第9章数据采集

第9章数据采集数据采集是LabVIEW的一项重要功能。NI公司为LabVIEW的用户提供了丰富的数据采集设备以最大限度地满足各个领域的需要。本章主要介绍了数据采集的基础知识以及DAQAssistant的使用方法。9.1DAQ系统概述9.1.1DAQ系统的构成在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。随着计算机和总线技术的发展，基于PC的数据采集（DataAcquisition，DAQ）板卡产品得到了广泛应用。许多应用通过使用插入式设备采集数据并把数据直接传送到计算机内存中，而在一些其他应用中，数据采集硬件通过并行或串行接口和PC相连。基于PC的数据采集系统的组成部分可分5个部分：（1）PC（2）传感器（3）信号调理（4）数据采集硬件（5）软件图9-1典型的基于PC的DAQ系统DAQ的任务就是测量或生成物理信号。图9-2数据采集系统结构9.1.2DAQ系统的功能数据采集前，必须对所采集信号的特性有所了解，因为不同信号的测量方式和对采集系统的要求是不同的，只有了解被测信号才能选择合适的测量方式和采集系统配置。任意一个信号是随时间而改变的物理量。一般情况下，信号所运载信息是很广泛的，如：状态（state）、速率（rate）、电平（level）、形状（shape）和频率成分（frequencycontent）。根据信号运载信息方式的不同，可以将信号分为模拟或数字信号。1．数字信号数字（二进制）信号分为两类，第一类数字信号是开/关信号第二类数字信号是脉冲信号。2．模拟信号模拟信号可分为直流、时域、频域信号，如图9-3所示。图9-3模拟信号分类（1）模拟直流信号（2）模拟时域信号（3）模拟频域信号3．信号调理从传感器得到的信号大多要经过处理才能进入数据采集设备，信号处理功能包括放大、隔离、滤波、激励和线性化等。由于不同传感器有不同的特性，因此，除了这些通用功能，还要根据具体传感器的特性和要求来设计特殊的信号调理功能。（1）放大（2）隔离（3）滤波（4）激励（5）线性化（6）数字信号调理4．A/D转换与D/A转换为了提高系统的性能指标，数字计算机技术广泛应用于现代控制、通信及检测等领域。系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。模数和数模转换器就是能在模拟信号与数字信号之间起桥梁的电路。将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器）。A/D转换器按分辨率的不同可分为4位、6位、8位、10位、14位、16位和BCD码的31/2位、51/2位等；按照转换速度可分为超高速（转换时间≤330ns）、次超高速（转换时间330ns～3.3s）、高速（转换时间3.3～333s）、低速（转换时间＞330s）等；按转换原理分可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器。有些转换器还将多路开关、基准电压源、时钟电路、译码器和转换电路集成在一个芯片内，已超出了单纯A/D转换功能。图9-4转换结构图与A/D转换器相对应，将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称D/A转换器）。5．数字I/O（DIO）DAQ设备中的数字I/O由生成或接收二进制通断信号的部分构成，他们通常用于过程控制、生成测试样式及与外围设备进行通信。数字连线通常分组为若干个端口，每个端口由四条或八条连线构成。同一端口中的所有连线必须同时是输入连线或输出连线。由于一个端口中包含多条数字连线，可以通过端口写入或端口读入同时设置或提取多条连线的状态。数字连线的数量当然应该与需要被控制的过程数目相匹配。通过应用恰当的数字信号调理配件，用户可以使用进/出数据采集硬件的低电流TTL信号来监测/控制工业硬件产生的高电压和电流信号。6．计数器/定时器计数器/定时器在许多应用中具有很重要的作用，包括对数字事件产生次数的计数、数字脉冲计时，以及产生方波和脉冲。应用一个计数器/计时器时最重要的指标是分辨率和时钟频率。9.2数据采集卡的安装PCI-6221是一块高性能的NI-DAQmx设备，它的引脚定义如图9-5所示。安装时直接将其插入到PC机主板上的插槽内即可，如图9-6所示。图9-5PCI-6221引脚图

图9-6PCI-6221的安装图9-7NI设备驱动光盘的安装界面图9-8MAX配置与管理对话框图9-9创建一个新的通道配置文件（1）

图9-10创建一个新的通道配置文件（2）图9-11选择虚拟通道类型图9-12创建一个新的本地通道图9-13配置通道的设置和测试9.3DAQVI的组织结构LabVIEWDAQVI组织有两个选项板：一个用于传统NI-DAQ，另一个用于NI-DAQmx。NI公司的DAQ硬件连线有两种不同的设备驱动器。NI-DAQmx是驱动器，无论是在性能还是在使用简易性方面都优于传统NI-DAQ。借助于DAQ助手会使编写VI采集数据的工作明显简化。NI-DAQmxVI是一种称为多态VI的特殊VI，是能够适应不同DAQ功能的一组核心VI，如模拟输入、模拟输出和数字I/O等。选择“函数”选板下的“测量I/O→DataAcquisition”子选板即可访问DAQmx选项板。图9-14传统DAQ函数节点各个子选板的主要功能如下。（1）AnalogInput子选板（2）AnalogOutput子选板（3）DigitalI/O子选板（4）Counter子选板（5）CalobrationandConfiguration子选板（6）SignalConditioning子选板数据采集VI按功能划分为不同的等级。

（1）顶层（2）第三层（3）第二层（4）底层图9-15连续数据采集程序框图9.4数据采集助手数据采集助手DAQAssistant是LabVIEW7以后版本新增的一个重要工具。它是一个图形化的界面，主要用于交互式地创建、编辑和运行NI-DAQmx虚拟通道和任务。这个工具通过一个图形化接口来配置简单和复杂的数据采集任务，从而帮助用户无需编程即可创建应用程序。DAQAssistant是一个基于步骤的向导，它可以使用户无需编程即可配置数据采集任务、虚拟通道以及实现缩放操作。用户可以从NI应用软件中启动DAQAssistant，如LabVIEW、LabWindows/CVI、MeasurementStudio或MAX。利用DAQAssistant，用户可以执行以下任务：（1）创建和编辑任务和虚拟通道；（2）添加虚拟通道至任务；（3）创建并编辑量程；（4）测试用户的配置；（5）保存用户的配置；（6）在用户的NI应用软件中生成代码以在用户的应用程序中使用；（7）观察用户的传感器的连接图。图9-16DAQAssistant选板图9-17放置DAQ助手将自动进入MAX界面使用DAQAssistantExpressVI构建数据采集VI的通用过程如下：（1）打开一个新的VI；（2）在框图中置DAQAssistantExpressVI；（3）出现DAQAssistant以配置测量任务；（4）配置、命名及测试NI-DAQmx任务；（5）单击OK按钮已返回框图；（6）编辑前面板和框图完成VI；（7）如果需要的话，生成NI-DAQmxTaskName控件以便在其他应用中使用该任务。图9-18配置完成后的DAQ助手界面在DAQAssistant中可以选择测量类型，包括模拟输入、模拟输出、数字输入/输出、计数器输入和计数器输出。1．模拟输入模拟输入用于实施模数转换。在DAQAssistant中单击AnalogInput进入下一级子选板，该选板中列举了模拟输入可能的测量类型窗口：电压、温度、压力、电流、阻抗、频率以及自定义的激励电压。一旦将所选的虚拟通道添加到用户任务中就会打开DAQAssistant设置及测试屏。DAQAssistant的较低部分有两个标签：TaskTiming（任务定时）和TaskTriggering（任务触发）。配置定时和触发是配置DAQmx任务的一个重要步骤。（1）任务定时（2）任务触发2．模拟输出

模拟输出用于实现数模转换。实现模拟输出DAQmx任务配置的基本步骤与模拟输入相同。在DAQAssistant中单击AnalogOutput打开显示模拟输出可用类型的屏幕：