪器（如下面的表2-1所示）无法比拟的优势。

在高带宽，高速和专业测试领域，独立仪器具有不可替代的优势。

虚拟仪器在测试中，低的地区，可以取代独立文书的一部分，但也完成了在复杂环境的考验，传统的单机仪器能不能胜任，连想都不敢想。

（1）传统的仪表盘只有一个，上面放置各种显示和操作元素。

因此造成大量的阅读和操作失误。

虚拟仪器是不一样的，它可以在几个子面板操作，以实现更复杂的功能。

所以，在每个子面板，可实现营业Genwei简单的面板布局和功能性，从而提高操作的。