测量仪表设计关键之数据采集（一）

数据采集是从传感器和其他待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集各种参量（物理、化学、生物量等）信息的过程。数据采集操作的结果直接影响后续数据处理、分析，数据采集功能模块利用NI-Scope函数进行数据采集，为了让数据采集设备在后台连续采集数据并送入缓存区，首先，初次安装好NI PCI-5124数据采集卡和驱动程序以后，计算机将自动设置其I／O地址和中断号，并分配内存资源，打通LabVIEW程序和底层驱动NI-Scope的通道。其次，在程序界面设置采样频率、采集通道、数据存储方式并启动程序实时采集。由于需要触发某事件后（例如点击"运行采集"按钮）进行采集，本设计采用可编程扫描和当前软件触发采集模式：采集启动后，下层NI-Scope驱动程序独立控制硬件高速数字化仪PCI-5124进行数据采集，并将采集结果利用流盘存储方式跳过采集卡的缓冲区直接读取到应用软件的计算机硬盘中，处理数据。数据采集波形如图3所示，该模块完成连续数据采集，实时显示信号并刷新。

　　2．3 数据存储回放模块

　　数据存储功能模块由文件的类型簇、数据文件存储路径、TDMS Dialog函数、open TDMS函数、write TDMS函数、close TDMS函数以及error函数组成，本程序中调用openTDMS函数打开TDMS文件，当运行至此时，数据会依据原先设置的存储路径和类型将数据持续写入指定计算机文件中。由于本设计要存储海量数据，因此采用基于流盘技术的存储方式。流盘是一项在进行多次写操作时保持文件打开的技术，即持续从或者向存储器（Memory）中传输数据。存储器可以是设备的板上缓存（Onboard Memory）、控制器上的RAM或计算机上的硬盘，本设计使用"文件I／O函数"设计合理的流盘存储基本架构。

　　回放是为了使用户存实时采集存储和数据分析测量结束后，还可以在需要时重新观察和深入分析所采集的数据。数据回放功能程序运行至open TDMS函数时，将运行连接至open（只读），即可打开对应的数据存盘文件，采集到的波形数据按照带索引的二进制TDMS文件形式存放于计算机硬盘中。在选择波形回放时，后台程序首先要确定波形数据中数组元素所对应的采样时刻，当选择同放按钮时，给定的初始运行时间会与待同放的波形数据的第1个元素所对应的时刻进行比较，从而确定待回放数据的第1个数据元素的时刻，从此开始回放数据波形，直到用户发出停止指令。整个文件完全是Windows系统文件，大大提高存储和释放的速率，加快数据处理速度，回放波形如图4所示。

　　2．4 数据分析模块

　　数据分析主要包括测量信号参量、幅度相位谱和功率谱。时域分析是一种直接在时问域中对系统进行分析的方法，具有直观、准确的优点，可以提供数据采集系统时间响应所需的全部信息。本系统主要是标定所采集信号的周期、平均值、周期均方根、有效值以及频率等，实时了解信号各种参数。

　　数据报表打印主要是将所采集信号的原始波形和回放波形以图片格式传递至打印样式子VI，并设置该子VI，使得程序需要打印时，就可通过调用该子VI打开前面板的采集波形和回放波形，显示报表内容并进行打印预览。

　　3 结论

　　进行系统实验测试时，使用主频为1．8l GHz、处理器为64位，512 M内存的PC；采样速率为20MByte／s的高速数字化仪PCI-5124，实现长达30 min的连续数据采集和海量数据存储。利用虚拟仪器LabVIEW和高速数字化仪PCI-5124开发的长时间连续采集存储系统完成了信号实时的采集、显示、存储以及对采集历史数据进行回放的功能。

　　与传统数据采集仪器相比，该系统具有性价比高、开发时间短、通用性强、数据处理准确简单、可移植性强（可以将VC、C、MATLAB等程序进行递归调用）、人性化界面设计、易于操作等优点，LabVIEW简单的编写语言和易于编写的控制，控件，简化了编程过程，用户无需掌握数据采集卡的硬件知识，只需了解和掌握其驱动程序的功能，就能利用LabVIEW进行数据程序的开发和运用，这将成为未来数据采集发展的趋势。