基于LabVIEW多路数据采集系统的设计与实现*

于亚萍，董桂梅，杨仁杰，李留安，靳 皓

（1.天津农学院工程技术学院，天津 300384；2.天津农学院学报编辑部，天津 300384）

0 引言

多路采集系统在许多应用场合得到广泛的应用[1-2]，如地震参数[3]、机床参数[4]、智能化农业[5]、虚拟信号发生装置[6]等。对多通道数据采集的实现方法有多种，可以通过FPGA或多路数据采集卡[7]，单片机与LabVIEW相结合实现的多路数据采集系统多有单片机完成数据采集并通过RS232口传送给上位机，设计复杂，且信号传送速度慢[8-10]。本文针对USB-6211结合LabVIEW软件，采用数据采集DAQmx专用模块设计了一套实用的多路数据采集系统。LabVIEW是一个图形化软件，通过画图可以设计出直观、丰富的人机交互界面，在信号测试与分析处理方面功能尤其强大[11-13]。本文设计了一种LabVIEW多路数据采集测试系统，实现了对多路数据的采集以及采集后信号的拆分、处理与显示，并能实现对下位机的数字控制作用，以一个共射极放大电路信号的采集与处理作为测试对象，本测试系统实现了多路数据采集和多路数据的控制功能。

1 数据采集系统设计

通用的数据采集系统要求多个被测模拟数据量，通过传感器转换为电信号，然后通过信号调理对有用信号进行处理，再将模拟信号通过数据采集信号的模拟通道由数据采集卡传送给上位机，上位机接收信号后，可以将采集来的信号进行拆分，然后对每一个通道的数据进行分析处理，完成对多通道数据的采集。根据任务的要求，可以通过数字开关对下位机电路进行控制。系统框图如图1所示。

图1 多路数据采集测试系统框图

2 LabVIEW程序设计

LabVIEW主要优势是信号的测量与信号分析，数据采集卡结合LabVIEW软件既是硬件的强大功能，测试的整个设计核心在LabVIEW程序设计上。

2.1 多路模拟数据采集程序

图2 多路模拟数据采集程序框图

USB-6211数据采集卡有16个模拟输入口，2个模拟信号输出口，4个数字信号输入口和4个数字信号输出口。输入信号电压范围可以是-10～10 V，非常适合多路数据测试与多路控制系统。多路数据采集和单通道数据采集具有很大的相似之处，按先后顺序，需要设定物理通道、采样时钟、任务开始、读模块和任务结束及任务清除，程序如图2所示。

物理通道设定多个采样通道，通过点击DAQmx图标，选择“浏览”显示所有的输入通道，然后结合ctrl键定义自己的多个采集通道，采样时钟设定信号采集的范围和采样模式及采样率，如果信号不规律，则采用“连续采样模式”，如果信号是按周期重复信号，则设定“有限采样”模式即可，为使采样信号良好，采样率一般是被测对象的8～10倍，可以设定每个通道的采样数，确定每次采集信号的波形周期个数。读数据模块设定为“N通道N采样”，其输出信号是多路采集数据的信号，要想对每一路信号进行分析，需要对信号进行拆分处理。

2.2 数据分析

对采集来的信号进行分析，需要提取出每一个通道的信号，信号拆分可以将读取的多通道的数据拆分成单通道数据进行处理，如图3所示，将波形拆分后，通过单频测量模块来读取了每个通道波形的幅值、周期及放大倍数。注意拆分后不同通道所对应的信号，并将幅值和频率都设定为浮点型。

2.3 多路数字输出

根据任务要求，可以实现多路数字控制功能，如图4所示，多路数字开关控制常用的方法为采用”DAQ助手”或“DAQmx”，USB6211的低电平为0，高电平为4.95 V。物理通道设置默认为模拟通道，需要将此处改为数字输出状态。输出一个数字状态，只需要一个布尔量开关。当多个数字状态输出时，需要将多个布尔开关量，将前面板中的布尔开关保存在一个数组。物理通道默认为模拟输入通道，通过“过滤I/O名称”去设置数字输出线或输出端口，将读取数据模块设定为“1D布尔N线”。

图3 对单个信号的分析处理

2.4 数据存储

数据存储一般除用于保存数据外，还能将存储的数据与其它程序共享。在测试测量领域，TDMS文件是NI通用数据文件格式之一，在图2中数据采集任务开始前，加有“DAQmx configure logging.vi”模块，即可实现对采集数据的TDMS格式存储。

3 系统性能测试

为测试多通道模拟数据采集性能，通过一个模拟电子技术中的共射极单管放大电路作为被测对象进行测试，模拟输入信号采集通道分别测试输入、输出信号的波形及参数，基极分压电阻可调，通过数字口去控制多路模拟开关CD4502来选择不同电阻值，调整电路静态工作点位置。

人机交互界面测试结果如图5所示。用信号发生器产生一个幅值为0.5 V、频率为1 kHz的正弦波信号作为输入信号，Dev1为USB-6211数据采集卡，ai0:1为分别设定的0和1两个输入通道，用于采集实验电路的输入、输出信号。信号输入方式为“RSE”，即单端信号输入模式。

图4 多路数字信号控制程序图

图5 人机交互界面

根据测试结果可以看出，符合共射极单管放大特点，输出信号与输入信号反相，且能测试出输入输出信号幅值，获取电路的电压放大倍数，测试结果不低于数字示波器GDS-1052-U测试精度。

4 结束语

采用LabVIEW软件与USB-6211实现了多路模拟数据采集与数字控制系统，利用本数据采集系统，分别实现了2通道模拟数据采集、数据显示和数据存储和数字控制的功能，能应用于高精度的多通道信号采集测试系统中。