基于LABVIEW的远程数据采集系统的设计

1、图书分类号：密 级：摘要数据采集是获得信息的基本手段，数据采集技术作为信息科学的一个重要分支，以传感器、信号测量与处理、微型计算机等技术为基础而形成的一门综合应用技术，它研究数据的采集、存储、处理及控制等作业，具有很强的使用性随着科学技术的发展和数据采集系统的广泛应用，人们对数据采集系统提出了越来越高的要求，特别在雷达、气象、地震预报、航空航天、通信等领域里，现场信号具有重要的作用，这些信号的主要特点是实时性强、数据速率高、数据量大、处理复杂、运算量大。本课题利用LABVIEW开发平台设计一个可以局域网运行的的多通道远程数据采集系统，实现远程实时数据的采集、显示和数据库存储传输和WEB发布。要

2、求完成系统需求分析,功能模块划分,流程图的设计,各个应用程序各模块的具体代码实现等全部过程。其流程是：通过数据采集卡和PC机、传感器构成一个系统采集相应的外部性息，将采集的数据放入Access构建数据库中，利用LABWindows/CVI实现数据文件的数据库动态存储与更新，最后通过LABVIEW 软件平台，实现数据的处理、传输和发布。软件功能包括：数据采集、数据查询、数据处理、数据传输和WEB发布。运行结果表明实现了基本功能，达到预期要求。本系统具有结构简单、通用性强、稳定、可靠、实时性好、使用灵活、成本低等优点，并具有较强的扩展能力，适用于远程数据采集、远程测控等领域，有较高的使用价值。关键

3、词 虚拟仪器 ；ACCESS数据库 ；数据通信 ；远程数据采集AbstractData acquisition is the basic means of access to information, data acquisition technology as an important branch of information science to sensor, signal measurement and processing, micro-computers and other technology formed the basis of a comprehensive applic

4、ation of technology, research data collection, storage , treatment and control operations, with strong use of science and technology with the development and wider use of data acquisition system, one of the data acquisition system made increasing demands, especially in the radar, weather, earthquake

5、 prediction, aerospace, communications and other fields, the field has an important role in the signal, the main characteristics of these signals is real strong, high data rate, data volume, complex, large amount of computation. This topic using LabView development platform design a can of multi cha

6、nnel running LAN remote data acquisition system, to realize the remote real-time data acquisition, display and database storage transmission and WEB publishing. Asked to complete system needs analysis, function moduledivides, flowchart design, each application of each module in specific code realiza

7、tion all process. The process is: through the data acquisition card and PC, sensor constitute a system acquisition corresponding externality ceases, will the data in the database, the paper takes Access by constructing LabWindows/CVI realize data file database dynamic storage and update, finally thr

8、ough LabVIEW software platform, realize the data processing, transmission and release. Software functions include: data acquisition, data query, data processing and data transmission and WEB publishing. Operation shows that realize the basic functions, and is expected to reach. This system has simpl

9、e structure, strong commonality, stable and reliable, good real-time, use agile, low cost advantages, and has strong expansion ability, for remote data acquisition, remote measurement and control, and other fields, have higher use value.字典Keywords Virtual Instruments Accdss database Data communicati

10、on Remote Data Acquisition目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc5454 1 绪论 PAGEREF _Toc5454 1 HYPERLINK l _Toc13510 1.1 远程数据采集的背景和意义 PAGEREF _Toc13510 1 HYPERLINK l _Toc11809 1.1.1 虚拟仪器的起源 PAGEREF _Toc11809 1 HYPERLINK l _Toc30461 1.1.2 虚拟仪器的结构 PAGEREF _Toc30461 2 HYPERLINK l _Toc2324 1.1.3 虚拟仪器的特点 PAG

11、EREF _Toc2324 3 HYPERLINK l _Toc10874 1.2 虚拟仪器的国内外发展现状 PAGEREF _Toc10874 4 HYPERLINK l _Toc9778 本文研究的主要内容和意义 PAGEREF _Toc9778 5 HYPERLINK l _Toc7809 2 虚拟仪器的硬件 PAGEREF _Toc7809 6 HYPERLINK l _Toc4517 2.1 通用仪器硬件部分 PAGEREF _Toc4517 6 HYPERLINK l _Toc2228 2.1.1 传感器 PAGEREF _Toc2228 6 HYPERLINK l _Toc174

12、11 2.1.2 信号调理器 PAGEREF _Toc17411 6 HYPERLINK l _Toc15057 2.1.3 数据采集卡 PAGEREF _Toc15057 6 HYPERLINK l _Toc32168 虚拟仪器硬件部分 PAGEREF _Toc32168 8 HYPERLINK l _Toc6922 2.3 LabVIEW软件开发平台 PAGEREF _Toc6922 9 HYPERLINK l _Toc15905 2.3.1 LabVIEW的程序设计 PAGEREF _Toc15905 10 HYPERLINK l _Toc7253 2.3.2 LabVIEW的网络访问功

13、能 PAGEREF _Toc7253 11 HYPERLINK l _Toc16315 3 系统方案设计 PAGEREF _Toc16315 14 HYPERLINK l _Toc7736 3.1 远程数据采集的功能 PAGEREF _Toc7736 14 HYPERLINK l _Toc24745 远程数据采集总体流程图 PAGEREF _Toc24745 14 HYPERLINK l _Toc6092 3.3 系统硬件方案部分 PAGEREF _Toc6092 14 HYPERLINK l _Toc28271 3.4 系统软件方案设计 PAGEREF _Toc28271 15 HYPERL

14、INK l _Toc20500 本章小结 PAGEREF _Toc20500 17 HYPERLINK l _Toc11622 4 系统总体的实现 PAGEREF _Toc11622 18 HYPERLINK l _Toc15300 4.1 登录界面 PAGEREF _Toc15300 18 HYPERLINK l _Toc18234 4.2 主程序设计 PAGEREF _Toc18234 19 HYPERLINK l _Toc252 4.3 数据采集模块 PAGEREF _Toc252 20 HYPERLINK l _Toc19640 4.3.1 参数设置 PAGEREF _Toc19640

15、 20 HYPERLINK l _Toc5678 数据采集 PAGEREF _Toc5678 21 HYPERLINK l _Toc1770 4.4 数据传输模块 PAGEREF _Toc1770 23 HYPERLINK l _Toc16048 4.5 数据存储模块 PAGEREF _Toc16048 24 HYPERLINK l _Toc14353 4.6 数据库查询 PAGEREF _Toc14353 25 HYPERLINK l _Toc18856 数据处理模块 PAGEREF _Toc18856 27 HYPERLINK l _Toc16337 4.8 服务器端的Web发布配置 PA

16、GEREF _Toc16337 28 HYPERLINK l _Toc27180 4.9 客户端的远程测控 PAGEREF _Toc27180 30 HYPERLINK l _Toc23420 4.10 本章小结 PAGEREF _Toc23420 31 HYPERLINK l _Toc17094 5 总结与展望 PAGEREF _Toc17094 32 HYPERLINK l _Toc28085 结论 PAGEREF _Toc28085 33 HYPERLINK l _Toc6642 致谢 PAGEREF _Toc6642 34 HYPERLINK l _Toc24528 参考文献 PAGE

17、REF _Toc24528 35 HYPERLINK l _Toc31076 1 绪论1.1 远程数据采集的背景和意义1.1.1 虚拟仪器的起源虚拟仪器起源于80年代末期，首先由美国国家仪器(NationalInstruments，简称Nl)公司提出，其标志就是Nl公司的虚拟仪器软件LabVIEW的推出。虚拟仪器增强了用户在标准的计算机上配以经济高效的硬件设备构建自己的仪器系统的能力。这种以软件为核心的系统可以充分利用计算机超强的运算、显示以及通讯能力来灵活地自定义功能强大的仪器功能。并且可以轻易地将数据采集、仪器控制硬件以及原有的仪器设备进行整合，从而构成完全符合需求的虚拟仪器系统。在国外，

18、虚拟仪器技术已经广泛应用在诸如IBM、Motorola、AT&T、Kodak、Ford等公司的生产控制和产品检测过程中。就国内而言，康佳、华为、中兴通讯、上海贝尔、格力空调等公司也都将虚拟仪器技术引入到了其研发和生产过程当中。实际上，所有传统仪器从功能上都可以分为三大部分:数据采集、数据分析和结果输出。其框图如图1-1所示:结果显示部分计算机和虚拟仪器数据采集和控制卡测控对象图1-1传统仪器框图其中数据分析和结果输出都可以在计算机上通过软件来实现。虚拟仪器正是在这样的认识上提出来的。虚拟仪器(VirtualInstrument，简称VI)是现代计算机技术和测控仪器技术深层次结合的产物，是当今计

19、算机辅助测试(CAT)领域的一项主要技术。所谓虚拟仪器，就是在以通过计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板，测试分析功能由软件实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器。它充分体现了“仪器即软件”的概念。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出测量结果，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理，利用1/0接口设备完成信号的采集、测量和调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。“虚拟”主要包括一下两方面的涵义:1、虚拟的面板:虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各

20、种器件所完成的功能是相同的。如各种开关、按键、显示屏等实现仪器电源的“通”、“断”，被测信号“输入通道”、“放大倍数”等参数设置，测量结果的“数值显示”、“波形显示”等。传统仪器面板上的器件都是实物，而且是用手动和触摸进行操作的，与此相反，虚拟仪器的面板控件是外形与实物相近的图标，其通、断、放大等功能对应于相应的软件程序。这些软件己经设计好了，用户不必设计，只需要选用各种图形控件即可，由计算机鼠标和键盘来进行操作。就设计面板的过程来说，实际就是在面板设计窗口中摆放所需的各种控件然后编写相应的程序。2、由软件实现的虚拟仪器测量功能:在以PC为核心组成的硬件平台上，虚拟仪器不仅可以通过软件编程来实

21、现仪器测试功能，而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能。因此在确定了硬件平台的前提下，就有“软件就是仪器”的说法。这也体现了测试技术与计算机技术深层次结合的表现。总的来讲，虚拟仪器较之传统仪器具有以下优势:1)开发维护费用低:2)技术更新周期短;3)性能价格比高;4)开放灵活可复用;5)网络通讯能力强。在国外，虚拟仪器已经有了近20年的发展，广泛地应用到了电子测量、振动分析、声学分析、故障诊断、航天航空军事工程、机械电力工程、建筑业、生产过程控制和教学科研等诸多方面。就我国来讲，虚拟仪器的发展和应用相对落后，至今还没有自主的虚拟仪器开发软件。另外，虚拟仪器的网络化应用也刚刚

22、起步近几年，虚拟仪器技术仍处在不断的发展当中，还有大量的应用有待我们去开发，基于计算机的全数字化测控是测控技术的未来发展方向，同时，基于计算机网络的分布式测控也是测控技术的一个重要发展方向。为了满足现在生产生活的需求，本文研究了LabVIEW平台和虚拟仪器技术，设计了一个具有一定使用价值的远程数据采集系统，其操作简单、界面直观、扩展适用性强，对实际生活有很好的利用价值。1.1.2 虚拟仪器的结构传统的电子仪器是自封闭的系统，它具有信号输入、输出的能力并有固定的用户界面。比如:输入、输出信号接插件、旋钮、按钮、显示仪表、显示面板等。一个仪器包括传感器、信号处理器、A/D转换器、微处理器、存储器和

23、内部总线等专门化的电路。通过这些电路来转换、测量、分析实际信号，并将结果以各种方式显示。然而，有时为了构成具有一定功能的系统，配置了一套仪器，对其中的某些仪器，只用到了其中一部分功能，而将它作其他功能使用时，却不具备或达不到所需指标。如另配置一套仪器，效率不高且价格高。要是能将原有的仪器稍加改动，就可以扩大其使用范围。但是传统的仪器功能是由制造商决定的，用户不能任意更改，用户如按自己的要求定制仪器需要昂贵的价格。VI(虚拟仪器)是由用户利用一些基本硬件及软件编程技术组成的各种各样的仪器系统，它的功能是可由用户自己定义的。自从引进了VI的技术，这就使用户可以随心所欲地根据自己的意愿，设计自己的仪

24、器系统，就像温度测量计、电压表、图表记录器、数字仪和信号分析计等，都可在同一基本硬件上配置不同的软件而实现。Vl的另一用途是方案论证，用于在设计方案的论证过程中。对于一种设计要求，我们可能有各种不同的实现方法，如每个方法都用传统的仪器试验一遍不仅花大量的人力，还要大量的财力。而用基本硬件和基本软件组合的Vl可方便地实现各种方法，以比较各个方案的优缺点。如今，计算机是开放的工业标准化结构，可以提供处理、存储和显示的能力，所以可将计算机用作电子仪器的助动器，使用户自定义各种仪器功能成为现实。现在流行的DAQ(数据采集)卡、GPIB(通用接口总线)卡、VXI(系统控制接口卡)等可以插入计算机的槽口。

25、Vl就是加在计算机上的一组硬件和软件，使用者操作这台计算机，就像是在操纵一台他自己设计的传统仪器。美国NI(国家仪器)公司数字化技术的插入式DAQ卡，具有构造一系列传统测量仪器的能力。它配上该公司的LabVIEw、Labwindows/cVI等软件包(包含有DAQ的驱动程序)使用户方便迅速组建自己的应用系统。1.1.3 虚拟仪器的特点与传统仪器相比，虚拟仪器有以下一些特点。（1）软件是核心根据系统设计的要求，在选定系统控制用计算机以及一些标准化的仪器硬件模块或板卡后，软件部分就成为构建和使用虚拟仪器的关键所在。其中，仪器驱动软件的功能是实现与仪器硬件的接口和通信，应用软件则完成用户定义的测试和

26、仪器功能，并提供人机交互界面。在进行应用程序开发时，可以利用 HPVEE、LabVIEW等软件开发平台。可以看出，软件在虚拟仪器技术中占有十分重要的作用，NI 公司提出的“软件即仪器”就是这一特点的形象概括。（2）灵活性和可扩展性虚拟仪器已经打破了传统仪器由厂家定义功能和控制面板及用户无法更改的模式。仪器用户可以根据具体测试的需求，自由发挥自己的想象力，方便灵活地重组测量系统，系统的扩展、升级可随时进行，而且系统更新的周期短、见效快，能充分地满足用户在不同场合的应用需求。（3）性价比高虚拟仪器可以将传统仪器中一些由硬件完成的功能转为软件实现，减少了自动测试系统的硬件环节，降低了系统的开发成本和

27、维护成本；虚拟仪器能够同时对多个参数进行实时高效的测量，数据处理也主要依赖软件来实现，大大降低了环境干扰和系统误差的影响；用户可以随时根据需要调整虚拟仪器的功能，实现一机多用。因此，使用虚拟仪器比传统仪器更经济，更能节约成本。（4）良好的人机界面虚拟仪器的操控界面是采用图形化编程技术实现的一种虚拟面板或称为软面板。虚拟面板可以模拟传统仪器面板的设计风格，也可以由用户根据实际需求设计。测量结果可以通过计算机屏幕以曲线、图形、数据或表格等形式表现出来。（5）与其它设备互联的能力虚拟仪器通常具备标准化的总线或通信接口，具有与其它设备互联的能力。例如，虚拟仪器能够通过以太网与 Internet 相连，

28、或通过现场总线完成对现场设备监控和管理等。这种互联能力使虚拟仪器功能显著增加，应用领域明显扩大。1.2 虚拟仪器的国内外发展现状远程测控的发展历程与网络通讯和传输技术的发展密切相关，共经历了三个不同发展阶段：首先是基于专用网络和专用传输控制协议的远程测控系统逐渐兴起，产生了如 RS-232C、IEEE-488(GPIB)等著名的传输控制协议，并出现了相应的硬件去实现。但是，这种远程测控体系不仅需要大量设备和资金投入进行网络建设和专用软硬件的配置，而且整个体系缺乏通用性，所以没有能够广泛的发展。随着客户机/服务器(Client/Server)模式的广泛应用，局域网开始逐步取代专用网络，通用协议也

29、相应取代专业协议，TCPIP 基本上成为应用最广泛的互联网技术。这种新的发展无论在整个体系结构的灵活程度，还是系统构造的周期和难度方面，都使得远程测控系统向前迈进了一大步。但是，客户/服务器模式也存在着一个重要的缺点，就是用户必须安装、配置和维护本系统专用的客户端软件。在很多情况下，尤其是客户端软件的安装和配置比较复杂时，这个限制是很不方便的，一旦软件配置或者安装不正确的话，就很可能会使系统无法工作，或者违背了远程测控的开放性和通用性的宗旨。Internet 的出现和爆炸式增长，网络技术的飞速发展，给远程测试的发展注入了新的活力。浏览器和 协议在全球范围的广泛使用给客户服务器模式的软件安装、配

30、置问题提供了满意的解决方案，这就是现在远程测控中广泛采用的浏览器服务器模式(BrowseServer)。只要有一个网络接口和一台安装了浏览器的计算机，用户就可以通过浏览器实现全球范围内的远程测控。由于 Internet 网络遍及全世界，并且正在与更大带宽的有线电视网和电力网进行互联，而且 Internet 拥有成熟的通讯协议，用较少的资金和设备投入，较短的开发周期就可以构建整个系统。此外，任何适用于 Internet 的技术均可被加以利用，来实现系统功能的扩充而不需要修改客户端软硬件。因此，浏览器服务器模式(BrowseServer)相对于其它两种远程测控方式而言，有着无可比拟的优势。除了工农

31、业生产、国防、科研外，远程虚拟仪器将深入到人们生活的各个领域。比如以互联网为主要手段的现代远程教育如今已成为一种不可阻挡的发展趋势。美国已有 60的高校开展了以互联网为主要手段的远程教育，远程教育开设的学历、学位课程数已达到 4.9 万个，基本上覆盖了美国高等学校的所有学科和专业，通过网络学习的人数正以每年 3 倍的速度增长8。但是，相对于可以远程进行的理论教学模式而言，传统实验教学模式是近距离性的。而远程教育中，由于教学机构与学习者在空间上分离，学习者到学校实验室做近距离的现场实验总是相当困难，当然也不可能在每个学习者所在处(如企业、家庭等)建立实验室，这样就产生了在远程教育中实验教学与教学

32、要求不适应的状况，并已经成为了制约远程教育质量的一个重要因素。利用远程虚拟仪器技术，将 Internet 与上述的虚拟实验室组成一个基于 Web 的虚拟实验室，使远端的学员可以不断地通过 Internet 利用浏览器在自己的计算机上进行各种虚拟实验，学习掌握各种虚拟仪器的工作原理及操作使用方法。虚拟仪器在有些发达国家中设计、生产、使用已经十分普及。在美国，虚拟仪器及其图形编程语言，已作为各大学理工科学生的一门必修课程9。在我国虚拟仪器设计、使用也已起步，我国有几家企业在研制 PC 虚拟仪器，产品已达到一定的批量。未来的几年内，我国将有更多的仪器为虚拟仪器10。届时，国内将有大批企业用虚拟仪器系

33、统对生产设备的运行状况进行实时监测。随着微型计算机的发展，各种软件不断诞生，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试、实验仪器的主流。研究内容：应用虚拟仪器的设计思想以及功能模块化的设计方法，采用LabView开发平台、计算机、IO接口和数据采集卡相结合，设计一个实现数据处理、信号分析处理、数据输出显示和仪器控制模块等功能的远程数据采集系统。研究意义：计算机科学、微电子技术和网路技术的发展，以及网络协议的不断完善，使得计算机、网络与仪器的结合变的十分紧密，为实现真正的硬件资源共享、互动操纵性、安全性等优点，对此远程数据采集具有重要意义！数据采集是获得信息的基本手段，数据采集技术作为信息科学

34、的一个重要分支，以传感器、信号测量与处理、微型计算机等技术为基础而形成的一门综合应用技术，它研究数据的采集、存储、处理及控制等作业，具有很强的使用性。随着科学技术的发展和数据采集系统的广泛应用，人们对数据采集系统提出了越来越高的要求，特别在雷达、气象、地震预报、航空航天、通信等领域里，现场信号具有重要的作用，这些信号的主要特点是实时性强、数据速率高、数据量大、处理复杂、运算量大。本课题利用LabView开发平台设计一个可以局域网运行的的多通道远程数据采集系统，实现远程实时数据的采集、显示和数据库存储。要求完成系统需求分析,功能模块划分,流程图的设计,各个应用程序各模块的具体代码实现等全部过程。

35、2 虚拟仪器的硬件2.1 通用仪器硬件部分2.1.1 传感器传感器将感应的物理量变为DAQ系统能测量的电信号。例如：热电偶，电阻式热探测器，热米电阻等温度传感器将温度转变成ADC（模数转换器）可测量的模拟信号。另外如张力测量器、流量传感器、压力传感器可以用来相应的测量力的强度、流速、压力。在每一种测量中，传感器产生的信号是与所测控的物理参数相对应的。2.1.2 信号调理器由传感器产生的电信号必须转化成DAQ卡能接受的电信号。信号调理器能放大弱信号，然而为了得到更精确的测量，还需对信号进行隔离和滤波。此外有些传感器需要电压或电流激励源得到电压输出。2.1.3 数据采集卡数据采集卡包括总线接口、输

36、入端口、输出端口和控制四个部分。总线接口是数据采集卡与系统交换数据的通道；输入接口包括模拟输入、并行输入和外部时钟输入等；输出接口包括模拟输出、并行输出和时钟分频输出等；控制部分的功能有设置采样频率、A/D转换、D/A转换、增益调节、控制输入与输出数据缓冲、计数、时钟分频、模拟输出平滑等。(1)数据采集卡的功能 数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、触发采集、数字I/O和定时I/O，这些功能分别由相应的电路来实现。模拟输入是采集卡最基本的功能。它由多路开关、放大器、采样保持电路以及A/D来实现，A/D的性能和参数直接影响着模拟输入的质量，它考虑的参数包括采样速率、通道数和输入范围等。模拟输出是

37、为采集系统提供激励。输出信号受数模转换器(D/A)的稳定时间、转换速率和输出分辨率等因素的影响。许多数据采集的应用过程需要一个外部事件来启动或停止数据采集的工作。数字触发使用外部数字脉冲来同步采集与电压生成；模拟触发主要用于模拟输入操作，当一个输入信号达到指定模拟电压值时，根据相应的变化方向来启动或停止数据采集的操作。D/A通常用来控制过程、产生测试信号、与外设设备进行通信等。它的参数包括：可应用的数字线的数目、在这些通路上接收和提供数据的速率、通路的驱动能力等。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。计数器/定时器包括对数字事件产生次数的计数、数字脉冲计时

38、以及产生方波和脉冲。计数器包括三个重要信号：输出信号、计数信号和门限信号。(2)数据采集卡的软件配置 数据采集卡一般都有驱动程序，该程序用来控制采集卡的硬件操作，驱动程序由采集卡的供应商提供。NI公司提供了数据采集卡的配置工具软件-Measurement&Automation Explorer，它可以用来配置NI公司的硬件和软件，比如查看所连接的设备、执行系统测试、增加新通道和虚拟通道等，数据采集卡的配置将在软件设计中讲述。数据采集卡是硬件的重要组成部分，其性能指标直接影响着监测系统采集信号的采样速率、精度等指标。数据采集卡的选择主要与采样频率、测量通道、测量精度、分辨率有关。采样频率是在单位

39、时间内的测量次数，根据采样定理，所需的采样频率应为所测信号最高频率分量的两倍以上。测量通道是系统所需测量的信号数量，产品不同，可测量的通道数也不同。在选取数据采集卡时应注意几点：可测通道数是否满足系统要求；在需要差分输入测量时，采集卡上有无差分输入以及差分输入的通道数；在测量通道数较多时，采集卡能否扩展及最多可扩展的通道数。测量中都需将模拟信号经A/D转换成数字信号，分辨率就是将满量程信号经A/D转换后得到二进数的位数。分辨率越高说明可检测出的电压变化越小，它和测量范围及增益决定了采集卡的可测最小电压变化量。BufferLabVIEW程序驱动程序DAQ板卡A/D硬件信号Buffer（FIFO）

40、显示 外触发图2-1 DAQ设备与计算机相连整体系统框图上图表示了数据采集的结构。在数据采集之前，程序将对DAQ板卡初始化，板卡上和内存中的Buffer是数据采集存储的中间环节。需要注意的两个问题是:是否使用Buffer，是否使用外触发启动、停止或同步一个操作。这里的缓冲指的是PC内存的一个区域(不是DAQ卡上的FIFo缓冲)，它用来临时存放数据。例如，当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，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Bufl笼:与DAQ操作的速度及容量有关。如果采集卡有DMA性能，模

41、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着手处理的数据之前的若干数据点。下列情况需要使用 BufferFO:1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。2采样周期必须准确、均匀地通过数据样本。下列情况可以不使用BufferI/0:1数据组短小，例如每秒只从两个通道之一采集一个数据点。2需要缩减存储器的开支虚拟仪器硬件部分主要包

42、括计算机相关硬件和IO接口设备。计算机： 一般为PC机或工作站，这是硬件平台的核心。PC机的迅速发展使其成为虚拟仪器系统的核心，快速的CPU（目前速度已达GHz以上）、大容量的硬盘和RAM、高速IO接口完成虚拟仪器测试系统中的数据传输、分析及处理、存贮等任务，也使得系统的性能比传统测量仪器大为提高。对于网络虚拟仪器系统，则还包括网络硬件设备，如网卡、路由器、网络服务器等等，这里不再赘述。I/O接口设备：I/O接口设备主要完成被测信号的采集、放大和A/D转换等。根据采用的不同总线及其相应的I/O接口硬件设备，如利用PC机总线的数据采集卡、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、串口总线仪器等，虚拟

43、仪器系统的构成方式主要有5中方式，如图PC-DAQ系统GPIB系统计算机被测对象VXI系统PXI系统串口系统图2-2 虚拟仪器系统的构成方式PC-DAQ系统：它是以数据采集卡、信号调理电路和计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。这种系统采用PCI或ISA计算机本身总线，只需将数据采集卡DAQ插入计算机的可用插槽中即可。GPIB系统：GPIB技术属于IEEE488标准的虚拟仪器早期开发标准。它的出现时电子测量由独立的手工操作向大规模的自动测试系统发展，典型的GPIB系统由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台GPIB形式的仪器通过GPIB电缆线连接而成。在标准的情况下，一台GPIB接口卡

44、可带多达14台仪器，电缆长度可达20米。GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很方便的把多台仪器结合起来，形成的的自动控制系统。GPIB测控系统地结构和命令简单、造价低廉，主要市场在台式仪器市场。VXI 系统：VXI总线是一种高速计算机总线VME总线在VI领域的扩展。它具有稳定的电源，强力的冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开发、结构紧凑、数据吞吐量大、定时和同步精确、模块可用等优点，因而得到很快的应用。进过十多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模远程数据采集系统以及对速度、精度要求高的场合。然而，组建VXI总线要求

45、有机箱、零槽管理器以及嵌入式控制器，造价比较高。PXI系统：PXI总线方式是在PCI总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的参考时钟。用于精确定时的星形触发总线，以使用于相邻模块的高速通讯的局部总线。PXI具有高度可扩展性，PXI具有8个扩展槽，而台式PCI系统一般只有3个扩展槽，通过使用PCI一PCI桥接器，可扩展到256个扩展槽，台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来主流的虚拟仪器平台。串口系统：它是以Serial标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器测试系统。新型的串口系统包括USB方式接口，适合用于普及型的廉价系

46、统，有广阔的发展前景。无论上述哪种Vl系统，都是通过应用软件将仪器硬件与通用计算机相结合实现的。其中，PC一DAQ测试系统是构成Vl的最基本的、最廉价的方式。2.3 LabVIEW软件开发平台LabVIEW包括三个部分：程序前面板、程序框图和图标/连接端口。程序前面板用于模拟真实仪表的人机界面。程序框图相当于传统程序的源代码，程序框图由节点和数据连线构成。节点式VI程序中的执行元素，类似于文本编程语言程序中的语句、函数或子程序。节点之间的数据连线按一定的逻辑关系将节点连接起来，它可以定义程序框图内的数据流动方向。节点之间、节点与前面板对象之间是通过数据端口和数据连线传递数据的，数据端口是数据在

47、前面板对象和程序框图之间传输的通道，是数据在程序框图内节点之间传输的接口。LabVIEW共有三个工具模板用于创建和运行程序，它们分别为工具模板(Tools Palette)、控制模板(Controls Palette)和功能模板(Functions Palette)。工具模板主要用于VI的创建、修改和调试，提供图形操作的各类工具，如文字输入、移动和设置断点等；控制模板提供用于前面板编辑、控制和实现对象的图表以及一些特殊的图形，其中每个工具图标代表一个子模板，且每个工具图标又包含一系列子模板；在程序框图窗口的工具模板是功能模板，功能模板是创建程序框图的工具，该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模

48、板。2.3.1 LabVIEW的程序设计LabVIEW通过图形编辑器来产生最优化编辑代码，虚拟仪器执行这些代码相当于C的速度，下面说明图形化的程序设计的步骤：(1)确立方案 利用LabVIEW软件构建虚拟仪器，利用交互式控制的软件系统，用户能方便地建立前面板接口。(2)创建前面板 前面板是图形化界面，用于设置输入数值和观察输出量。前面板包含了按钮、图形等控制与显示对象，通过键盘或鼠标输入数据或控制按钮，也可以在计算机上直接观察输出量。(3) 创建程序框图 在前面板窗口的主菜单 Windows 中选择 Show Diagram，将前面板窗口切换到程序框图窗口，此时会看到与前面板对象对应的端口。功

49、能模板中根据需要找到所需的节点，并将这些节点图标放置到程序框图窗口，用数据连线将这些端口和节点的图标连接起来，形成完整的程序框图。(4)数据流程序设计 LabVIEW软件是一个多任务系统，具有多线程功能并运行多个虚拟仪器。其软件程序的执行顺序由各方块中的数据流决定，并可以建立同步操作的流程图。(5)模块化和层次 LabVIEW虚拟仪器可以进行模块化设计，任何虚拟仪器既能独立运行，又能被调用成为其他虚拟仪器的一部分，而且可以创建自己的虚拟仪器图标，因而可以设计由虚拟仪器构成的多层次系统。(6)运行和调试程序 在LabVIEW中，用户可以通过运行和连续运行两种方式来运行程序。若一个VI程序存在语法

50、错误，则面板工具条上的运行按钮就会变成一个折断的箭头，表示该程序不能被执行，点击此按钮，LabVIEW会弹出错误清单窗口，列出错误清单，点击其中所列出的错误并选用Find功能，则出错的对象或端口就会显示在程序框图中。调试程序时可以通过设置断点、设置探针、单步执行来显示数据流动方向，从而能够判断出错程序的位置。2.3.2 LabVIEW的网络访问功能远程设备访问（Remote Device Access, RDA）技术是 NI 公司的特色技术。利用 RDA 技术，可以将 DAQ 设备在网络上共享，通过一系列的设置之后，可以在客户机上控制位于远程服务器上的 DAQ 设备。LabVIEW 6i 以上

51、的版本中，所有控件都增加了一个叫做 DataSocketConnection 的特殊属性，利用这个属性，可以实现不同计算机上相对应的两个甚至多个同类型的 DataSocket 通信，从而实现不同机器上的数据共享。LabVIEW 6i 以前的版本不具备远程面板（Remote Panels）发布能力，即能直接在本地（Client）计算机上打开并操作位于远程（Web Server 端）计算机上的 VI 的前面板。LabVIEW 6i 以后的版本集成了 Remote Panels 技术，为用户解决了这个问题，用户可以以极为简单的方式直接在本地计算机上打开并操作位于远程计算机上的 VI 的前面板，甚至将

52、 LabVIEW VIs 的前面板窗口嵌入到一个网页中并在网页中直接操作它。C/S 模式:PC 时代到来后，计算机网络和计算机应用得到了很大的发展。PC 价格的不断下降和性能的持续上升，逐步将在面向终端的网络时代中处于核心地位的大型主机赶向网络应用的角落。NetWare 和 Windows NT 的兴起，以及大型数据库系统的粉墨登场，开辟了网络应用的新模式客户/服务器(C/S)模式。这种模式是计算机网络发展第二阶段出现的一种分布式计算处理的网络系统。虽然从定义上，C/S 模式是指任何将事务处理分开进行的网络系统，但绝大多数的 C/S 应用系统是 C/S 数据库系统。C/S 模式系统以服务器作为

53、数据处理和存储平台，在终端设计有专门的应用程序进行数据的采集和初次处理，再将数据传递到服务器端，用户必须使用客户端应用程序才能对数据进行操作。C/S 模式具有专业化程度高、开发手段灵活、运行速度快等特点，但受到维护成本大、适应性弱等问题的影响。C/S 模式系统几乎可以适应任何的操作平台，开发技术也多种多样，大部分计算机语言都能开发出 C/S 模式的应用系统。通常，集散控制系统与多点监控系统多采用这种结构。一般有多个客户端来采集数据，通常有一个服务器，它既可以向底层的测控机发送指令，也可以监视底地层测控设备，还可以充当数据库的角色；而客户端不仅需要对底层测控设备进行控制，还可以通过网络把测试数据

54、写入远程服务器数据库。对于这种模型，设计人员要做两方面的开发，一个是采集程序和数据远程发布程序的设计，另一个是客户端数据的接收程序的设计。B/S 模式:B/S 模式即浏览器/服务器模式，该模式方便用户在 Web 下发布数据。通常，用户端只需要安装一个浏览器来直接访问该测控网站的地址，就可以监视远程测控点的数据变化情况。它的主要工作在于服务器端程序的开发，不存在客户端程序的开发和维护。Web 技术吸引人的地方是采用超链接和多媒体信息。Web 服务器使用超文本标记语言（HTML）描述网络的资源，创建网页，并以 HTML 数据文的形式保存其中，以供 Web 浏览器阅读。HTML 文档的特点是交互性，

55、超链接是文挡中的链接，不管是一般文本还是图形，都能连接到服务器上的其他文档，从而使客户快速地搜寻他们想要的资料。HTML 网页还可包括表单供用户填写并通过服务器应用程序提交给数据库。这种数据库一般是支持多媒体数据类型的。Web 浏览器是一个用于文档检索和显示的客户应用程序，并通过超文本传输协议 协议与 Web 服务器相连。目前，流行的 Internet Explorer 和Netscape Navigator 除提供基本的文档检索、显示和导航特性，还支持 HTML的高级显示（如表和帧）以及 ActiveX、Java、JavaScript 等特性。B/S 模式的系统以服务器为核心，程序处理和数据

56、存储基本上都在服务器端完成，用户无须安装专门的客户端软件，只要通过网络中的计算机连接服务器，使用浏览器就可以进行事务处理。B/S 模式具有易于升级，便于维护，客户端使用难度低、可移植性强等特点，同时也受到灵活性差、应用式简单等问题的制约。C/S 模式与 B/S 模式的优缺点比较:表2-1 C/S模式和B/S模式优缺点比较优点缺点C/S客户端实现与服务器直接连接，没用中间环节，响应速度快需要专门的客户端安装程序，分布功能弱，不能够实现快速部署和安装操作界面漂亮，形式多样，可以满足客户自身个性要求。兼容性差，对于不同的开发工具，具有较大的局限性，如采用不同工具，需要改写程序。C/S结构管理信息具有

57、较强的事务处理能力，能实现复杂的业务流程。开发成本较高，需要一定专业水准的人才能完成，拓展困难。B/S具有分布性特点，随时随地进行查询、浏览等业务处理个性化特点明显降低，无法实现具有个性化功能的要求业务扩展简单方便，通过增加网页即可增加服务器功能。操作以鼠标为最基本操作方式，无法满足快速操作的要求。维护简单方便，只需要改变网页即可实现对所有用户的同步更新。页面动态刷新，响应速度明显降低。开发简单，共享性强。功能弱化，难以实现传统模式下的特殊功能要求。 结合上图中C/S和B/S的优缺点，本文分别采用C/S模式和B/S模式来进行数据的传输和完成远程控制功能。2.4 本章小结 本章主要介绍了此次研究

58、所能用到得硬件部分，包括数据采集卡的具体型号和参数、数据采集卡与PC机的连接方式等。以及LabVIEW软件开发平台的相关功能，其中C/S和B/S的优缺点对比为下文选择C/S做为本文的一部分给予了详细的解释。这些都为以后各项设计打好了理论基础。3 系统方案设计3.1 远程数据采集的功能 应用虚拟仪器的设计思想以及功能模块化的设计方法，采用LabView开发平台、计算机、IO接口和数据采集卡相结合，设计一个实现数据处理、信号分析处理、数据输出显示和仪器控制模块等功能的远程数据采集系统。原始信号Labview传输远程计算机访问控制信号传送器计算机系统信号采集模块图3-1远程数据采集总体流程图 如图所

59、示，信号传送器将传感器采集的温度、湿度等原始信号调理后转变为符合IEC标准的被测信号，由信号采集卡采集，经过机箱PCI插槽将信号数据传送至计算机系统，最后由Labview软件平台实现信号的设置、控制和远程传输。3.3 系统硬件方案部分 从构成要素上来说，远程数据采集系统主要由计算机、网络传输设备、应用软件和仪器硬件组成；从构成方式讲，则有以DAQ板和信号调理为仪器硬件组成的PC-DAQ测试系统，和以GPIB、VXI串行总线和现场总线。远程数据采集的系统构成大致如图：图3-2远程数据采集构成图1）PC-DAQ 测试系统这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件(如 LabVIEW)相结合

60、，完成测试任务。它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利，但 AD 转换技术的好坏直接影响其测量精度。插卡式仪器价格最便宜，因个人计算机数量非常庞大，因此其用途广泛，特别适于教学部门和各种实验室使用，本课题开发的远程虚拟仪器系统就属于该类型。2）通用接口总线(General Purpose Interface Bus，GPIB)方式GPIB 技术是虚拟仪器技术发展的第一阶段。GPIB 体系结构是通过 GPIB总线将具有 GPIB 接口的计算机和仪器集成的测试系统。典型的 GPIB 系统由一台 PC 机、一块 GPIB 接口卡和若干台 GPIB 形式的仪器通过 GPIB 电缆线连接而成。其