基于虚拟仪器的多通道数据采集分析系统

基于虚拟仪器的多通道数据采集分析系统
作者：徐圣龙
来源：《中国教育技术装备》2007年第02期
摘要本系统以数据采集卡和PC机为主要硬件，构建了基于的多通道数据采集和分析系统，设计了人机界面。

该系统结构简单、抗干扰性强、实时性好，具有较高的稳定性和可靠度。

关键词虚拟仪器；LabVIEW；数据采集和分析
中图分类号：TP274文件标识码：A 文章编号：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
虚拟仪器的出现开创了仪器仪表领域的新的里程碑，目前，很多发达国家已经将虚拟仪器技术广泛应用于航天、通讯、生物医学、地球物理、电子、机械等各个领域，进行工程技术工作和科学研究。

在我国，目前虽只是将它更多地用在产品性能测试、设备故障诊断、生产过程控制等方面，却也由此取得了很多技术上突破性的成果。

虚拟仪器不但操作灵活而且集成方便，它既可以和高速数据采集设备构成自动测量系统，又可以和控制设备构成自动控制系统。

可以完全实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器的全部功能。

1 虚拟仪器在测试技术中的应用
近年来，随着测试技术的迅猛发展，信号的采集和分析技术也越来越受到重视。

下面我们就以虚拟仪器在多通道的数据采集和分析中的应用来进一步阐述其优越性。

要实现信号的多通道采集和分析功能，传统测试中，首先必须要选择合适的传感器来保证采集系统的精确度和灵敏度。

然后，还需频谱分析仪来分析所采信号的成分，运算放大器实现对信号波形的数学运算（以便发现信号或信号间的微妙关系）。

特别是随着计算机技术的广泛应用，传统的仪器设备缺乏相应的计算机接口，这就使得实现实时的数据采集及数据处理十分困难。

而将虚拟仪器与测试技术相结合后，就可以迅速改变这种状况。

本数据采集与数据处理系统原理图如图1所示。

完成此硬件的连接后，再根据不同数据采集卡厂商所提供的调用函数的形式，直接在软件编程的LabVIEW（LabVIEW是一种虚拟仪器开发平台软件，它采用图形化编程方式，直观简便，目前应用最为广泛）中驱动该数据采集卡，就可以很方便地实现数据的采集和分析功能。

图1 数据采集与数据处理原理图
2 硬件电路部分
2.1蓝津采集卡
采集卡实际上就是实现将模拟信号转换成数字信号的功能。

本次采用的蓝津采集卡是德普施科技有限公司的产品。

它具有12位分辩率,最高200kHz采样频率, 8通道A/D输入,2通道
D/A输出,带光电隔离的16路数字I/O。

它与PC机之间通过并行接口电缆连接，采用EPP的通讯模式。

2.2 EPP接口
EPP(Enhanced Parallel Port,增强型并口)是可以进行双向数据传输的协议，并与标准的SPP 协议完全兼容。

与SPP相比，EPP不需要其它从主机送来的信号就能够执行数据交换。

由于并口的数据传输率本身就比串口快很多，而EPP又和SPP使用相同的25针D型连接器，由此，当并行口处于EPP模式时，实际上只用了8条数据线和5条信号线。

从而在允许更大容量数据传输(500～1000byte/s)的同时,有效支持了并口和外设间的双向数据交换，兼顾了数据传输的迅速性和准确性。

2.3 PC机
装有LabVIEW的PC机主要实现数据采集卡的驱动和软件的编程。

这在下面的软件设计中重点介绍。

3 软件设计部分
3.1 采集卡的调用
德普施公司为蓝津采集卡提供了专门的调用函数形式（Usbcard.dll文件），该调用是在蓝津数据采集卡成功安装后，为调用labview中驱动该数据采集卡的VI所设。

只要根据Usbcard.dll中的调用形式，相应设置底层接口Advanced子模块，最后将Usbcard.dll拷到对应VI文件下。

3.2 主程序图
Labview流程图主要设计部分如下图2所示。

图2labview流程图设计主要部分图
3.3 主界面
主界面即labview前面板设计如图3所示。

图3 虚拟仪器实验台
此设计可以在每次采集时进行通道配置，在通道号中输入要采集通道的名称（可以实现1~8通道采集）、采样频率及采样长度。

可以对是否将数据写入文件进行选择，同时还可以改变工作路径。

波形显示部分可以实现示波器、频谱分析仪、自相关函数及功率谱的分析显示功能。

在测试一些复杂信号时，通过这些分析和处理，就可以从噪声中分离出有用的信息，有效保证检测的准确性和精确度。

事实上，很多测试都必须消除因噪音干扰、纠正设备故障而破坏的数据，或者补偿环境影响，如温度和湿度等，因而这种系统可以被广泛应用到生物医学数据处理、语音识别、数字音频和图像处理等各种领域。

4 结束语
试验表明，这种集成的虚拟测量系统可实现自动测量、自动记录、自动数据处理。

与采集系统相比具有不可比拟的优势，首先其设备的成本就可大幅降低，一套完整的实验测量设备少则几万元，多则几十万元。

在同等的性能条件下，相应的虚拟仪器价格要低二分之一甚至更多。

而在测量精度上，虚拟仪器测试除了受虚拟仪器以外的传感器、放大器等硬件设施的影响是不可避免的外，其他测量精度均可以由计算机为载体的软件来控制调控。

因而测量值较用传统方法得到的测量值相比，更加可靠、准确，精确。

一言以蔽之，虚拟测量系统不仅性价比高，通用性强，易于开发，数据处理简单，还可以大大缩短开发时间。

从而带来虚拟仪器在仪器计量领域中强大的生命力和广阔的前景。