丁宗玲

（安徽大學(xué)，安徽 合肥 230601）

虛擬儀器（Virtual Instrument，簡稱VI）是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)、儀器和測控系統(tǒng)硬件資源與虛擬儀器軟件資源三者的有效結(jié)合[1]。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）是美國國家儀器公司（National Instruments Company，NI）推出的一種基于G語言的實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成軟件開發(fā)工具，LabVIEW使用圖形化語言，界面操作簡單友好直觀，并且采用LabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器可脫離LabVIEW開發(fā)環(huán)境，最終使用者看見的是和實(shí)際硬件儀器相似的操作面板[2－9]。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測試平臺(tái)從傳感器或其它待測設(shè)備等的被測單元中采集非電量或者電量信號(hào)，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析、處理等后續(xù)操作來實(shí)現(xiàn)方便、直觀的測量系統(tǒng)。我們采用的是北京雙諾測控技術(shù)有限公司（wwlab）生產(chǎn)的PCI類型的AC6621采集卡為例結(jié)合LabVIEW語言實(shí)現(xiàn)某溫度信號(hào)的采集，同時(shí)為了增加測量的穩(wěn)定性，使用LabVIEW數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行數(shù)據(jù)的平均處理，最終將所測量的溫度信號(hào)進(jìn)行直觀的圖像顯示和保存。

1 數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)與采集編寫

為了便于說明LabVIEW語言在數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)用中的普遍性，采用了北京雙諾測控技術(shù)有限公司（wwlab）生產(chǎn)的非NI公司的AC6621采集卡為例進(jìn)行說明。

1.1 AC6621簡介

AC6621是雙諾公司生產(chǎn)的一款PCI總線12位中速采集模塊，具有16路模擬輸入、開關(guān)量16路輸入／16路輸出。采用的是PCI總線，支持即插即用、實(shí)時(shí)采集等功能。其內(nèi)置4KB FIFO，支持全速實(shí)時(shí)不間斷采集[10]。其主要功能和特點(diǎn)如表1所示：

表1 AC6621采集卡主要參數(shù)

其外觀如圖1所示：

圖1 AC6621采集卡外觀圖

1.2 AC6621動(dòng)態(tài)鏈接庫驅(qū)動(dòng)編寫

為了能夠使采集卡正常工作，首先我們要調(diào)用廠家提供的動(dòng)態(tài).dll函數(shù)庫編寫驅(qū)動(dòng)。動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL，是Dynamic Link Library的縮寫形式），是一個(gè)包含可由多個(gè)程序同時(shí)使用的代碼和數(shù)據(jù)的庫，它不是可執(zhí)行文件，但有助于共享數(shù)據(jù)和資源，可以由多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)訪問內(nèi)存中單個(gè)DLL內(nèi)容，從而可以避免多程序調(diào)用時(shí)內(nèi)存資源的浪費(fèi)。LabVIEW 在調(diào)用DLL中的函數(shù)時(shí)要知道函數(shù)的參數(shù)、類型、返回值、DLL庫文件的位置等信息。

圖2 調(diào)用庫函數(shù)設(shè)置對話框

實(shí)驗(yàn)涉及的數(shù)據(jù)采集卡為上述的AC6621板卡，其自帶了 Windows下的驅(qū)動(dòng)程序庫AC6621.dll，庫內(nèi)包含了所有數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的函數(shù)，如：打開設(shè)備函數(shù)（HANDLE AC6621＿OpenDevice），查詢并回讀采樣數(shù)據(jù)函數(shù)（AC6621＿ReadAD）等，在這里不一一詳細(xì)說明，可以參看其說明書內(nèi)容。在這里我們使用的是LabVIEW 8.2中文版本。根據(jù)上述調(diào)用“庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)”來調(diào)用.dll文件根據(jù)所需要的內(nèi)容進(jìn)行配置。“庫名和路徑”為所要調(diào)用的AC6621.dll文件的路徑和名稱?！昂瘮?shù)名”選項(xiàng)為要調(diào)用的函數(shù)名稱，在這里我們以打開設(shè)備為例即：AC6621＿OpenDevice函數(shù)；“調(diào)用規(guī)范”為對庫函數(shù)的調(diào)用規(guī)則在這里選擇“stdcall”標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用方式。當(dāng)調(diào)用自己用C語言編寫的.dll文件時(shí)選擇“C”選項(xiàng)，具體的C語言編寫例程可以參看相關(guān)書籍[11]。

接下來是對參數(shù)選項(xiàng)的設(shè)置，選擇圖1中的“參數(shù)”項(xiàng)。根據(jù)調(diào)用的函數(shù)，在此項(xiàng)設(shè)置下添加和設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，參數(shù)名稱、類型和數(shù)據(jù)類型都要與被調(diào)用函數(shù)中的參數(shù)名相同。在這里打開設(shè)備只包含一個(gè)參數(shù)即設(shè)備號(hào)可以設(shè)置為：dev＿num，類型為：數(shù)值型，數(shù)據(jù)類型為：有符號(hào)32位整型。設(shè)置完成后該打開設(shè)備的函數(shù)原型為：unsigned long AC6621＿OpenDevice（long dev＿num）。最終配置完成的打開設(shè)備子Vi如下圖所示：

其它函數(shù)依照此方法進(jìn)行編譯，最終編譯完成5個(gè)類似子Vi，其順序結(jié)構(gòu)依次分別是：AC6621＿OpenDevice.vi（打開設(shè)備）→AC6621＿AD.vi（采樣參數(shù)并啟動(dòng)AD采用）→AC6621＿ReadAD.vi（查詢并回讀采樣數(shù)據(jù)）→AC6621＿StopAD.vi（停止采樣）→AC6621＿CloseDevice.vi（關(guān)閉設(shè)備）。

圖3 配置完成的打開設(shè)備子Vi圖

1.3 采集程序編寫

根據(jù)上面編寫完成的函數(shù)驅(qū)動(dòng)子Vi，接下來就是外部的編程和連線。根據(jù)采樣原理和所需要設(shè)置的采集卡變量事先預(yù)留變量輸入控件，如：采樣頻率、量程選擇、內(nèi)外觸發(fā)等輸入控件。因?yàn)閿?shù)據(jù)采集是按順序進(jìn)行的，因此我們采用“平鋪式順序結(jié)構(gòu)”控件進(jìn)行采集的順序進(jìn)行?！捌戒伿巾樞蚪Y(jié)構(gòu)”控件分為三部分，第一步是打開AC6621采集卡設(shè)備（圖4A）；第二部是進(jìn)行采集卡的設(shè)置、采樣和讀取，讀取完畢以后要暫停采集卡讀取（圖4 B）；第三部是采樣完畢關(guān)閉采集卡設(shè)備（圖4C）。

圖4 平鋪式順序結(jié)構(gòu)控件三步走

數(shù)據(jù)采集到以后要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為真實(shí)值，假設(shè)采集到的數(shù)組為變量：data為12位轉(zhuǎn)換結(jié)果＝16位讀入數(shù)據(jù)／16。同時(shí)要根據(jù)所設(shè)置的輸入電壓關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在這里選擇的是±5V檔位，因此其變換關(guān)系為：

實(shí)際電壓值

RealData＝ （data－2048）＊5000.0／2048.0（mV）

并且為了采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采用了簡單的50組數(shù)字平均方式進(jìn)行信號(hào)的處理和信號(hào)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。以上數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)平均和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)框圖如圖5所示：

圖5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，信號(hào)50次平均和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

2 溫度采集系統(tǒng)

為了驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)用性，我們采用了以熱電偶為基礎(chǔ)信號(hào)的溫度采集系統(tǒng)，使該溫度測量設(shè)備置于實(shí)驗(yàn)室空調(diào)房間內(nèi)，因?yàn)闇y試情況是夏季朝陽房間，剛進(jìn)入房間時(shí)從溫度計(jì)上顯示溫度為32℃，然后打開空調(diào)溫度設(shè)置為26℃，在此過程中LabVIEW溫度采集系統(tǒng)始終保持測量狀態(tài)，經(jīng)過近20分鐘時(shí)間溫度降低為27℃，并且采集到的數(shù)據(jù)保存在文件中。通過與置于室內(nèi)的溫度計(jì)相比較，溫度測試量完全吻合，證明我們設(shè)計(jì)的LabVIEW溫度采集程序是符合實(shí)際的。

編寫的LabVIEW軟件前面板如圖6所示，主要顯示包括了數(shù)據(jù)采集卡的基本量控制溫度報(bào)警設(shè)置與紅燈報(bào)警和聲音報(bào)警，溫度實(shí)時(shí)顯示，日期顯示和開始、退出程序按鈕等。

圖6 環(huán)境溫度實(shí)時(shí)測試LabVIEW前面板

3 結(jié) 論

LabVIEW作為虛擬儀器開發(fā)過程中最具代表性的圖形化編程語言，是目前國際上應(yīng)用最廣的數(shù)據(jù)采集和控制開發(fā)環(huán)境之一[11]，它用圖標(biāo)、連線和框圖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的程序代碼，形象地觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程。同時(shí)，它具有十分強(qiáng)大的功能，如數(shù)值運(yùn)算、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)采集以及圖形獲取和傳輸?shù)纫呀?jīng)在大學(xué)實(shí)驗(yàn)室、科研院所得到了廣泛應(yīng)用。本文中所述基于LabVIEW編寫了國產(chǎn)AC6621采集卡程序并進(jìn)行了溫度實(shí)時(shí)測量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過儀器軟件的運(yùn)行可以方便的對室溫進(jìn)行觀測和數(shù)據(jù)的保存，對大學(xué)物理教學(xué)過程中的實(shí)驗(yàn)操作有一定的輔助指導(dǎo)作用，并且可以對軟件少量改進(jìn)就可以對某些燃燒爐、晶體制備、燒蝕溫度等需要測溫環(huán)境的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)的記錄。

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