基于LabVIEW控制的多路传感信号采集系统 - 副本

河北工业大学毕业设计说明书

河北工业大学2013届本科毕业设计说明书

毕业设计（论文）中文摘要

毕业设计（论文）外文摘要

1 引言

应用广泛的测控技术在民生、国防许多领域都占有一席之地，它的现代化被认为是科学技术与国防现代化的重要的条件与明显标志。信息获取、通信与计算机技术被当作当今社会信息技术的三大支柱技术。这三个技术中，信息获取技术是必要的前提和基础，信息获取就是通过数据采集实现的。在以前的现场工作中实验的数据全部使用通过人报数并记录的方式，大量的实验数据的采集与分析完全不可能实现。而随着现代PC机和微电子(Microelectronics)一系列技术的飞速发展，再加上使用高精度、高性能的数据采集仪器，多路数据采集实现了智能化，并且由于大量数据采集和分析都由计算机自动完成，很大程度上提高了测量精度以及速度。伴随着测控技术的发展，智能仪器、VXI仪器、PC仪器以及虚拟仪器等自动测控系统也相继产生，而软件系统也逐渐成为了计算机系统的核心，LabVIEW就是一种计算机处理分析系统软件。其简单易懂的图形化编程方式也使它成为普及率仅次于C的编程语言。

1．1 研究背景

1.1.1 测控技术的现状

早期使用的测控系统都是利用大型的仪表来监视每个设备的状态，然后再通过操作盘进行集中操控；计算机系统则是在以计算机为主体基础上，配合检测装置、执行机构和被控对象组成一个整体，系统中的计算机用于实现生产过程的各种监控。然而，由于通信协议不开放，这种测控系统只是一个自封闭的系统，只能完成单一的测量与控制功能，却不能实现通用。

随着科学技术的不断发展，在国防、通信、航空、制造等科技领域应用中，要求测量和处理的信息数据量越来越大、而速度要求也越来越快；并且由于测试的对象的空间位置的日益分散，测试系统的日益庞大，测控现场化、远程化也成为了未来测控技术发展的方向。

测控技术最早起源于国外，它是在PC技术、通信技术等技术飞速发展，以及对大容量分布的测控终端的强烈需求的背景下发展起来，可以分为四个阶段,见表 1.1所示：

表1.1 测控技术发展四个阶段

1.1.2 虚拟仪器的现状

虚拟仪器一般都存在一个可视化界面，它的存在是通过在计算机基础上添加相关软件（software）与硬件（hardware）而成的。与传统仪器相比，用户可以通过使用鼠标与键盘操控虚拟仪器面板上的旋钮完成测试测量任务，同时用户可以根据自己需要选择不同的虚拟仪器，并且虚拟仪器的功能与规模也可以通过修改软件来加以改变或增减。与传统仪器相比虚拟仪器强大的生命力与竞争力就是由于其优越的“可扩展性”与“可开发性”。

Visual Basic、Visual C++以及HP公司的VEE和NI公司的Lab Windows/CVI、LabVIEW等都是虚拟仪器的主要开发环境。其中Visual Basic、Visual C++以及Lab Windows/CVI作为可视化的开发工具，要求开发人员有很高的编程能力并且开发周期长。拥有较多用户的HP公司的VEE虽然也是一种基于图形的编程环境，不过由于其生成的应用程序是用来解释执行的，所以运行速度较慢。

在这几种开发环境中，LabVIEW是当今世界上唯一的编译型图形数据流编程环境，它用简单图形替换繁琐、复杂、费时的语言，其编程方式则是用线路连线把各种图形连接起来，因此只要知道测试的要求和目的，技术人员就可以快速完成程序，做出仪器面板，既提高了工作效率，又减轻了科研工程人员工作量，综合以上优点，LabVIEW作为一种优秀软件开发平台受到广泛应用。

在仪器技术、PC技术和网络通信技术不断提高的今天，虚拟仪器(VI)的发展方向分为外挂式虚拟仪器、PXI型集成虚拟仪器、网络化虚拟仪器三类。

1.2 本设计相关理论

本次设计中主要研究如何利用虚拟仪器LabVIEW完成对传感信号数据采集，通过使用虚拟仪器、数字信号处理等技术进行多通道数据采集，实现实时采集、处理与存储的功能。由虚拟NI PXIE-6368数据采集卡采集信号，再经过PXIE总线输入PC机，通过软件处理完成数据实时采集与存储的功能。

1.3 本设计目标与实现

(1) 学习并掌握LabVIEW相关理论知识及图形化编程算法使用。

(2) 完成9通道传感信号数据采集系统。

本次设计中，所设计的程序实现了9通道数据采集，实时数据显示，数据保存等功能。

2 虚拟仪器

2.1 虚拟仪器技术概述

2.1.1 虚拟仪器概念与特点

虚拟仪器的概念是有美国国家仪器公司（National Instruments）最先提出的,它由测试技术与计算机技术结合而成,将测试原理技术、仪器原理与技术、高速总线技术、计算机接口技术以及图形编程软件技术融于一体。虚拟仪器技术的核心思想就是“软件即是仪器”，基于这一思想可以把虚拟仪器分为三个部分：PC机、仪器硬件（Instrument hardware）和应用软件（Application software）。

虚拟仪器是一种电子测试仪器，它是以计算机的功能化硬件和软件为基础构成

的，软件部分是虚拟仪器的核心，如图2.1所示，设备驱动软件是基础,因为这些设备驱动软件的作用，仪器硬件的变化并不会对系统的开发造成影响。

图2.1 虚拟仪器设计框图

2.1.2 虚拟仪器与传统仪器的比较

与传统独立仪器相比，虚拟仪器的优势有如表2.1所示。

表2.1 虚拟仪器与传统仪器的比较

2.1.3 虚拟仪器测试系统组成

前文中已多次提到，虚拟仪器（VI）是以计算机为基础的，仪器同计算机的联合使用与当今仪器发展的趋势相符合。仪器与计算机的结合方式可以分为两类，一种是把计算机安装在仪器里，制成智能化仪器，同时伴随着计算机逐渐强大的功能与不断减小的体积，使得这类仪器有了越来越强的功能。第二种方式就是把仪器安装在计算机里，利用可共用的计算机硬件和软件，使设备功能得以实现，虚拟仪器主要就是这种方式。与传统仪器一样虚拟仪器主要是由三部分组成，其一是数据的采集与控制，其二是数据的分析与处理，其三就是结果显示。其内部功能划分如图2.2所示。

数据采集与控制数据处理与分析结果显示

图2.2 虚拟仪器内部功能划分

虚拟仪器的硬件技术包括卡式仪器与总线（Bus）技术，两类具体介绍如下。

（1）卡式仪器

卡式仪器由于本身不存在仪器面板，所以必须配合PC机使用，充分利用已有的PC机资源，成本更低，性能更加强大，使用也更加方便。

（2）总线技术

总线技术可分为三大类，分别为仪器总线、PC总线和工业现场总线。

其中仪器总线又可以细分为通用接口总线（GPIB）、VXI总线以及PXI总线。

计算机总线可以分为ISA总线、PCI总线以及USB通用串行总线。

虚拟仪器(VI)硬件技术图形表示如图2.3所示。