基于LabVIEW和声卡的数据采集系统

基于LabVIEW和声卡的数据采集系统发布日期:2005-10-23作者:魏晨阳朱健强来源:微计算机信息摘要：本文提出了一种基于LabVIEW和声卡的数据采集系统，该方法实现简单、性价比高。生成的采集软件交互性好，操作方便，并且可以根据用户的需求进行功能扩充，为低成本下构建数据采集系统提供了一种思路。关键词：LabVIEW，声卡，数据采集引言数据采集系统的主要任务是将被测对象的各种参数做A/D转换后送入计算机，并对采到的信号做相应的处理。数据采集系统分为软件和硬件两部分。数据采集软件通常根据用户的要求进行编写，选择好的开发平台可以起到事半功倍的效果。LabVIEW是一个较好的图形化开发环境，它内置信号采集、测量分析与数据显示功能，提供超过450个内置函数用于分析测量数据及处理信号，将数据采集、分析与显示功能集中在了同一个开放式的开发环境中。LabVIEW的交互式测量助手(assistant)、自动代码生成以及与多种设备的简易连接功能，使它能够较好地完成数据采集。数据采集硬件包括传感器、信号调理仪器、信号记录仪器。前两者已有专门的厂商研发。计算机采集卡是信号记录仪器中的重要组成部分，主要起AD转换功能。目前主流数据采集卡都包含了完整的数据采集功能，如NI公司的E系列数据采集卡、研华的数据采集卡等，这些卡价格均比较昂贵。相对而言，同样具备A/D功能的声卡技术已经成熟，成为计算机的标准配置，在大多数的计算机上甚至直接集成了声卡功能，无需额外添加配件。这些声卡都可以实现两通道、16位、高精度的数据采集，每个通道采样频率不小于44KHz。对于工程测试，教学实验等用途而言，其各项指标均可以满足要求。采集系统的组成原理2.1采集系统的硬件组成典型数据采集系统的硬件组成有通用的模式，如图1。按照测试的内容选择适当的传感器和与之相配套的信号调理仪器。信号记录仪器采用计算机，计算机内置的声卡作为A/D转换设备。由于声卡是计算机的标准配置，有成熟的驱动程序和操作系统配合，因此无需考虑软硬件方面的兼容问题，在跨操作系统平台时也不存在程序的移植问题。2.2采集系统的软件组成采集系统软件分为数据采集和数据分析两大部分，利用LabVIEW编制oLabVIEW采用图形化开发环境，以数据流驱动程序的运行。数据采集部分实现数据的采集与存盘功能，根据设定的采样频率从声卡获取用户需要的数据。采集到的

数据在存盘的同时送计算机屏幕作为时域监控，并提供初步的频谱分析。数据分析部分实现的功能根据后处理需要而定，但其基本功能为：从数据文件读取数据，显示数据的时域图和频谱图，按所需对数据做局部分析。应用实例如图2所示，在光学-机械系统中，由于光路的需要，光学元件调整架固定在一套桁架的悬臂结构上。光学元件的基座振动常常会影响光学系统的传输性能，因此有必要对其加以采集、分析，并以此为据采取相应的解决方法。欢迎访问http欢迎访问http://www.S图2被测的光学-机械系统在悬臂结构的下表面贴应变片作为传感器，测试此基座的振动特性。信号调理仪器采用华东电子仪器厂产的YD-21动态电阻应变仪，其输出信号为与被测量相关的电压值。将YD-21的输出接到声卡的输入端口LineIn上。采集软件采用LabVIEW编制。LabVIEW提供声卡的操作函数工具箱Functions»Graphics&Sound>>Sound。根据需要,采集软件除存盘和显示采到的信号波形外，还应同时显示功率谱密度波形(PSD)。在LabVIEW中，提供Functions>>Analyze>>WaveformMeasurements>>FFTPowerSpectralDensity.vi——PSD函数模块供调用,实现功率谱密度分析。采集程序框图如图3所示。存盘丈件名写文h*JisL存盘丈件名写文h*JisL■I—p^rwwijww1^^,r•r-.True卄汽L=J1nT]...kH图3程序框图采集前设置好各采集参数，并在计算机的“RecordingControl”中将录音选项的音源选为LineIn。采集到基座的阻尼衰减振动波形后，对其做频域分析后，得到它的功率谱密度波形，上下对比参考，知该悬臂结构自振频率约为7.41Hz,如图4。欢迎访问http://www.S4阻尼衰减振动时域波形（上）及其功率谱密度波形（下）结语声卡A/D转换性能优越，技术成熟，配合LabVIEW强大的数据采集与处理功能，可以构建性价比相当高的数据采集系统。但在采集数据，特别是低频数据时，应优先选择有LineIn输入的声卡。如果采用AudioIn（或称MIC）输入则对于直流分量的损失很大，在被测信号的频率很低，特别是小于20Hz以后，效果不够理想。本文结合实例给出了利用声卡和LabVIEW构建数据采