虚拟仪器的数据采集功能详解

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：数据采集是虚拟仪器中最具竞争力的核心技术之一。对被测信号进行调理和采集是虚拟仪器的基本功能。此项功能主要是由虚拟仪器的硬件平台完成的。图1-11 MAX的图形化配置界面2.NI-DAQmx的数据采集函数NI-DAQmx的强大优势是通过采集函数实现的。事实上，10个DAQmx函数的功能可解决80%的数据采集应用问题。目前，可供选择的模块化仪器的数量有了极大的发展。另外，也可以选择较为通用的数据采集模块，通过软件编制，完成需要的测试测量功能。

数据采集是虚拟仪器中最具竞争力的核心技术之一。对被测信号进行调理和采集是虚拟仪器的基本功能。此项功能主要是由虚拟仪器的硬件平台完成的。仪器硬件可以是插入式数据采集卡及必要的外围电路（含信号调理电路、A-D转换器、数字I/O、定时器、D-A转换器等），或者是带标准总线接口的仪器，如GPIB、VXI、PXI、STD、PC/104总线仪器和网络化仪器等。

同时，LabVIEW能轻松实现与任何NI公司所提供的硬件设备通信，LabVIEW内置了丰富的软件资源，通过丰富的驱动程序，实现对输入信号的分析处理，如数字滤波、统计处理、数值计算、信号分析、数据压缩、模式识别等数字信号处理。不仅如此，通过通用的驱动程序或接口，例如VISA、IVI、OPC、ActiveX和DLL等，LabVIEW几乎能与任何厂商甚至自制的硬件通信。

LabVIEW驱动程序的安装界面如图1-10所示，它包含了丰富的硬件驱动程序，此外还包括NI-DAQmx、NI-InstrumentI/OAssistant等硬件配置工具和仪器助手。通过这些驱动和工具，LabVIEW与各种设备的连接与通信就变得非常简单，用户不必再为编写复杂的驱动程序和API调用所烦恼了。

1.NI-DAQmx

NI-DAQmx是DAQ驱动软件发展的新一代产品。与传统的DAQ驱动软件相比，它有更好的性能。NI-DAQmx利用了传统驱动程序所不具备的几项技术，包括多线程、简化应用程序编程接口（API）、交互式配置以及智能多设备同步。此外，NI-DAQmx支持更大范围的编程语言、设备、总线、传感器，甚至于混合信号类型。使用NI-DAQmx，NI-DAQ开发者可以仅仅简单地使用交互式、基于配置的编程方式，开发采用并行处理以及多设备同步的应用程序。

除了新型技术之外，每一份NI-DAQmx都附带一系列测量服务，用于为数据采集系统开发者节省时间和资金。NI测量与自动化浏览器（Measurement&Automation Explorer，MAX）就是测量服务软件体现无限价值的典型例子。

图1-10 设备驱动程序安装界面

LabVIEW的设备驱动程序安装后，在开始菜单的NationalInstruments下就能看到MAX。通过MAX可以对硬件设备进行配置和管理。它针对硬件设备的主要功能包括：

1）快速检测及配置所有硬件。

2）通过测试面板验证硬件的运作状况。

3）实施简便、交互式的测量。

4）给Ι/Ο通道命名。

MAX给每块DAQ卡分配一个逻辑设备号，以供LabVIEW调用时使用。MAX提供图形化简易配置方式，其界面如图1-11所示，左栏目录Data Neighborhood中存储了关于配置和修改任务、虚拟通道的信息，其中任务和虚拟通道都是测量参数设置的集合，因此可以形象地给任务或虚拟通道命名。通过Devicesand Interfaces，可以配置本地或远程硬件设备的属性，比如配置数据采集卡、串口、并口等。Scales用于标定运算。

图1-11 MAX的图形化配置界面

2.NI-DAQmx的数据采集函数

NI-DAQmx的强大优势是通过采集函数实现的。DAQmx函数位于NI Measurements的DAQmx-DataAcquisition函数子模板中，如图1-12所示。该模板提供多个DAQmx函数供调用。虽然复杂的应用可能使用很多DAQmx函数，但是通常一个DAQ应用程序只需用到有限的几个函数。事实上，10个DAQmx函数的功能可解决80%的数据采集应用问题。这10个DAQmx函数分别是：DAQ Assistant（数据采集助手）、NI-DAQmx创建虚拟通道函数、触发函数、定时函数、开始任务函数、读取函数、写入函数、等待直至完成函数、清除任务函数、属性节点。其中，DAQ Assistant是图形化的用户配置接口，它提供了一个对话框式的向导用于测试任务的配置、测试和自动代码生成。配合ExpressVI，通过DAQ Assistant可以在数分钟内搭建一个专业的数据采集系统。但是，与DAQ Assistant所能提供的性能相比，某些数据采集应用程序需要更大的灵活性和更高的性能，那么这些应用程序就需要简单、但功能强大的DAQmx函数。

图1-12 DAQmx函数子模板

在明确实现目标和细化各物理参量之后，就可以开始进行VI数据采集系统开发了。具体步骤如下：

1）第一步，选择操作系统和软件开发平台。组建VI系统时，绝大多数人会采用Windows系列操作系统。而开发软件平台主要有图形化编程环境LabVIEW、VEE和文本式语言Visual C++、VisualBASIC、LabWindows/CVI。VI软件开发平台趋势之一是图形化编程环境。

2）第二步，选择总线形式。VI需要利用计算机的扩展槽或外部通信总线，故其总线技术至关重要。总线分为系统总线和设备总线。目前在测试测量系统中应用的系统总线主要有PCI、PXI、VXI总线，以及新近推出的PCIExpress总线等。设备总线主要有GPIB、IEEE1394、USB、RS-232等。

3）第三步，选择模块化仪器。目前，可供选择的模块化仪器的数量有了极大的发展。国际上有多家供应商可以提供多种不同总线模式、不同功能、不同性能的模块化仪器。可以选择功能较为明确的仪器模块，比如示波器模块、数字万用表模块、信号发生器模块等。另外，也可以选择较为通用的数据采集模块，通过软件编制，完成需要的测试测量功能。

4）第四步，选择信号调理模块或自制专业模块。一般需要在传感设备与数据采集设备之间增加信号调理设备，使信号进行调理和转换以更好地满足实际需要。目前市场上有多种信号调理模块，用户也可以自主开发专用的信号调理电路来进行特殊信号的调理。

总之，GPIB、VXI、PXI适合大型高精度集成测试系统；PCI-DAQ、并行口式、USB式系统适合普及型低成本系统；现场总线系统主要用于工业自动化系统。其中，PXI系统的高度可扩展性和良好的兼容性，以及比VXI系统更高的性价比，使得PXI总线系统已经成为目前大型高精度集成测试系统的主流虚拟仪器平台。

虚拟仪器的数据采集功能详解

相关推荐