基于PC的数据采集系统设计.docx
《基于PC的数据采集系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PC的数据采集系统设计.docx（48页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
基于PC的数据采集系统设计
基于PC的数据采集系统设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3）其它
基于ＰＣ的数据采集系统
摘要
数据采集是通过传感器把被测信号转换成电压或电流信号，通过信号采集卡采集数据，并进行相应的处理的过程。
本文采用流行的虚拟仪器技术构建数据采集系统，它是在基于传感器技术和计算机技术基础上发展起来的新兴测控技术，能灵活的根据需要组建符合用户自定义的数据采集系统，打破了传统的数据采集模式，实现了用软件来替代仪器，而且更加快速和迅捷，对数据处理的功能更加多样灵活。
本文采用以PCI为总线的虚拟仪器采集方案，它的特点是通过数据采集卡以及虚拟仪器软件搭配组建的数据采集系统对标准的数据信号进行采集、分析。
本文以此为指导思想，提出了合适的组成方案，主要工作是以NI公司PCI-6221数据采集卡为硬件支持，LabVIEW为软件开发平台，通过实验模拟测试以求实现实时数据采集、数据显示、数据存储、在线监测以及对历史数据的回放和分析等功能。
经测试表明，由热电偶、SCC-68接线盒、SCC-TC02热电偶处理模块和PCI-6221数据采集卡所构建的数据采集硬件系统，可实现对温度的实时采集，并对采集过程的变化进行相应的调整，这些都体现虚拟仪器技术的特点和优势。
证实本文所采用的数据采集理论和方法是可行的。
关键词：
虚拟仪器；数据采集；LabVIEW；PCI-6221；SCC-68；SCC-TC02
DateAcquisitionBaseOnPC
Abstract
Dataacquisitionthroughthesensortothemeasuredsignalsintovoltageorcurrentsignals,signalacquisition,throughdataacquisitioncardandthecorrespondingprocess.Inthispaper,thepopularvirtualinstrumenttechnologytobuilddataacquisitionsystem,whichisbasedonsensortechnologyandcomputertechnologydevelopedonthebasisofmeasurementandcontrolofemergingtechnology,theflexibilitytoformthebasisofneedinlinewiththeuser-defineddataacquisitionsystem,breakingthetraditionaldataacquisitionmode,therealizationofthesoftwaretoreplaceequipment,andmorefastandagile,data-processingfunctionsonamoreflexibleanddiverse.
Inthispaper,foraPCIBusVirtualInstrumentcollectionprogram,whichischaracterizedbytheadoptionofdataacquisitioncards,aswellastheformationofvirtualinstrumentsoftwarewiththedataacquisitionsystemofstandardsfordatasignalscollection,analysis.Inthispaper,astheguidingideology,thecompositionofasuitableprogram,themainworkisbasedonNIcompanyPCI-6221dataacquisitioncardforthehardwaresupport,LabVIEWsoftwaredevelopmentplatform,throughexperimentalsimulationtestsinordertoachievereal-timedataacquisition,datashow,datastorage,on-linemonitoringandplaybackofhistoricaldataandanalysisfunctions.Testedindicatedthatthermocouple,SCC-68JunctionBox,SCC-TC02ThermocoupleprocessingmoduleandthePCI-6221dataacquisitioncardbybuildingadataacquisitionhardwaresystem,enablingreal-timeacquisitionofthetemperatureoftheacquisitionprocesschangesinthecorrespondingadjustment,whichreflectsthecharacteristicsofvirtualinstrumenttechnologyandadvantages.Confirmedinthisarticleusedthetheoryandmethodsofdatacollectionisfeasible.
Keywords：
Virtualinstrument；DAQ；LabVIEW；PCI-6221；SCC-68；SCC-TC02
摘要I
AbstractII
第一章绪论1
1.1研究目的及意义1
1.2国内外研究现状1
1.3本文研究的主要内容3
第二章数据采集方案设计4
2.1虚拟仪器组成4
2.1.1高效的软件4
2.1.2模块化的I/O硬件5
2.1.3用于集成的软硬件平台5
2.2虚拟仪器的特点6
2.2.1性能高6
2.2.2可扩展性强6
2.2.3无缝集成6
2.3虚拟仪器的发展前景7
2.4虚拟仪器软件介绍7
2.4.1可视化编程工具7
2.4.2LabWindows/CVI8
2.4.3LabVIEW8
第三章数据采集硬件设计10
3.1数据采集卡10
3.1.1数据采集卡的选用10
3.1.2PCI-6221型数据采集卡12
3.2传感器的选择12
3.3信号调理模块14
3.4接线盒15
3.5NI-DAQ安装16
3.6DAQmx介绍18
第四章数据采集软件设计20
4.1软件总体设计20
4.2主程序20
4.2.1主程序框架20
4.2.2主程序前面板22
4.2.3主程序后面板24
4.3子程序25
4.3.1采集子程序25
4.3.2查询子程序26
4.3.3存储子程序27
4.4数据处理28
4.4.1滤波功能选择28
4.4.2调用数字滤波器子程序的几个基本问题31
4.4.3滤波器的选用32
4.4.4越限报警33
4.5LabVIEW数据库33
4.5.1LabVIEW中数据库的访问33
4.5.2利用ADO技术访问数据库34
4.6Access数据库36
4.6.1在Access中建立一个数据库36
4.6.2建立与数据库的连接37
第五章系统调试38
5.1调试方法38
5.2调试过程38
5.2.1检查采集是否正常38
5.2.2检查数据库建表、记录和查询功能39
5.2.3检查参数设置和存储设置功能40
总结41
参考文献42
附录A：
程序前面板43
附录B：
程序总图44
致谢45
第一章绪论
一.1研究目的及意义
基于PC的数据采集系统是利用数据采集板卡和计算机的强大的数据处理能力和对数据进行采集、处理和显示的过程。
在自动化过程中，数据的在线采集是实现自动控制的第一步，现在大多工厂的设备进行数据采集还是基于人工检测或机械仪表测量，存在很大的误差，而且实时性不强，不利于后续的准确控制，这就要求能够有一种方便、经济、高效的检测手段能够实现这一过程。
基于虚拟仪器技术的数据采集手段，是随着微机和传感器技术的发展而出现新兴的测控手段之一，它主要以PC机为平台的测控技术。
LabVIEW是美国国家仪器公司（NI）推出的一种基于图形化语言的虚拟仪器开发平台，它功能强大，可以进行数据采集、数值分析、信号处理、数据表达等，NI公司的口号是“软件即仪器”，即是用软件来实现仪器的功能。
一.2国内外研究现状
现今，在实验室研究、测试和测量以及工业自动化领域中，绝大多数科研人员和工程师使用配有PCI、PXI/CompactPCI、PCMCIA、USB、IEEE1394、ISA、并行或串行接口的个人电脑（PC）采集数据。
许多应用使用插入式设备并把数据直接传送到计算机内存中，在一些其它应用中数据采集硬件和PC分离，通过并行或串行接口和PC相连。
基于PC的数据采集系统由下列部分组成：
·PC
·传感器
·信号调理
·数据采集硬件
·软件
数据采集系统所使用的计算机会极大地影响数据采集的速度，计算机的数据传送能力也会极大地影响数据采集系统的性能。
PCI、ISA和IEEE1394设备可以支持DMA和中断传送方式，而PCMCIA和USB设备只能使用中断传送方式。
数据传送方式会影响数据采集设备的数据吞吐量。
限制数据采集量的因素常常是硬盘，硬盘的访问时间和硬盘的分区会极大地降低数据采集和存储到硬盘的最大速率。
对于要求采集高频信号的系统，就需要选择配置高速硬盘PC机，从而保证有连续（非分区）的硬盘器或专用的嵌入式处理器，如数字信号处理（DSP）板卡。
为了保证硬盘的访问速度和整个程序运行的流畅性，要用专门的硬盘进行采集并且在把数据存储到磁盘时使用另一个独立的磁盘运行操作系统。
此外，对于要实时处理高频信号的应用，需要用到32位的高速处理器以及相应的协处理。
在实际生产工艺中，为了满足短期目标的同时，要根据投资所能产生的长期回报的最大值来确定选用何种操作系统和计算机平台。
随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展极其在电子测量技术与仪器上的应用，新的测试方法，新的测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经突破传统仪器的概念，电子测量仪器功能和作用己经发生了质的变化。
在这种情况下，美国国家仪器公司（NI）在20世纪80年代最早提出虚拟仪器的概念同时推出了用于虚拟仪器开发工程软件包LabVIEW是NI公司宣称“即软件就是仪器”，虚拟仪器利用现有的计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件，形成既有的普通仪器基本功能，又有一般仪器没有的特殊功能的高档低价的新型仪器，虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新方向和新潮流，对科学技术的发展和工业生产的进步将产生不可估量的影响。
一.3本文研究的主要内容
LabVIEW是“LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench”的简写，即实验室虚拟仪器工程平台，是美国NI公司推出的一种基于G语言的虚拟仪器软件开发工具，最初它是基于苹果公司的MACNITOSH微机，后来NI公司不断推出基于各种操作系统的LabVIEW版本。
正是由于LabVIEW的出现开创了仪器研究新方法——虚拟仪器。
全文分为七章：
第一章为绪论，主要说明选题的意义和目的、国内外的相关研究情况。
第二章为虚拟仪器技术，了解虚拟仪器的概念及其特点。
第三章为系统的总体方案设计，制定出相应的采集技术方案，并对系统的硬件组成进行解释说明等。
第四章为讲述系统的软件开发部分。
对数据库的基本知识，数据库的操作进行了介绍。
第五章叙述了对系统进行测试的过程，以检验系统是否达到设计的要求。
最后为总结部分，对本次设计的内容和方式作一个总结概括性的结论，并提出还需要努力完善的部分。
第二章数据采集方案设计
数据采集方式方法有很多种，如传统的仪器仪表、MATLAB数据采集工具、单片机、虚拟仪器等等，考虑到本设计的需要和各种方案的特点，本设计将采用虚拟仪器进行数据采集和处理。
二.1虚拟仪器组成
虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。
灵活高效的软件能帮助用户创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。
这也正是虚拟仪器厂商近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。
只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成性这四大优势。
虚拟仪器技术的由三大组成部分：
高效的软件、模块化的I/O硬件、用于集成的软硬件平台。
二.1.1高效的软件
软件是虚拟仪器技术中最重要的部份，使用正确的软件工具并通过设计或调用特定的程序模块，工程师和科学家们可以高效地创建自己的任务以及友好的人机交互界面。
NI公司提供的行业标准图形化编程软件—LabVIEW，不仅能轻松方便地完成与各种软硬件的连接，更能提供强大的后续数据处理能力，设置数据处理、转换、存储的方式，并将结果显示给用户。
此外，NI提供了更多交互式的测量工具和更高层的系统管理软件工具，例如连接设计与测试的交互式软件SignalExpress、用于传统C语言的LabWindows/CVI、针对微软VisualSutdio的MeasuremnetStudio等等，均可满足用户对高性能应用的需求。
有了功能强大的软件，就可以在仪器中创建智能性和决策功能，从而发挥虚拟仪器技术在测试应用中的强大优势。
二.1.2模块化的I/O硬件
面对如今日益复杂的测试测量应用，虚拟仪器厂商提供了全方位的软硬件的解决方案。
无论是使用PCI，PXI，PCMCAI，USB或者是1394总线，都能提供相应的模块化的硬件产品，产品种类从数据采集、信号调理、声音和振动测量、视觉、运动、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等工业通讯，应有尽有。
高性能的硬件产品结合灵活的开发软件，可以为负责测试和设计工作的工程师们创建完全自定义的测量系统，满足各种独特的应用要求。
目前，NI公司己经达到了每2个工作日推出一款硬件产品的速度，大大拓宽了用户的选择面：
例如NI新近推出的新一代数据采集设备—先期推出的20款M系列DAQ卡，就为数据采集领域设定了全新的标准。
二.1.3用于集成的软硬件平台
NI首先提出的专为测试任务设计的PXI硬件平台，已经成为当今测试、测量和自动化应用的标准平台，它的开放式构架、灵活性和PC技术的成本优势为测量和自动化行业带来了一场翻天覆地的改革。
由NI发起的PXI系统联盟现已吸引了68家厂商，联盟属下的产品数量也已激增至数千种。
PXI作为一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台，内建有高端的定时和触发总线，还配以各类模块化的I/O硬件和相应的测试测量开发软件，用户就可以建立完全自定义的测试测量解决方案。
无论是面对简单的数据采集应用，还是高端的混合信号同步采集，借助PXI高性能的硬件平台，都能应付自如。
这就是虚拟仪器技术的无可比拟的优势。
二.2虚拟仪器的特点
虚拟仪器具有以下几个基本特点：
性能高、可扩展性强、无缝集成。
二.2.1性能高
虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用
的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能卓越的处理器和文件I/O，方便用户在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。
此外，不断发展的因特网和越来越方便快捷的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。
二.2.2可扩展性强
NI的软硬件工具使得工程师和科学家们不再局限于当前的技术中。
得益于NI软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统。
在利用最新科技的时候，用户可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。
开发时间少，在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。
NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使用户轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。
二.2.3无缝集成
虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。
随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。
NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。
二.3虚拟仪器的发展前景
虚拟仪器依靠其自身的优势使它在仪器市场的竞争力不断增强，许多大型仪器公司均在虚拟仪器市场占有一席之地，1988年国际上开始有虚拟仪器产品面市，当时只有五家制造商推出30种产品，此后，虚拟仪器产品每年成倍增加，到1994年底，虚拟仪器制造厂已达95家工生产1000多种虚拟仪器产品，销售额达293亿美元，占整个仪器销售额73亿的4%。
目前，我国正处于科学技术蓬勃发展的新时期，对虚拟设备的需求量将更大。
虚拟仪器赖以生存的PC机正以迅猛的势头席卷全国，这为虚拟仪器的发展奠定了基础。
虚拟仪器作为传统仪器的替代品，市场容量巨大。
据统计，1995年我国进口电子测量仪器73.5万台，价值32亿美元，据专家预测，到本世纪初十年我国将有50%的仪器为虚拟仪器。
二.4虚拟仪器软件介绍
虚拟仪器软件由两部分构成，即应用程序和I/O接口仪器驱动程序。
虚拟仪器应用实现虚拟仪器面板功能并定义测试功能的流程图。
I/O接口驱动程序完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。
构造一个虚拟仪器系统时，在基本硬件确定后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。
软件是虚拟仪器系统的关键，对提高计算机软件编程的效率意义重大。
虚拟仪器系统的软件主要分为4层：
系统管理层、测控程序层、仪器驱动层和I/O接口层。
作为开发虚拟仪器软件的工具平台，必须使设计出的以上软件层具有鲜明的“既调既用”特征，并且确保用户能用以完成整个系统中所有软件部分的开发。
目前比较流行的软件开发平台有：
可视化编程工具、LabWindows/CVI、LabVIEW。
二.4.1可视化编程工具
VisualC++是一种功能齐全的面向对象的开发工具，可直接对硬件操作，支持多任务多线程。
VisualC++不仅是C语言的集成开发环境，而且与Win32紧密相连，所以，利用Visua1C++开发系统可以完成各种各样应用程序的开发，从底层软件直到上层直接面向用户的软件都可以用VisualC++来完成开发。
二.4.2LabWindows/CVI
LabWindws/CVI是ANSIC的、交互式C语言集成发平台。
最新4.0版本的具有以主要特点：
（1）基于ANSIC，不用学复杂的C++即可实现编程；
（2）同标准兼容，可实现32位用户库、目标模块、DLL的相互调用；
（3）可直接生成32位DLL，生成的DLL也可被LabVIEW直接调用；
（4）提供各种灵巧方便的界面生成、编程、调试工具，使得编程、调试轻松自如；
（5）提供丰富的数值分析、数字信号处理函数库；
（6）提供GPBI、VXI、RS232、数据采集板卡以及网络连接功能；
（7）可免费获得数百种源码组GPIB、VXI、RS232仪器驱动程序；
二.4.3LabVIEW
LabVIEW是一个开放式的虚拟仪器开发系统应用软件，它为设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境，利用它设计者可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统或数据采集系统，并任意构造自己的仪器面板，而无需进行任何烦琐的计算机代码的编写，从而可以大
升级会员 