LabVIEW数据采集编程指南

### 数据采集基础知识 #### 数据采集系统组成 数据采集（Data Acquisition，简称DAQ）是指利用传感器、信号调理设备和数据采集设备等硬件，以及相应的软件来收集并分析现实世界中各种物理现象的过程。一个完整的数据采集系统通常包括以下几个组成部分： 1. **原始信号**：指自然界中的物理现象或过程，例如温度、压力、声音、光等，这些信号往往需要通过传感器转换为电信号才能被数据采集设备识别和处理。 2. **信号调理设备**：由于原始物理信号的强度、频率范围等特性不完全符合数据采集设备的要求，因此需要信号调理设备进行放大、滤波、隔离等预处理操作，以满足数据采集设备的输入要求。 3. **数据采集设备**：将模拟的电信号转换为数字信号，通过A/D转换器（模数转换器）实现。同时，该设备还能将数字信号转换成模拟信号进行输出，通过D/A转换器（数模转换器）实现。这是数据采集系统的核心部分。 4. **计算机**：用于运行驱动程序、应用软件等，通过软件与硬件交互，完成数据采集任务，并对采集到的数据进行分析和处理。 #### 数据采集硬件产品及其应用领域 NI（National Instruments）公司提供了多种数据采集硬件平台供用户选择，包括PXI、CompactDAQ、CompactRIO等，适应不同的应用需求： 1. **PXI平台**：PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）是一个基于PC的模块化平台，适用于大中型复杂的数据采集应用，如实验室测试、自动测试设备（ATE）等。PXI系统具有丰富的扩展槽位，能够安装多个数据采集模块，进行多通道的数据采集。其工作温度范围广，抗震性能好，适用于恶劣环境下的工业级应用。 2. **CompactDAQ平台**：CompactDAQ是专为便携式和台式数据采集设计的，提供即插即用的USB连接方式，小巧轻便，成本较低。它适合教育实验、便携式测量、现场数据记录等应用。 3. **CompactRIO平台**：CompactRIO结合了实时处理器和可重配置的FPGA资源，适合要求实时处理和高度可定制硬件逻辑的应用，如嵌入式系统、复杂控制应用等。 #### 数据采集设备硬件选型参数 在进行数据采集设备硬件选型时，以下参数需要重点关注： 1. **输入/输出通道数量**：决定了系统能够同时采集或输出多少信号。 2. **采样率**：数据采集设备每秒能采集多少次信号，反映了设备处理动态信号的能力。 3. **分辨率**：即A/D转换器的位数，决定了能够区分的最小信号变化量。 4. **输入范围**：输入信号的电压范围或电流范围，应适应传感器的输出特性。 5. **接口类型**：如USB、PCI、PXI等，决定了设备与计算机的连接方式。 6. **隔离与非隔离**：隔离型数据采集设备具有隔离保护，可以有效防止外部干扰，提高数据精度和系统稳定性。 7. **精确度和线性度**：确保采集数据的准确性，对于精密测量尤为重要。 #### 配置管理软件MAX MAX（Measurement & Automation Explorer）是NI提供的配置管理软件，它允许用户无需编程即可与硬件进行交互，设置数据采集任务。MAX支持配置数据采集设备的各项参数，如通道选择、采样率设置、触发配置等，并且支持将配置信息导入LabVIEW环境中，自动生成代码，极大地简化了数据采集程序的开发过程。 #### DAQ助手Express VI DAQ助手Express VI是LabVIEW环境中用于快速实现数据采集功能的虚拟仪器（VI），它封装了数据采集的一些常见操作，允许用户通过简单的图形化界面配置采集参数，并迅速搭建起数据采集程序。这种VI对于初学者而言非常友好，可以让他们快速入门并实现数据采集的基本功能。 ### LabVIEW编程环境 #### LabVIEW软件架构 LabVIEW是一种基于图形化编程语言（G语言）的开发环境，提供了丰富的控件和函数库，用于数据采集、分析和处理等应用开发。LabVIEW以图标代替文本书写的程序代码，通过将这些图标拖拽到开发面板上，并用线条将它们连接起来，形成数据流向和程序逻辑。LabVIEW还支持用户自定义VI，使得程序可以像其他编程语言一样进行模块化开发。 #### LabVIEW与数据采集 由于LabVIEW的直观性和易用性，它被广泛应用于数据采集领域。在LabVIEW中，可以方便地编写数据采集程序，控制数据采集硬件设备的采集参数，读取采集到的数据，并进行后续的数据分析和处理。此外，LabVIEW还提供了与NI数据采集设备无缝集成的驱动程序和大量的硬件I/O函数库，使得开发数据采集应用变得更加高效。 《LabVIEW数据采集编程指南》详细介绍了数据采集的基础知识，涉及硬件设备的选择、软件架构、编程方法等，为进行数据采集应用开发的工程师提供了宝贵的参考资料。