1、第22卷第5期计算机工程与设计2001年10月VoI.22No.5COMPUTER ENGINEERING AND DESIGN Oct.200l文章蝙号:1000.70241200105-006103中圈分类号 TP274文献标识码A虚拟仪器开发环境LabVIEW及其数据采集陈托汤晓安(国防科学技术大学,陡沙410073摘要:文中在介绍最新技术虚拟仪器及其开发环境LabVIEW特点的基础上,全面分析了Lab VIEW中的数据采集技术,并给出了应用实例.关键词:虚拟仪器;LabVIEw;数裾采集随着现代电子技术和计算机技术的飞速发展和普及应用,自动化测试与电子测量仪器这个技术领域发生了深刻的变
2、化。尤其是近年来美国NI 公司的创新产品图形化编程环境LabVIEW的出 现,使虚拟仪器技术为工业界所接收,进而成为当前国际:最先进的仪器技术之一,并得到广泛应用。所谓虚拟仪器.就是在通用计算机平台上,用户根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能,其实质是将传统仪器硬什和最新计算机软件技术充分结合起来,以实现并扩展传统仪器的功能。与 传统仪器相比,虚拟仪器在智能化程度、处理能力、性能价格比和可操作性等方面均具备明显的技术优势。1虚拟仪器软件LabVIEW虚拟仪器最重要、最核心的技术是虚拟仪器软件开发环境。LabVIEW(Laboratory Vurtual Instrument Engineer
3、ingWorkbench是目前国际L应用最广的虚拟仪 器开发环境之一,主要应用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域,并适用于Windows3.x/95198/NT、Macintosh、UNIX等多种一i同的操作系统平台。与传统程序语言不同,LabVIEW采用强大的图形化语言(G语言编程,面向测试工程师而非专业程序员,编程简单方便,界面形象直观,具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点。LabVIEW是一个功能强大、方便灵活的集成开发环境。为更逼真地模拟传统仪器的工作方式,Lab-VIEW提供了丰富的控件, 如各种旋钮、开关、仪表盘 、模拟数字示波器等,并可根据实际需要定制控件;L
4、abVIEW 完整地集成了与GPIB 、VXI、RS一232、 RS-485和内插式数据采集卡等硬件的通讯:LabVlEW 还具有内置程序库,提供了大量的连接机制,通过DLLs、共享库、ActiveX等途径实现与外部程序代码或软件系统的连接,将其自身无法或不易实现的任务通过能够或更适于完成此类任务的外部程序代码来实现,从而最终增强了LabVIEW的整体功能。使用LabVIEW开发环境,用户可以创建32位的编译程序,从而使常规的数据采集、测试等任 务得咀高速执行 .LabVIEW是真正的编译器,用户可阻创建独立的可执行程序,能够脱离开发环境而单独运行。2LIbVIEW中的数据采集2.1概述数据采
5、集(Data Aequsition DAQ系 统的基本任务是产生或测量物理信号。要使计算机系统能够测量物理信号,首先要用传感嚣将物理信号转换成电压或电漉之类的电信号.然后借助信号调理辅助收辅日期:201J0q4-28作者简介阵敏(1969-,女.江两省南昌市人,讲师,硕士,主要研究方向为人工智能和自动控制一61电路,对信号进行一定的预处理。总之,数据采集是借助软件来控制整个DAQ 系统的.包括采集原始数据、分析致据以及给出结果等。NI公司生产了组建完整的DAQ系统所需的全部组件。LabVIEW的数据采集程序库包括许多NI 公司生产的DAQ卡的驱动程序。通常块DAQ 卡可以完成多种功能,如A/D
6、转换、D/A转换、数字I/O、计数器/定时器操作等。2.2DAQ硬件的安装与配置存使用LabVIEW进行数据采集之前,必须对DAQ硬件 进行正确的安装和配簧,具体过程分为以下3步。(1安装 N1一DAQ 驱动程序:在Wmdows环境下,LabVlEW安装软件会提示用户安装NI DAQ驱动 器软件。NI.DAQ驱动器软件为LabVIEW提供了与DAQ 器件和信号调理硬件之间的高级接口。NI 公司的全部DAQ器件都与NI-DAQ驱动器软件组装在一起。(2DAQ卡的安装与配置:DAQ卡的安装需参照采集卡用户手册。 DAQ卡的配置则可参照N1一DAQ 配置向导在线帮助文件”nidaqcfg CXC”来
7、进行,可配置DAQ卡的设备号、模拟输入极性 (单极或双极、模拟输入模式(单端输入或差分输入、模拟输 出极性等属性。O模拟输入通道配簧:通道配置可通过执行LabVIEW中“project”菜单的“DAQ Wizards”子菜单里“DAOChannelWizards” 命令来完成。该通道配置向导(DAQChannelWizard是Windows环境F 的应用程序,用来对包括DAQ插卡、独立DAQ 产品以及SCXI模件等DAQ器件的模拟输入通道进行配置。通过异j户链入通道名称、被测最物理信号的范围、所使用的传 感器、 传感器输出范围以及相关的DAQ 硬件等信息,DAQ通道配置向导可确定在DAQ硬件通
8、道上测量的物理参数。2.3DAQ子程序LabVIEW的DAQ程序包括模 拟输入(AnalogInput、模拟输出(AnalogOutput、数宁输入/输出(DigitalI/0 、计数器(Counter、标定和配置(Calibration andConfigmafion以及信号调理(SignalConditioning 等6类。其中,每类又分成简单程序(EasyFOVls、中级程序(IntermediateVIs、 应用程序(UtilityVIs 和高级程序(AdvancedVIs4类。简单程序仅仅只是表而培接口程序,它能执行基本的模拟量输入、模拟量输出、数字i/o 以及计数器,定时器操作。它
9、简单易用,并且包含个简单的出错处理方法。当出错时,将弹出一个对话框,显示出错信息,用户可以选择终止程序执行或者忽略错误。相对于 简单程序而言,中 级程序具备更多的硬什设置功能,使用上具有更大的灵活性,可以更有效地开发实用程序。它具有许多简单程序所缺乏的功能,如外部时钟等。它对出错的处理也更加灵活,可以把出错状态信息传递给其它程序,可以编程处理出错情况。 应用程序是中级程序的通用组合,在功能和操作上与中级程序相同。高级程序涉及到与DAQ驱动程序的低层接口。开 发实用程序 时通常并不需要用到高级程序,但当简单程序和中级程序不具备用于控制特殊DAQ 功能的输入时,可以使用高级程序来实现。高级程序从D
10、AQ 驱动程序返旧的状态信息最多。在实用程序开发中,常用的DAQ子程序包括模拟输入与输出、波形的 输入与输出、连续 数据采集。(1模拟输 入与输出:模拟输入与输出是DAQ卡的基本功能。“AnalogInput”子模板下的”AI Sample ChanncI”程序 测量指定通道上信号的一个采样点,并返回测量值。”Analog.Output”了模板下的”AOUpdate Channel”程序把一个给定电压值 在一个模拟输出通道上输出。(2波形的 输入与输出:在许多应用场合,次只采样一个数据点是远远不够的。另外,采样点之问的阃隔很难恒定.因为它受到多种因素的影响,如循环的执行速度、_程序的调用时BJ
11、 等。 LabVIEW的DAQ程序库提供的”AIAcquireWaveform(s”和”AOGenerateWaveform”程序可以以大干单点操作的速度进行多点的数据采集和波形生成.并且用户可咀自定义采样率。”AIAcquireWavcform(s” 程序从一个( 多个指定的输入通道按用户定义的采样率、采样点数采集数据,并返回采样结果数据到计算机。”AO GenerateWaveform”程序在一个模拟输出通道上以用户定义的更新速率生成一个电压波形。一62。然j滁篇li“p33”1204A慧,:i#蒿“; 嚣“m#%,#*,*J1l_。*m”I,l:岫11-*|r*nBct-l】abvHW
12、dcu_15l10n Ll】0虚拟仪器开发环境LabVIEW及其数据采集作者:陈敏, 汤晓安作者单位:国防科学技术大学刊名:计算机工程与设计英文刊名:COMPUTER ENGINEERING AND DESIGN年,卷(期 :2001,22(5被引用次数:40次参考文献(1 条1.陈敏虚拟仪器软件LabVIEW在仪器控制中的应用 1999相似文献(10 条1.期刊论文孟虎.李将渊.汤永怀.郭德鹏.MENG Hu.LI Jiang-yuan.TANG Yong-huai.GUO De-peng基于LabVIEW8.0的pH电位滴定虚拟仪器-分析科学学报2009,25(6运用离子选择性电极、调理电
13、路、 DAQ卡和计算机,构建了基于LabVIEW 8.0的电位滴定虚拟仪器,实现了电位滴定实验数据的自动记录和自动处理.将该虚拟仪器应用到乙酸等的电位滴定实验表明,实验结果相对标准偏差小于0.65%,提高了实验结果的重现性和准确性;且虚拟仪器界面友好、操作简便、实时绘出滴定曲线,自动处理数据及即时得到结果.2.期刊论文凌锋.Ling Feng基于LabVIEW的网络 化虚拟仪器实验与教学管理系统的设计-丽水学院学报2009,31(2介绍了虚拟仪器在实验教学中应用的先进性和必要性,详细阐述了基于LabVIEW的网络化虚 拟仪器实验 教学管理系统的实现方法 .通过建立虚拟仪器实验系统,结合数据库和
14、网络技术建立数据库,开发网络化的虚拟实验管理系统,充分发挥了虚拟仪器的优势,最大限度地实现了硬件资源共享.以一个用当今流行的虚拟仪器开发软件LabVIEW开发的虚拟仪 器实验系统为例,分析了网络化的虚拟仪器在实验教学中的优势.3.学位论文于晓薇基于LabVIEW的虚拟仪器研究及其在板材厚度监测中的应用2004虚拟仪器是测量仪器的主要发展方向.板材厚度在线监测是具有应用价值的研究课题.本文研究基于LabVIEW开发平台的虚拟仪器构建方法,并结合实际课题,开发板材厚度在线监测系统.全文共分为六章:第一章论 述了虚拟仪器的发展和虚拟仪器的特点,板材厚度监测技术的现状,指出了板材厚度在线监测系统项目研
15、究的重要性.第二章从需求分析入手,研究了构建虚拟仪器的方法.以简单实例明晰构建的步骤,对非NI 公司支持板卡在LabVIEW平台上的应用提供解决方案.第三章研究了虚拟仪器的硬件平台.论述在PC-DAQ形式搭建的虚拟仪器系统中,一些基础信号理 论在数据采集卡选择及设置方面所起的作用.第四章以示波器和信号发生器的开发为实例,研究了基于LabVIEW的虚拟仪器平台上信号的输入和输出功能及其实现方法.第五章应用基于LabVIEW的虚拟仪器构建方法开发了板材厚度在线监测软件系统.系统能满足板材厚度在线监测的常用要求并具有结构模块化、功能扩展性好的特点.第六章为对本论文所做工作的总结和对进一步工作的展望.
16、4.期刊论文龚为进.蔡建安.Gong Weijin.Cai Jianan基于 Labview技术气浮虚拟仪器的开发-计算机测量与控制2005,13(6介绍了虚拟仪器的概念及其软件开发环境Labview的特点,以Labview软件为平台开发建立溶气气浮工艺的虚拟仪器,虚拟仪器采用循环结构,迭代运行,能解决具有交互作用的多控制底物问题,虚拟仪器的控制界面模拟传统的控制仪表,仿真运行,其工艺、环 境和设备参数可直接 选择,虚拟仪器实现对真实气浮工艺的模拟,可应用于实验教学、可视化设计,节约 了实验成本;虚拟仪器配 备数据采集卡,可实现在线监测和自动控制功能.5.期刊论文李将渊.吴其俊.王文彬.李元文
17、.Li Jiangyuan.Wu Qijun.Wang Wenbin.Li Yuanwen基于LabVIEW 8.0DataSocket技术的远程监测化学虚拟仪器系统-计算机与 应用化学2006,23(12利用互联网实现远程测控是虚拟仪器发展的主流方向.作者设计制作了基于LabVIEW 8.0的现场温差测量的化学虚拟仪器和远程监测平台,运用LabVIEW的DataSocket(DS技术,通过网络组建了基于LabVIEW 8.0远程监测化学虚拟仪器系统,实现了远程监测多台现场温差测量化学虚拟仪器的自动数据采集、实时显示, 以及远程操控各现场测试数据的本地和异地存储、在线报警、终止 现场采集等,并
18、可 进行远程数据分析与处理,实现了远程共享化学虚拟仪器资源与设备.6.期刊论文郭燕强.岳林基于LabVIEW的神经信号特征分析的虚拟仪器-机械工程与自动化2009,“(4放电节律,即相邻动作电位的峰峰间期(interspike interval,ISI的研究受到人们 的重视,认为神经是通过 其放电活动的丰富节律模式对信息进行编码的.为处理海量的信息,方便地应用相关的分析方法,在LabVIEW平台下开发神经信号特征分析及模式分析的虚拟仪器(VI NSPA,并结合实验动物脑图谱坐标图,直观地描述记录位置与神经元反应的对应关系.与同类型的商用软件比较,通过大量实验数据的分析对比,验证了该虚拟仪器的可
19、靠性.其具有成本低、可扩 展性强等特点.7.期刊论文陈晓玲.师学明.刘迎.CHEN Xiao-ling.SHI Xue-ming.LIU Ying基于LabVIEW的声卡虚 拟仪器性能测试与实验-实验室研究与探索2010,29(1基于LabVIEW平台开发了笔记本声卡虚拟仪器采集子系统,用信号发生器的标准信号为输入信号,对笔记本声卡虚拟仪器采集的数字信号进行了傅里叶变换与分析,提取了信号的频率和幅值,制作了信号的幅频特性图.测试结果表明:输入信号频率在0.00348 kHz时,笔记本虚 拟仪器采集的信号频谱与理论信号的频谱基本一致,误差小于2%,而小于3 Hz或大于 48 kHz后采集信号的
20、频谱误差 显著增大,信号失真;输入信号幅值衰减为-3 dB时的 频率为0.00344 kHz.声卡虚拟仪 器的这种 宽频带特性,给基于声卡声波测深、振动信号测试、实验室教学用虚拟仪器的研究与开发提供了一个高性能的采集平台.8.期刊论文张金涛.刘士奎.余有龙.Zhang Jintao.Liu Shikui.Yu Youlong基于Labview 的GPIB总线虚拟仪器研究-哈尔滨师 范大学自然科学学报2005,21(1Labview是当今最 为流行的虚拟仪器开发平台,本文介绍了基于Labview的GPIB总线的虚拟仪器及其对软硬件的要求,结合锁相放大器的二次开发实例,系统描述了虚拟仪器开发的一般
21、过程.与原有仪器相比,Labview下的GPIB总线虚拟仪器最突出的优点是不需要额外的数据采集卡就可以完成数据的实时采集,并将实验结果保存起来,便于数据的后续处理,极大地扩展了原有设备的功能.9.学位论文王行娟基于LabVIEW虚拟仪器实验教学系统的研究2007对于高等工科院校来讲,实验教学起着相当重要的作用。近年来各大高校纷纷扩招,学生人数急剧增加,实验室的设备和规模都难以满足需要,尤其是像自动测试、虚拟仪器及总线设备类的课程,学生关于这方面的实验很少有亲自动手的机会,基本上是以小组为单位熟悉具体的仪器的方式,但每小组一台仪器的方式使每个学生不能充分利用时间熟悉和掌握仪器的使用与特性,这对调
22、动学生积极性,培养创新精神,加强实践动手能力的培养都十分不利。虚拟仪器实验教学系统正是在这样的需求下发展起来的。而且虚拟仪器技术和现场总线技术的飞速发展,通过现场总线来构建虚拟仪器实验教学系统已经成为可能,虚拟仪器实验教学系统将成为学生实验的重要方面。本文首先介绍了虚拟仪器技术应用在实验教学上的国内外研究现状,从而提出了虚拟仪器应用在传感器实验教学上的这个研究方向。并对虚拟仪器技术做了一个概述,并介绍了虚拟仪器的开发工具-LabVIEW 开发环 境及其设计的一般过程。本文对传统的传感器实验教学方式进行分析,以及现在虚拟仪器技术和CAN现场总线的发展,提出了将虚拟仪器应用到传感器实验教学中来,就
23、是将传感器实验仪与计算机结合起来做实验,在实验仪上进行连接电路,在计算机上进行测量结果的显示,同时还可以把一些重点的概念和公式以FLASH 的形式表现出来,这样就会提高学生和实验之间的互动性,增加学生做实验的兴趣。也就提高了教学质量。对虚拟仪器传感器实验教学系统的构建做了分析,并介绍了实验教学系统的硬件组成以及各部分的功能和实现。硬件系统 的核心模块是智能测控模块,对智能测控模块的实现做了详细说明。论文中也对实验教学系统的软件进行了设计,包括智能测控模块的软件设计和LabVIEW软件 设计。智能测控模块的软件主要包括初始化程序、数据采集程序和CAN通信程序。PC机上利用LabVIEW 开发平台
24、一方面实现对采集到的信号进行各种各样的分析,另一方面通过调用动态链接库的形式实现CAN总线的通信协议。论文最后以两个传感器实验教学为例,通过对不同的传感器实验对象组建相应的实验系统,在PC机上以动 画的形式表现实验过程 ,增加了学生做实验的兴趣,同时也提高了教学质量。10.期刊论文车新生.何永杰.张中祥.CHE Xin-sheng.HE Yong-jie.ZHANG Zhong-xiang基于USB和LabVIEW 的虚拟仪器的设计-沈阳工业大学学报2005,27(4虚拟仪器和USB的接口技术在仪器研发领域受到了密切关注.数据采集及控制的智能外设采用USB接口改善了其瓶颈现象,也加强了它与通用
25、计算机的“亲和力“.普通的MCS-51单片机没有USB接口,作 为虚拟仪器应用软件开发平台之一的LabVIEW也没有提供USB 接口的驱动程序.为 此,介绍了基于USB 和LabVIEW的虚拟仪器的设计原理以及USB 开发的方法,提出一种开发简单的设计方案.阐述了利用FT245 BM进行USB开发的过程, 给出FT245 BM与AVR 单 片机AT90S1200 接口的电路图和编写的程序.介绍了安装两种不同驱动时编写LabVIEW应用程序的方法,并给出编写的LabVIEW应用程序,经过调试,给出测试结果.引证文献(40 条1.李海.饶伟栋.张晓丹计算机远程数据采集系统的设计与实现期刊论文-电脑
26、知识与技术 2010(12.周瑾玉.侯荣涛基于VI技术的电厂锅炉制粉系统模拟教学期刊论文-中国电力教育 2009(243.袁杰.张松涛减摇鳍装置半实物仿真与测试系统设计期刊论文-自动化技术与应用 2009(44.姜静波.龚德俊.李思忍.徐永平.陈永华基于LabVIEW的波浪驱动测量系统仿真设计 期刊 论文 -海洋科学2008(125.尧辉明.杨俭.方宇.陈建强基于虚拟仪器的城市轨道车辆交流牵引试验系统及控制 期刊 论文 -城市轨道交通研究 2008(126.王民钢.李仪.郭访社.龚宇迪基于虚拟仪器技术的嵌入式计算机自动测试系统期刊论文-仪 表技术与传感器 2008(117.靳身武.王民钢.李仪
27、.侯美婵基于LabVIEW和PXI平台的某产品嵌入式计算机自动测试系统 期刊论文- 工业仪表与自动化装置 2008(58.张克.张威.王潇洒.邹京杭基于时间法的虚拟相位差计的设计期刊论文-北京石油化工学院学报 2008(39.居正.崔杜武.崔颖安虚拟医疗设备的系统构建期刊论文-计算机工程与设计 2008(1610.华山.何黎明.田作华某电路板自动测试系统的设计与实现期刊论文-测控技术 2008(711.魏梅芳.阳靖.李震彪.吴细秀继电器电寿命测试系统设计期刊论文-低压电器 2008(312.寇兴磊.窦春红.林近山基于LabVIEW的故障检测系统期刊论文-仪器仪表用户 2007(413.林顺英基
28、于虚拟仪器的二阶系统仿真分析期刊论文-北京石油化工学院学报 2007(114.徐中明.李俊鹏.张志飞.黄义.杨旻摩托车振动舒适性测试系统开发及应用期刊论文-汽车 工程 2006(215.万德安.孙东继.赵永杰汽车变速箱故障诊断中的时域同步阶次分析法的分析研究 期刊 论文 -计算机测 量与控制 2006(316.曹世松.阳建红柱形高压气瓶内窥伺服系统研究期刊论文-机电产品开发与创新 2006(617.赵晓亮.肖立志.张元中.付建伟.陈海峰基于LabVIEW的FBG温度传感器数据采集系统设计 期刊论文- 传感器与微系统 2006(12 18.林顺英.卫翀华 基于LabVIEW的虚拟频谱 分析法测量
29、相位差的实现期刊论文-北京石油化工学院学报 2006(3 19.刘伟善 数字化实验中虚拟仪器及信号采集系统的设计学位论文硕士 2006 20.李学生 基于虚拟仪器的超声检测技术研究学位论文硕士 2006 21.宋涛 基于虚拟仪器的电液伺服阀性能测试试验台系统研究学位论文硕士 2006 22.肖建伯 摩托车平顺性评价试验研究学位论文硕士 2006 23.蔡兰.陈祯.张景如 基于LabVIEW软件的虚拟 数字超声探伤仪设计 期刊 论文-无损检测 2005(4 24.黄楠.刘光昌 基于LabVIEW的PCBA计算机视觉检测系统期刊论文-计算机工程与设计 2005(10 25.罗曼.张小兵.李连波.袁
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31、械的故障诊断与预测 学位论文硕士 2005 32.唐辉 面向设备状态监测的虚拟仪器系统研究与开发学位论文硕士 2005 33.于进洋 基于虚拟仪器的火炮后坐速度位移测试系统的研究学位论文硕士 2005 34.李俊鹏 摩托车乘骑舒适性评价方法研究及测试分析系统开发学位论文硕士 2005 35.狄美华 基于时序波形特征的开关电寿命检测方法研究学位论文硕士 2005 36.王强.李国臣.王蕊 基于虚拟仪器的植物电信号的测量系统研究期刊论文-中国农机化 2004(5 37.吴敏君.熊永前 虚拟数字记录仪的设计期刊论文-仪器仪表用户 2004(2 38.黄艳岩.杨孝鹏.陈乐 LabVIEW中调用CIN实现 数据采集 期刊论文-电子测量技术 2004(5 39.于晓薇 基于LabVIEW的虚拟仪器研究及其在板材厚度监测中的应用学位论文硕士 2004 40.付志新.罗金生 基于LabVIEW的全混流反应器仿真与分析期刊论文-计算机与应用化学 2003(6 本文链接：http:/ 授权使用：西南科技大学(xnkjdx，授权号：e72454dc-22f5-4908-aa61-9e36011150a1 下载时间：2010年11月22日
