河 北 工 业 大 学

毕业设计说明书 毕业设计（论文）中文摘要

题 目 基于LabVIEW控制的多路传感信号采集系统

摘要：

虚拟仪器是建立在计算机基础上，利用添加相关软件和硬件构成的、具有可视化界面的仪器，是一种将仪器技术、总线技术、计算机技术以及软件技术紧密结合在一起，并利用计算机的强大数字处理能力来实现仪器的诸多功能而形成的一种新的仪器模式。

本文中首先阐述了测控技术以及虚拟仪器技术在国内外的发展状况及今后的发展趋势,探讨了虚拟仪器的相关技术以及LabVIEW的相关知识,介绍了有关数据采集的理论,给出数据采集系统的框图及硬件结构图。

本次设计通过采用NI PXIE-6368数据采集卡，使用虚拟仪器的相关技术来完成多通道数据采集系统的设计。

关键词：虚拟仪器；数据采集；LabVIEW；测控技术。

毕业设计（论文）外文摘要

Title Multi-channel sensor signal acquisition system based on LabVIEW

Abstract

Virtual instrument is based on computer related software and hardware by

increasing the building made with a visual interface of instrument ,which

combines the equipment technology, bus technology, computer technology and

Software technology, use the computer’s powerful digital process ability

to achieve the instrument’s many features; it formed a new instrument

pattern.

This article first describes the measurement and control technology and

virtual instrument technology status and future development trend of

related technology of virtual instrument, LabVIEW related knowledge, and

then describes the theory of the data collection, Shows a block diagram

of the data acquisition system and the hardware structure.

This design uses a virtual NI-PXIE-6368 data acquisition card, Using

virtual instruments related technology to complete the multi-channel data

acquisition system design.

Keywords：Virtual Instrument； DAQ； LabVIEW； Measurement and Control

Technology.

1 引言

应用广泛的测控技术在民生、国防许多领域都占有一席之地，它的现代化被认为是科学技术与国防现代化的重要的条件与明显标志。信息获取、通信与计算机技术被当作当今社会信息技术的三大支柱技术。这三个技术中，信息获取技术是必要的前提和基础，信息获取就是通过数据采集实现的。在以前的现场工作中实验的数据全部使用通过人报数并记录的方式，大量的实验数据的采集与分析完全不可能实现。而随着现代PC机和微电子(Microelectronics)一系列技术的飞速发展，再加上使用高精度、高性能的数据采集仪器，多路数据采集实现了智能化，并且由于大量数据采集和分析都由计算机自动完成，很大程度上提高了测量精度以及速度。伴随着测控技术的发展，智能仪器、VXI仪器、PC仪器以及虚拟仪器等自动测控系统也相继产生，而软件系统也逐渐成为了计算机系统的核心，LabVIEW就是一种计算机处理分析系统软件。其简单易懂的图形化编程方式也使它成为普及率仅次于C的编程语言。

1．1 研究背景

1.1.1 测控技术的现状

早期使用的测控系统都是利用大型的仪表来监视每个设备的状态，然后再通过操作盘进行集中操控；计算机系统则是在以计算机为主体基础上，配合检测装置、执行机构和被控对象组成一个整体，系统中的计算机用于实现生产过程的各种监控。然而，由于通信协议不开放，这种测控系统只是一个自封闭的系统，只能完成单一的测量与控制功能，却不能实现通用。

随着科学技术的不断发展，在国防、通信、航空、制造等科技领域应用中，要求测量和处理的信息数据量越来越大、而速度要求也越来越快；并且由于测试的对象的空间位置的日益分散，测试系统的日益庞大，测控现场化、远程化也成为了未来测控技术发展的方向。

测控技术最早起源于国外，它是在PC技术、通信技术等技术飞速发展，以及对大容量分布的测控终端的强烈需求的背景下发展起来，可以分为四个阶段,见表1.1所示：

表1.1 测控技术发展四个阶段

第一阶段 通用仪器总线起始于20世纪70年代，在它出现时通用接口总线(GPIB)实现了计算机和测控系统的第一次结合，这样完成了测量仪器从独立的手工操作单台仪器到通过总线PC机控制多台仪器完成测控的转变。此阶段也是网络化测控系统的起步发展阶段。

第二阶段 VXU标准化仪器总线起始于20世纪80年代，此时VXI系统可以将大型计算机昂贵的VXI设备、外设、通信线路等硬件资源和大型数据库(Database)等软件资源包含于网络，使得这些优秀资源能够共享。这一阶段就是网络化的测控系统的初步发展阶段。

第三阶段 随着科学技术的发展，现场总线控制系统随着现场总线技术的出现产生了飞速发展，在一个工厂范围内可以通过总线技术将许多类似于智能传感器的智能化的仪表构成一个网络化测控系统，这一阶段是网络化测控系统的快速发展阶段。

第四阶段 在一些要求极高的领域，用户已经不再满足于传统测控系统的功能，许多大型企业部门对构建以互联网或大型局域网为基础的网络化测控系统要求日益迫切，这一阶段是网络化测控系统发展的成熟阶段。

1.1.2 虚拟仪器的现状

虚拟仪器一般都存在一个可视化界面，它的存在是通过在计算机基础上添加相关软件（software）与硬件（hardware）而成的。与传统仪器相比，用户可以通过使用鼠标与键盘操控虚拟仪器面板上的旋钮完成测试测量任务，同时用户可以根据自己需要选择不同的虚拟仪器，并且虚拟仪器的功能与规模也可以通过修改软件来加以改变或增减。与传统仪器相比虚拟仪器强大的生命力与竞争力就是由于其优越的“可扩展性”与“可开发性”。

Visual Basic、Visual C++以及HP公司的VEE和NI公司的Lab Windows/CVI、LabVIEW等都是虚拟仪器的主要开发环境。其中Visual Basic、Visual C++以及Lab

Windows/CVI作为可视化的开发工具，要求开发人员有很高的编程能力并且开发周期长。拥有较多用户的HP公司的VEE虽然也是一种基于图形的编程环境，不过由于其生成的应用程序是用来解释执行的，所以运行速度较慢。

在这几种开发环境中，LabVIEW是当今世界上唯一的编译型图形数据流编程环境，它用简单图形替换繁琐、复杂、费时的语言，其编程方式则是用线路连线把各种图形连接起来，因此只要知道测试的要求和目的，技术人员就可以快速完成程序，做出仪器面板，既提高了工作效率，又减轻了科研工程人员工作量，综合以上优点，LabVIEW作为一种优秀软件开发平台受到广泛应用。

在仪器技术、PC技术和网络通信技术不断提高的今天，虚拟仪器(VI)的发展方向分为外挂式虚拟仪器、PXI型集成虚拟仪器、网络化虚拟仪器三类。

1.2 本设计相关理论

本次设计中主要研究如何利用虚拟仪器LabVIEW完成对传感信号数据采集，通过使用虚拟仪器、数字信号处理等技术进行多通道数据采集，实现实时采集、处理与存储的功能。由虚拟NI PXIE-6368数据采集卡采集信号，再经过PXIE总线输入PC机，通过软件处理完成数据实时采集与存储的功能。

1.3 本设计目标与实现

(1) 学习并掌握LabVIEW相关理论知识及图形化编程算法使用。

(2) 完成9通道传感信号数据采集系统。

本次设计中，所设计的程序实现了9通道数据采集，实时数据显示，数据保存等功能。

2 虚拟仪器

2.1 虚拟仪器技术概述

2.1.1 虚拟仪器概念与特点

虚拟仪器的概念是有美国国家仪器公司（National Instruments）最先提出的,它由测试技术与计算机技术结合而成,将测试原理技术、仪器原理与技术、高速总线技术、计算机接口技术以及图形编程软件技术融于一体。虚拟仪器技术的核心思想就是“软件即是仪器”，基于这一思想可以把虚拟仪器分为三个部分：PC机、仪器硬件（Instrument hardware）和应用软件（Application software）。

虚拟仪器是一种电子测试仪器，它是以计算机的功能化硬件和软件为基础构成的，软件部分是虚拟仪器的核心，如图2.1所示，设备驱动软件是基础,因为这些设备驱动软件的作用，仪器硬件的变化并不会对系统的开发造成影响。

图2.1 虚拟仪器设计框图

2.1.2 虚拟仪器与传统仪器的比较

与传统独立仪器相比，虚拟仪器的优势有如表2.1所示。

表2.1 虚拟仪器与传统仪器的比较

比较内容 虚拟仪器 传统仪器

系统构成 软件和硬件通用，软件是关键 专用硬件系统

开发周期 开发时间短、技术要求低、系统通用性强 开发时间长、技术要求高、系统功能较专一

开发费用 软件使开发和维护费用降至最低 开发与维修开销高

技术更新周期 技术更新周期短，约为1～2年 技术更新周期长，约为5～10年

价格 价格低、可复用和重配置性强 价格昂贵

功能可塑性 仪器功能由用户定义，柔性 仪器功能由厂商定义，刚性

系统开放性 灵活、开放，与计算机同步发展 封闭、固定

构成复杂系统能力 与网络和其他周边仪器互连方便 独立设备、功能单一的

人机交互 显示选项无限、界面友好 显示选项有限

2.1.3 虚拟仪器测试系统组成

前文中已多次提到，虚拟仪器（VI）是以计算机为基础的，仪器同计算机的联合使用与当今仪器发展的趋势相符合。仪器与计算机的结合方式可以分为两类，一种是虚拟仪器开发者 虚拟仪器开发者 操作系统

虚拟仪器软件面板

虚拟仪器软件开发平台

底层驱动程序

硬件模块