【摘要】在工程應(yīng)用中，采集系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性至關(guān)重要，為了達(dá)到采集系統(tǒng)多功能應(yīng)用的要求，對(duì)以LabVIEW為軟件開發(fā)平臺(tái)的采集系統(tǒng)進(jìn)行了研究。系統(tǒng)采用型號(hào)為PCI-9622的采集板卡通過上位機(jī)的控制完成對(duì)32路電壓信號(hào)的同時(shí)采集，并且對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)覽、存儲(chǔ)、回放、數(shù)據(jù)分析等功能。實(shí)際應(yīng)用證明，系統(tǒng)準(zhǔn)確且穩(wěn)定地完成了數(shù)據(jù)采集任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】采集系統(tǒng);LabVIEW;PCI-9622

1.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)采集系統(tǒng)的要求越來越高，以往的采集系統(tǒng)由于采集通路少、誤差大、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代測(cè)試系統(tǒng)的要求。本文以LabVIEW為軟件開發(fā)平臺(tái)，通過對(duì)下位機(jī)的合理控制完成了采集系統(tǒng)多功能性的要求[1]。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)圖

圖3 采集程序流程圖

圖4 回放界面

此外，LabVIEW語(yǔ)言不但具有豐富的函數(shù)、工具包、設(shè)備驅(qū)動(dòng)等，還可以對(duì)MATLAB語(yǔ)言、C語(yǔ)言進(jìn)行調(diào)用，解決了傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言存在的編程復(fù)雜、開發(fā)周期長(zhǎng)等問題，并且，以LabVIEW為開發(fā)平臺(tái)，其良好的人機(jī)交互界面更加促進(jìn)了實(shí)際的應(yīng)用[2]。

2.系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成，下位機(jī)包括PCI-9622采集板卡和信號(hào)調(diào)理板卡兩部分，上位機(jī)則是基于LabVIEW 2014開發(fā)的系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用的PCI-9622數(shù)據(jù)采集板卡主要包括32路模擬量采集通道，各通道的最大量程為±10V，1路32位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。由于本系統(tǒng)采集的信號(hào)的量程為0～30V，與采集卡的輸入范圍不匹配，所以需要一個(gè)調(diào)理模塊將電壓轉(zhuǎn)換到采集卡允許的量程范圍內(nèi)。系統(tǒng)的調(diào)理板卡主要是以LM324芯片為核心通過與外圍電路的配合完成了信號(hào)的調(diào)理作用。

4.軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件是基于LabVIEW開發(fā)平臺(tái)的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要包括3個(gè)模塊，即數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)回放與分析模塊和數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換模塊。系統(tǒng)采用多線程的編程模式，將各模塊分別運(yùn)行與各自線程中，這樣不但有效的完成了對(duì)各模塊的控制，而且通過對(duì)CPU的合理利用保證了數(shù)據(jù)采集的速度，系統(tǒng)軟件的整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

4.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊主要是通過對(duì)采集板卡的參數(shù)配置來完成數(shù)據(jù)的采集，采集參數(shù)主要包括采集方式、采樣時(shí)間、采樣頻率等。采集模塊的程序主要是通過對(duì)PCI-9622自帶驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)用，采用多線程的編程模式，即將數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)保存分別運(yùn)行于各自線程中，從而保證了數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性[3]，采集程序的流程圖如圖3所示。

4.2 數(shù)據(jù)回放與分析模塊

數(shù)據(jù)回放功能主要是對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，在數(shù)據(jù)回放時(shí)不但可以對(duì)回放的通道數(shù)進(jìn)行設(shè)置，還可以進(jìn)行暫停、停止、前后播放、放大等操作。數(shù)據(jù)分析功能主要包括：窗函數(shù)、趨勢(shì)提取、數(shù)字濾波、最大最小值、均方根、傅里葉變換處理等。通過數(shù)據(jù)回放可以準(zhǔn)確的完成數(shù)據(jù)分析，下圖為系統(tǒng)數(shù)據(jù)回放的主界面[4]。

4.3 數(shù)據(jù)文件格式轉(zhuǎn)換

本系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)保存成二進(jìn)制文件，但是為了能使本系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)可以用于其他系統(tǒng)，系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)文件格式轉(zhuǎn)換模塊，通過此模塊可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成文本文件和Excel格式的文件，從而保證了系統(tǒng)文件的通用性。

5.系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)分析

由于在測(cè)試過程中不可避免的會(huì)帶來測(cè)試誤差，所以系統(tǒng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件補(bǔ)償。補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ?，在測(cè)試前會(huì)利用標(biāo)定模塊對(duì)各通道進(jìn)行標(biāo)定得到各通道的標(biāo)定系數(shù)，然后利用標(biāo)定系數(shù)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償從而達(dá)到減小誤差的目的[5]。在系統(tǒng)的誤差評(píng)估中，已計(jì)量單位提供的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源作為系統(tǒng)的輸入，通過系統(tǒng)的測(cè)試得到了未進(jìn)行軟件補(bǔ)償?shù)臏y(cè)試結(jié)果和經(jīng)過軟件補(bǔ)償?shù)臏y(cè)試結(jié)果兩組數(shù)據(jù)，分別如表1和表2所示，由于通道過多，兩表只給出前8個(gè)通道的電壓測(cè)試結(jié)果。

表1 采集系統(tǒng)電壓測(cè)試結(jié)果V

標(biāo)準(zhǔn)值 各通道測(cè)量值

1 2 3 4 5 6 7 8

0.042 0.041 0.043 0.040 0.045 0.041 0.042 0.043 0.045

1.005 1.004 1.006 1.003 1.004 1.007 1.003 1.002 1.003

10.005 10.006 10.003 10.006 10.004 10.005 10.002 10.001 10.002

19.934 19.932 19.933 19.933 19.931 19.935 19.932 19.936 19.933

26.948 26.947 26.949 26.946 26.947 26.945 26.949 26.946 26.945

表2采集系統(tǒng)軟件補(bǔ)償后的電壓測(cè)試結(jié)果V

標(biāo)準(zhǔn)值 各通道測(cè)量值

1 2 3 4 5 6 7 8

0.042 0.041 0.042 0.043 0.042 0.041 0.042 0.043 0.040

1.005 1.006 1.007 1.005 1.006 1.005 1.005 1.004 1.005

10.005 10.006 10.005 10.006 10.005 10.006 10.004 10.003 10.004

19.934 19.933 19.933 19.934 19.935 19.936 19.933 19.935 19.934

26.948 26.949 26.948 26.948 26.949 26.947 26.948 26.947 26.946

采集系統(tǒng)中的誤差一般分為隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差，由于隨機(jī)誤差可以通過多次測(cè)量來減少，所以由上文中的測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，誤差主要是系統(tǒng)誤差，通過對(duì)下位機(jī)的分析可以判斷出，誤差的主要來源是信號(hào)調(diào)理模塊產(chǎn)生的。

但是通過系統(tǒng)軟件的補(bǔ)償，由表2可知，系統(tǒng)測(cè)試的最大誤差在2mv內(nèi)，已達(dá)到了系統(tǒng)精度的要求。

6.結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)以LabVIEW為軟件開發(fā)平臺(tái)，通過對(duì)采集模塊的合理控制，設(shè)計(jì)并完成了一套高精度的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，并且系統(tǒng)界面友好且操作簡(jiǎn)單，有效的完成了數(shù)據(jù)采集分析的作用。

參考文獻(xiàn)

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