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1PCI-6221簡(jiǎn)介

NI-PCI6221是一款低價(jià)位多功能M系列數(shù)據(jù)采集板卡,具有單端16路/差分8路模擬輸入,分辨率高達(dá)16bit,采樣速率為250KS/s,輸入最小電壓范圍為±200mV,最大電壓范圍為±10V,板上自帶4095字節(jié)內(nèi)存.

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心,軟件設(shè)計(jì)部分采用層次化和模塊化思想,將整個(gè)系統(tǒng)劃分分若干模塊,模塊化的程序結(jié)構(gòu)不但使整個(gè)系統(tǒng)清晰明了,而且方便進(jìn)行程序維護(hù).基于labview的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示.該系統(tǒng)軟件部分包含了系統(tǒng)啟動(dòng)、用戶(hù)登錄、系統(tǒng)菜單、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)回放6個(gè)功能模塊.

2.2系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)本文針對(duì)6個(gè)功能模塊分別開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的界面.

2.2.1系統(tǒng)啟動(dòng)界面系統(tǒng)啟動(dòng)界面如圖3所示.它包含了簡(jiǎn)單個(gè)人信息,綠色橫條是系統(tǒng)啟動(dòng)條,顯示啟動(dòng)進(jìn)度,系統(tǒng)100%加載成功后,單擊進(jìn)入登錄界面按鈕可以跳轉(zhuǎn)到用戶(hù)登錄界面,單擊退出啟動(dòng)界面按鈕則直接退出系統(tǒng).

2.2.2用戶(hù)登錄界面用戶(hù)登錄界面如圖4所示.它要求輸入用戶(hù)名和密碼,功能是進(jìn)行身份認(rèn)證,認(rèn)證通過(guò)后顯示登錄成功,一旦登錄成功會(huì)自動(dòng)進(jìn)入到系統(tǒng)菜單界面,如果不能通過(guò)認(rèn)證,只能通過(guò)退出按鈕來(lái)退出系統(tǒng).

2.2.3系統(tǒng)菜單界面系統(tǒng)菜單界面如圖5所示.它由一列按鈕構(gòu)成,菜單程序運(yùn)行后按鈕被激活,分別單擊數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)回放按鈕可跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)界面,單擊退出按鈕返回到菜單按鈕被激活前狀態(tài).

2.2.4數(shù)據(jù)采集界面數(shù)據(jù)采集界面如圖6所示.它模擬實(shí)現(xiàn)了兩路信號(hào)的采集,一路是電壓信號(hào),一路是溫度信號(hào).信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)用于進(jìn)行信號(hào)選擇,通過(guò)信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)既可以采集單路信號(hào)數(shù)據(jù),也可以同時(shí)采集雙路信號(hào)數(shù)據(jù).針對(duì)溫度信號(hào)設(shè)計(jì)了溫度表盤(pán),可精確顯示溫度值,另外還設(shè)定了溫度下限和上限值,將溫度限定在一個(gè)范圍內(nèi),一旦超出這個(gè)范圍,報(bào)警指示燈就會(huì)亮起來(lái).數(shù)據(jù)采集界面包含了一些基本參數(shù)設(shè)置,此外還有返回和暫停兩個(gè)按鈕,單擊暫停按鈕,系統(tǒng)暫停連續(xù)采集數(shù)據(jù),暫停中狀態(tài)表現(xiàn)為數(shù)據(jù)信息停留在某一刻,單擊返回按鈕,可返回至系統(tǒng)菜單界面.李琳芳等院基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.5數(shù)據(jù)處理界面數(shù)據(jù)處理界面如圖7所示.它包含了電壓和溫度兩路信號(hào),對(duì)電壓信號(hào)分別進(jìn)行了濾波、頻譜分析、峰值壓縮,對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行了均值壓縮.此外還有溫度表盤(pán)、一列選擇開(kāi)關(guān)、系統(tǒng)參數(shù)配置信息、暫停和返回按鈕.濾波處理是信號(hào)處理中常用的一種手段,對(duì)于濾波處理,觀(guān)察圖7,可發(fā)現(xiàn)濾波后的電壓信號(hào)清晰平滑,便于觀(guān)察.頻譜分析主要是求出信號(hào)的頻域描述,有助于更全面地認(rèn)知信號(hào)信息,進(jìn)行信號(hào)特征提取.根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則,信號(hào)帶寬小于采樣頻率的1/2,便能防止出現(xiàn)頻譜混疊現(xiàn)象,恢復(fù)出原始信號(hào),本文設(shè)置采樣頻率為1000Hz.觀(guān)察圖7發(fā)現(xiàn)電壓幅度譜主要集中在0~50Hz,這是因?yàn)樵趯?shí)際工程中,為了恢復(fù)出高保真信號(hào),要求信號(hào)帶寬小于采樣頻率的1/10,加之軟件仿真環(huán)境理想,因此信號(hào)幅度譜主要處于50Hz頻段內(nèi).壓縮采樣是利用算法在保留信號(hào)信息的同時(shí)進(jìn)行壓縮處理,壓縮處理可縮減數(shù)據(jù)體積,有利于傳輸.本文對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行了峰值壓縮,對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行了均值壓縮,設(shè)置壓縮因子均為10,即對(duì)于電壓信號(hào),每10個(gè)采樣值中標(biāo)記出最大值,對(duì)于溫度信號(hào),每10個(gè)采樣值中標(biāo)記出平均值.電壓信號(hào)峰值壓縮后方便獲取峰值信息,溫度信號(hào)均值壓縮后方便獲取平均溫度.

2.2.6數(shù)據(jù)回放界面數(shù)據(jù)回放界面如圖8所示.可以讀取之前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)再現(xiàn).通過(guò)文件路徑找到之前數(shù)據(jù)所在位置,并通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)按鈕選擇回放的信號(hào),接著運(yùn)行系統(tǒng)回放程序,便可觀(guān)察回放的數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)回放界面包含了電壓和溫度兩路信號(hào)的回放,回放的數(shù)據(jù)結(jié)果以波形和表格數(shù)值兩種形式呈現(xiàn).觀(guān)察圖8發(fā)現(xiàn)在電壓和溫度波形始端有段空白區(qū)域,這是由于之前存儲(chǔ)的文件中包含一些非數(shù)值的說(shuō)明信息,是不能夠被讀取的.

3小結(jié)

虛擬儀器技術(shù)是計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的前沿技術(shù),本文參閱大量LabVIEW實(shí)例,以L(fǎng)abVIEW為平臺(tái),進(jìn)行了虛擬儀器開(kāi)發(fā).系統(tǒng)硬件部分以NI-PCI6221采集卡作為仿真設(shè)備,軟件部分借助LabVIEW編寫(xiě)程序模塊,模擬實(shí)現(xiàn)了兩路信號(hào)的采集、處理、存儲(chǔ)和回放功能.整個(gè)設(shè)計(jì)流暢合理,系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)為工程應(yīng)用實(shí)踐提供了參考價(jià)值和技術(shù)指導(dǎo).

作者：李琳芳賈蕓芳李國(guó)厚單位：河南科技學(xué)院南開(kāi)大學(xué)