1、第六章第六章(1) 數據采集數據采集-DAQ信息與控制學院自動化系 薄迎春數據采集的基本概念數據采集的基本概念圖圖1 測試系統組成測試系統組成被測對象傳感器信號調理數據采集信號處理儀器面板1）測試系統組成）測試系統組成數據采集的基本概念數據采集的基本概念圖圖2 虛擬儀器系統結構虛擬儀器系統結構用戶編制的測量應用程序用戶編制的測量應用程序應用軟件編程環境應用軟件編程環境LabVIEW, LabWindows/CVI, Measurement Studio 現實世界的信號和物理量現實世界的信號和物理量信號調理信號調理數據采集與數據采集與模塊化儀器模塊化儀器傳感器和傳感器和變換器變換器2) 基于虛擬

2、儀器的數據采集基于虛擬儀器的數據采集數據采集的基本概念數據采集的基本概念3）A/D轉換轉換圖圖3 數據采集卡數據采集卡圖圖4 數據采集卡位數數據采集卡位數16bit的數據采集卡將的數據采集卡將010V劃分為劃分為2的的16次次方份。方份。3bit的數據采集卡將的數據采集卡將010V劃分為劃分為2的的3次次方份。方份。圖圖5 NI-測量與自動化管理器測量與自動化管理器Labview數據采集應用數據采集應用（1）瀏覽系統中的數據采集卡；）瀏覽系統中的數據采集卡；（2）通過測試面板，驗證和診斷數據采集卡工作情況；）通過測試面板，驗證和診斷數據采集卡工作情況；（3）創建新的采集通道、任務、接口和比例參

3、數等。）創建新的采集通道、任務、接口和比例參數等。數據鄰居：數據鄰居：存儲了有關配置和修改任務、虛擬通道的信息；存儲了有關配置和修改任務、虛擬通道的信息；設備和接口：設備和接口：可配置本地或遠程的數據采集卡、串口及并口等硬件設備；可配置本地或遠程的數據采集卡、串口及并口等硬件設備； 換算：換算：則用于標定運算。則用于標定運算。2.1 Measurement & Control應用應用圖圖6 NI-測量與自動化管理器的設備列表測量與自動化管理器的設備列表Measurement & Control應用應用設備列表設備列表如何應用如何應用Measurement&Control

4、建立數據采集任務建立數據采集任務？圖圖7 數據鄰居數據鄰居-新建任務新建任務Measurement & Control應用應用圖圖8 第二步：選擇任務類型第二步：選擇任務類型Measurement & Control應用應用圖圖9 第三步：選擇信號類型第三步：選擇信號類型Measurement & Control應用應用圖圖10 第三步：選擇數據采集設備（板卡）第三步：選擇數據采集設備（板卡）Measurement & Control應用應用圖圖11 第六步：選擇數據通道第六步：選擇數據通道Measurement & Control應用應用圖圖12 第七

5、步：設置任務名稱第七步：設置任務名稱Measurement & Control應用應用圖圖13 測試任務測試任務Measurement & Control應用應用同時打開任務調試、診斷窗口同時打開任務調試、診斷窗口圖圖14 測試任務測試任務Measurement & Control應用應用圖圖15 添加、刪除、改變任務通道添加、刪除、改變任務通道Measurement & Control應用應用采集模式：采集模式：a)a) 1 1 采樣采樣 ( (按要求按要求) )，即采集，即采集單點數據單點數據（立即執行）；（立即執行）；b)b) 1 1 采樣采樣 ( (硬件

6、定時硬件定時) )，表示，表示在硬件時鐘的邊沿采集單在硬件時鐘的邊沿采集單點數據；點數據；c)c) N N 采樣，表示采集一段數采樣，表示采集一段數據，采樣點數和采樣頻率據，采樣點數和采樣頻率在在“定時設置定時設置”下的下的“待待讀取采樣讀取采樣”和和“采樣率采樣率(Hz)”(Hz)”文本框中指定；文本框中指定；d)d) 連續采樣，表示進行連續連續采樣，表示進行連續采集，此時，采集，此時，“定時設置定時設置”下只有下只有“采樣率采樣率 (Hz)”(Hz)”即即采樣頻率參數有效。采樣頻率參數有效。 圖圖16 采樣設置采樣設置Measurement & Control應用應用Labview

7、數據采集術語數據采集術語1 1、通道：、通道：物理通道：連接被測信號的實際端子；物理通道：連接被測信號的實際端子；虛擬通道：是虛擬通道：是一組屬性設置的集合一組屬性設置的集合，包含虛擬通道名、對應的物理通道、輸，包含虛擬通道名、對應的物理通道、輸入接線方式（差分入接線方式（差分/RSE/NRSE/RSE/NRSE等）、輸入范圍、縮放比例等。等）、輸入范圍、縮放比例等。2 2、NI-NI-DAQmxDAQmx任務任務：是一個或多個虛擬通道的集合，此外，它還包含了定時、是一個或多個虛擬通道的集合，此外，它還包含了定時、觸發等屬性。它代表了所要實施的一次信號測量或信號發生的操作。觸發等屬性。它代表了

8、所要實施的一次信號測量或信號發生的操作。NI-DAQmxNI-DAQmx任務分為兩種：任務分為兩種： 一種是獨立于程序而存在、可以被各個程序所使用的，且可一種是獨立于程序而存在、可以被各個程序所使用的，且可長期保存長期保存的任務（用的任務（用MAXMAX創建，且保存在創建，且保存在MAXMAX中）；中）； 另一種是僅存在于某程序中且只能供該程序使用的所謂另一種是僅存在于某程序中且只能供該程序使用的所謂臨時任務臨時任務（用（用DAQDAQ助手助手Express VIExpress VI或或DAQmxDAQmx函數在框圖面板上創建）。函數在框圖面板上創建）。虛擬通道分為兩種：虛擬通道分為兩種：局部

9、局部（LocalLocal）和）和全局全局（GlobalGlobal）虛擬通道。局部虛）虛擬通道。局部虛擬通道僅存在于某個擬通道僅存在于某個DAQmxDAQmx定義的任務中（其生存期長短由定義的任務中（其生存期長短由任務任務決定）；決定）；而全局虛擬通道可長期保存在而全局虛擬通道可長期保存在MAXMAX中，且可被多個任務所使用。中，且可被多個任務所使用。DAQ助手助手圖圖17 DAQ助手函數選板助手函數選板 將其放置于框圖面板上，同時會出將其放置于框圖面板上，同時會出現其現其“新建新建Express任務任務”窗口。在該窗口。在該窗口的右側欄可進行相應的設置及其窗口的右側欄可進行相應的設置及其修

10、改。修改。DAQ助手助手圖圖18 DAQ助手應用實例助手應用實例 DAQ助手助手Express VI出現了名為出現了名為“數據數據”的輸出端子（對于模擬的輸出端子（對于模擬輸入操作），它可直接向框圖上的程序的其他部分輸出數據。輸入操作），它可直接向框圖上的程序的其他部分輸出數據。 使用使用DAQ助手建立的任務只是臨時任務，沒有名稱，不會保存在助手建立的任務只是臨時任務，沒有名稱，不會保存在MAX中被（這臺計算機中建立的）其他程序使用。中被（這臺計算機中建立的）其他程序使用。基于基于Labview VI的數據采集的數據采集1）VI數據采集相關函數數據采集相關函數表表1 DAQmx函數及其功能函數

11、及其功能DAQmx函數功能DAQmx Create Virtual Channel創建虛擬數據采集通道DAQmx Timing為數據采集配置采集速率和創建緩沖器DAQmx Trigger vi為數據采集配置觸發源，觸發數據采集器DAQmx Strarting Task開始數據采集或產生即將輸出的數據DAQmx Write vi向指定的虛擬通道或者任務寫入數據DAQmx Read vi從指定的虛擬通道或任務讀取數據DAQmx Wait Until Done vi等待數據采集的完成DAQmx Stop Task停止數據采集或者停止產生數據的輸出DAQmx Clear Task清除數據采集任務DAQ

12、mx 助手配置通道、任務和換算的圖形化界面基于基于Labview VI的數據采集的數據采集圖圖17 DAQmx創建虛擬通道函數創建虛擬通道函數 “函數函數”選板選板 “測量測量I/O” DAQmx 數據數據采集采集功能：功能：用于建立虛擬通道和任務。用于建立虛擬通道和任務。 “ “物理通道物理通道”輸入端，用于指定物理通道；輸入端，用于指定物理通道； “ “分配名稱分配名稱”輸入端，定義虛擬通道名，如不指定，該參數輸入端，定義虛擬通道名，如不指定，該參數 將以物理通道名（如將以物理通道名（如Dev1/ai0Dev1/ai0等）作為本虛擬通道名；等）作為本虛擬通道名； “ “最大值最大值”、“最

13、小值最小值”，定義所期望的信號的最大值和最，定義所期望的信號的最大值和最 小值（即輸入范圍）；小值（即輸入范圍）； “ “輸入接線端配置輸入接線端配置”，定義輸入端子接法（差分、單端等）。，定義輸入端子接法（差分、單端等）。基于基于Labview VI的數據采集的數據采集圖圖19 DAQmx采樣時鐘采樣時鐘功能：功能：用于設置時間信息。用于設置時間信息。 “ “采樣率采樣率”，定義每個通道每秒采集或發生數據的點數；，定義每個通道每秒采集或發生數據的點數； “ “采樣模式采樣模式”，定義采樣模式；，定義采樣模式； “ “每通道采樣每通道采樣”參數，用于指定在參數，用于指定在“采樣模式采樣模式”參

14、數選為參數選為“有限采樣有限采樣”時時每個通道采集或生成的樣本數。每個通道采集或生成的樣本數。基于基于Labview VI的數據采集的數據采集圖圖20 DAQmx讀取讀取功能：功能：向任務寫入樣本數據。它的向任務寫入樣本數據。它的“自動開始自動開始” ” 參數指定在沒有用參數指定在沒有用“DAQmx DAQmx 開始任務開始任務”函數顯式開始任務的情況下，是否以隱式方式開始任函數顯式開始任務的情況下，是否以隱式方式開始任務。務。功能：功能：從指定的任務或虛擬通道讀取樣本；其輸出端從指定的任務或虛擬通道讀取樣本；其輸出端“數據數據”返回（提供）返回（提供）讀到的數據。讀到的數據。圖圖21 DAQ

15、mx寫入寫入基于基于Labview VI的數據采集的數據采集圖圖22 DAQmx開始任務開始任務功能：功能：結束結束DAQmxDAQmx任務。任務。功能：功能：開始執行任務（顯式任務狀態轉換）。開始執行任務（顯式任務狀態轉換）。圖圖23 DAQmx寫入寫入圖圖24 DAQmx清除清除功能：功能：停止任務并清停止任務并清除資源。任務清除后除資源。任務清除后就不能再使用，除非就不能再使用，除非重新建立該任務。重新建立該任務。基于基于Labview VI的數據采集的數據采集圖圖25 DAQmx結束前等待結束前等待功能：功能：確保在結束任務確保在結束任務/ /清除任務（清除任務（“DAQmx DAQm

16、x 停止任務停止任務”或或“DAQmx DAQmx 清清除任務除任務”）之前，完成所要求的采集或發生任務。）之前，完成所要求的采集或發生任務。基于基于Labview VI的數據采集的數據采集圖圖25 DAQmx數據采集的顯式流程數據采集的顯式流程顯式轉換顯式轉換：在：在“讀取讀取”采樣數據前，明確地執行采樣數據前，明確地執行“開始任務開始任務”；且在且在“清除任務清除任務”前，明確地執行前，明確地執行“結束任務結束任務”。圖圖26 DAQmx數據采集的隱式流程數據采集的隱式流程隱式轉換隱式轉換：在在“讀取讀取”函數執行前，自動執行函數執行前，自動執行“開始任務開始任務”；在在“清除任務清除任務”執行前，自動執行執行前，自動執行“結束任務結束任務”。基于基于Labview VI的數據采集的數據采集圖圖25 例例1的前面板及程序框圖的前面板及程序框圖圖圖26 DAQmx 任務名控件任務名控件例例1：采集：采集MAX建立的任務中的通道數據，并用儀表顯示。建立的任務中的通道數據，并用儀表顯示。單擊單擊“DAQmx 任任務名務名”控件右控件右端的向下選項端的向下選項箭頭、打開任箭頭、打開任務列表，選擇務列表，選擇相應任務，就相應任務，就可以使用以前可以使用