X系列用于采集、分析及数据记录的实现

 

　　用于采集、记录、分析数据的各种方法和装 工程师经常需要在长的时间周期内监视一些信号，然后绘制图表和分析所得到的数据。 许多应用都需要监视、记录和分析数据，如产品开发的设计验证阶段，环境试验箱监视，元件检验，工作台测试和工艺流程的错误查找。 数据采集的可选方法数据采集技术在过去的30 年到40 年中取得了长足的进步。例如在40 年前的普通大学实验室中，跟踪温度的装置放在钠钨青铜的坩锅中，装置包括热偶、电桥、检查表、纸和笔。今天的大学生则是采用自动化的测量仪器，在PC 上分析数据。今天有许多种采集数据的可选方法。选择决定于一些因素，包括任务的复杂程度，要求的速度和，以及所需要的文档。

　　您可以通过X系列数据采集（DAQ）设备采集各种各样的数据，包括各类模拟或数字信号。这些设备得益于现代PCI Express及PXI Express总线，具有低延时、高吞吐量的测量及输出特性。X系列设备包括易用的NI-DAQmx驱动软件，还提供的LabVIEW SignalExpress LE基础版数据记录软件。您可以通过NI LabVIEW图形化开发环境，轻松地在应用程序中添加更多分析功能以及创建自定义的用户界面。

　　LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显着区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。

　　常用的数据采集设备特性是模拟输入，借助丰富的传感器我们可以测量包括温度、应力、加速度等信号。常见的一种测量是使用压力传感器将压力变化转化为电压的变化，通常范围在0至10 V.您可以通过NI-DAQmx轻松地将原始数据转化到工程单位，如帕斯卡或磅每平方英寸等。X系列提供了用于连接传感器的接线盒，其中包括了常见的BNC连接或螺栓端子连接等。

　　信号的快速验证可通过测量及自动化管理器（MAX）中的测试面板来完成，它会与NI-DAQmx一同安装。通过测试面板，您可以验证信号是否连接正确，实时显示信号大小，并测试DAQ设备的各项功能。 在下图的这个例子中，您能够通过改变设置来检查模拟输入，并确认接受信号的完整性。

图1. 您可以通过MAX测试面板来检查模拟输入。

　　编程

　　更多的自定义分析、显示及数据记录，您可以使用LabVIEW来完成。在LabVIEW中创建软件定义的虚拟仪器只需通过两个主要步骤：

　　在程序框图中定义所需的功能

　　在前面板上创建用户界面

　　您可以通过启动LabVIEW,并打开空白VI来创建新的LabVIEW程序。

 

图2. 使用空白LabVIEW虚拟仪器(VI)来创建新的LabVIEW程序。

　　您可以在白色窗口（程序框图）中拖曳DAQ助手，它是一个针对NI-DAQmx设备的配置向导。

图3. DAQ 助手是NI-DAQmx设备的配置向导。

　　DAQ 助手提供实现常见测量类型的具体步骤指导。

 

图4. DAQ 助手与电压选择。

　　完成测量类型（上例中为电压）及NI-DAQmx设备的选择后，终配置窗口提供了电压测量任务所需的所有参数。

        

图5. 通过DAQ 助手分配所有电压测量任务配置参数。

　　从DAQ 助手获得的测量数据可与图形输出控件连接，并显示在前面板上。至此，虚拟仪器的基本功能已经完成，点击运行箭头后将在图表中显示测量的结果。

  
 

图6. 基本虚拟仪器显示仿真的数据。

　　通过各类内置控件，您还可以在这些函数周围添加更多的逻辑功能，如实现只有在点击了前面板按钮时才启动数据记录。您可以轻松自定义前面板，创建适合数据显示风格及习惯的用户界面，并提供的可操控度。

　　添加分析及数据记录功能

　　您可以通过添加函数在您的虚拟仪器中集成信号处理及分析功能。例如，通过信号分析选板添加频谱测量函数。类似DAQ 助手，当频谱测量函数被拖曳至框图中时，同样会打开一个配置窗口。结果配置窗口如图7所示。仪器中集成信号处理及分析功能。例如，通过信号分析选板添加频谱测量函数。类似DAQ 助手，当频谱测量函数被拖曳至框图中时，同样会打开一个配置窗口。结果配置窗口如图7所示。

 

图7. 频谱测量函数打开的配置窗口。

　　您可以在原始信号边上绘制经过分析的信号。此外，您可以通过分支连接不同VI来实现各种类型的处理。LabVIEW在执行应用程序时将地发挥多线程处理器的优势。

 

图8. 这是一个包含仿真信号功率谱的新建VI。

　　处理数据的实时显示很有用处，但同时往往需要将结果数据保存到磁盘，以便用于后续分析或生成。LabVIEW提供了多个保存数据的选项，其中包括写入测量文件函数，如图10所示。

图9. 通过写入测量文件函数将测量数据保存至磁盘。

 

　　存储在磁盘上存储的数据，仅当其可以做到按需访问以及正确解读时才有价值。往往在数据保存时，数据本身没有描述性的属性，且格式不统一，并分布在不同的计算机上，这样使得我们很难找到所需的数据集并从中获得需要的结果。然而，您可以通过选择合适的文件类型及存储介质来确保正确的数据存储，不但能符合您的应用程序需求，同时节省成本及时间。

　　对于基本的。csv或。txt文件，可以通过常见的文字处理及电子数据表格软件来进行读取，提供快速的小规模数据集访问及简单数据的显示，使用LabVIEW可以轻松地做到这一切。然而这种方法使得数据检索变得更困难，且增加了数据丢失的风险性。

　　对于连续高速多通道测量的数据采集应用，TDM流 （TDMS）能够提供的性能。您可以在数据挖掘工具中加载TDMS文件，如NI DIAdem,或常见的电子数据表格应用程序如Excel以及OpenOffice,从而实现数据的共享。