于亞萍，董桂梅，楊仁杰，李留安，靳 皓

（1.天津農(nóng)學院工程技術學院，天津 300384；2.天津農(nóng)學院學報編輯部，天津 300384）

0 引言

多路采集系統(tǒng)在許多應用場合得到廣泛的應用[1-2]，如地震參數(shù)[3]、機床參數(shù)[4]、智能化農(nóng)業(yè)[5]、虛擬信號發(fā)生裝置[6]等。對多通道數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)方法有多種，可以通過FPGA或多路數(shù)據(jù)采集卡[7]，單片機與LabVIEW相結合實現(xiàn)的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多有單片機完成數(shù)據(jù)采集并通過RS232口傳送給上位機，設計復雜，且信號傳送速度慢[8-10]。本文針對USB-6211結合LabVIEW軟件，采用數(shù)據(jù)采集DAQmx專用模塊設計了一套實用的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。LabVIEW是一個圖形化軟件，通過畫圖可以設計出直觀、豐富的人機交互界面，在信號測試與分析處理方面功能尤其強大[11-13]。本文設計了一種LabVIEW多路數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了對多路數(shù)據(jù)的采集以及采集后信號的拆分、處理與顯示，并能實現(xiàn)對下位機的數(shù)字控制作用，以一個共射極放大電路信號的采集與處理作為測試對象，本測試系統(tǒng)實現(xiàn)了多路數(shù)據(jù)采集和多路數(shù)據(jù)的控制功能。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計

通用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求多個被測模擬數(shù)據(jù)量，通過傳感器轉換為電信號，然后通過信號調理對有用信號進行處理，再將模擬信號通過數(shù)據(jù)采集信號的模擬通道由數(shù)據(jù)采集卡傳送給上位機，上位機接收信號后，可以將采集來的信號進行拆分，然后對每一個通道的數(shù)據(jù)進行分析處理，完成對多通道數(shù)據(jù)的采集。根據(jù)任務的要求，可以通過數(shù)字開關對下位機電路進行控制。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 多路數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)框圖

2 LabVIEW程序設計

LabVIEW主要優(yōu)勢是信號的測量與信號分析，數(shù)據(jù)采集卡結合LabVIEW軟件既是硬件的強大功能，測試的整個設計核心在LabVIEW程序設計上。

2.1 多路模擬數(shù)據(jù)采集程序

圖2 多路模擬數(shù)據(jù)采集程序框圖

USB-6211數(shù)據(jù)采集卡有16個模擬輸入口，2個模擬信號輸出口，4個數(shù)字信號輸入口和4個數(shù)字信號輸出口。輸入信號電壓范圍可以是-10～10 V，非常適合多路數(shù)據(jù)測試與多路控制系統(tǒng)。多路數(shù)據(jù)采集和單通道數(shù)據(jù)采集具有很大的相似之處，按先后順序，需要設定物理通道、采樣時鐘、任務開始、讀模塊和任務結束及任務清除，程序如圖2所示。

物理通道設定多個采樣通道，通過點擊DAQmx圖標，選擇“瀏覽”顯示所有的輸入通道，然后結合ctrl鍵定義自己的多個采集通道，采樣時鐘設定信號采集的范圍和采樣模式及采樣率，如果信號不規(guī)律，則采用“連續(xù)采樣模式”，如果信號是按周期重復信號，則設定“有限采樣”模式即可，為使采樣信號良好，采樣率一般是被測對象的8～10倍，可以設定每個通道的采樣數(shù)，確定每次采集信號的波形周期個數(shù)。讀數(shù)據(jù)模塊設定為“N通道N采樣”，其輸出信號是多路采集數(shù)據(jù)的信號，要想對每一路信號進行分析，需要對信號進行拆分處理。

2.2 數(shù)據(jù)分析

對采集來的信號進行分析，需要提取出每一個通道的信號，信號拆分可以將讀取的多通道的數(shù)據(jù)拆分成單通道數(shù)據(jù)進行處理，如圖3所示，將波形拆分后，通過單頻測量模塊來讀取了每個通道波形的幅值、周期及放大倍數(shù)。注意拆分后不同通道所對應的信號，并將幅值和頻率都設定為浮點型。

2.3 多路數(shù)字輸出

根據(jù)任務要求，可以實現(xiàn)多路數(shù)字控制功能，如圖4所示，多路數(shù)字開關控制常用的方法為采用”DAQ助手”或“DAQmx”，USB6211的低電平為0，高電平為4.95 V。物理通道設置默認為模擬通道，需要將此處改為數(shù)字輸出狀態(tài)。輸出一個數(shù)字狀態(tài)，只需要一個布爾量開關。當多個數(shù)字狀態(tài)輸出時，需要將多個布爾開關量，將前面板中的布爾開關保存在一個數(shù)組。物理通道默認為模擬輸入通道，通過“過濾I/O名稱”去設置數(shù)字輸出線或輸出端口，將讀取數(shù)據(jù)模塊設定為“1D布爾N線”。

圖3 對單個信號的分析處理

2.4 數(shù)據(jù)存儲

數(shù)據(jù)存儲一般除用于保存數(shù)據(jù)外，還能將存儲的數(shù)據(jù)與其它程序共享。在測試測量領域，TDMS文件是NI通用數(shù)據(jù)文件格式之一，在圖2中數(shù)據(jù)采集任務開始前，加有“DAQmx configure logging.vi”模塊，即可實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的TDMS格式存儲。

3 系統(tǒng)性能測試

為測試多通道模擬數(shù)據(jù)采集性能，通過一個模擬電子技術中的共射極單管放大電路作為被測對象進行測試，模擬輸入信號采集通道分別測試輸入、輸出信號的波形及參數(shù)，基極分壓電阻可調，通過數(shù)字口去控制多路模擬開關CD4502來選擇不同電阻值，調整電路靜態(tài)工作點位置。

人機交互界面測試結果如圖5所示。用信號發(fā)生器產(chǎn)生一個幅值為0.5 V、頻率為1 kHz的正弦波信號作為輸入信號，Dev1為USB-6211數(shù)據(jù)采集卡，ai0:1為分別設定的0和1兩個輸入通道，用于采集實驗電路的輸入、輸出信號。信號輸入方式為“RSE”，即單端信號輸入模式。

圖4 多路數(shù)字信號控制程序圖

圖5 人機交互界面

根據(jù)測試結果可以看出，符合共射極單管放大特點，輸出信號與輸入信號反相，且能測試出輸入輸出信號幅值，獲取電路的電壓放大倍數(shù)，測試結果不低于數(shù)字示波器GDS-1052-U測試精度。

4 結束語

采用LabVIEW軟件與USB-6211實現(xiàn)了多路模擬數(shù)據(jù)采集與數(shù)字控制系統(tǒng)，利用本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分別實現(xiàn)了2通道模擬數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)存儲和數(shù)字控制的功能，能應用于高精度的多通道信號采集測試系統(tǒng)中。