摘 要：为了减小数据采集系统的开发成本，提高开发效率，基于LabVIEW虚拟仪器开发工具研究并设计了一种数据采集系统。该系统能定时采集数据，并对数据进行保存和分析处理。系统硬件部分使用PCI数据采集卡实现，软件部分采用模块化和层次化的思想，由上至下设计LabVIEW程序。实验仿真结果表明基于LabVIEW的数据采集系统能够有效地对数据进行采集以及分析处理，验证了系统的有效性。
关键词：LabVIEW；数据采集系统；设计；实现
0 引 言
随着计算机技术和智能仪器仪表的深入发展，数据采集处理技术作为数字信号处理的前期工作之一，被广泛应用于军事、工业、通信、消费电子、医疗等测控领域。然而当今的测控领域面临三大挑战：测控成本不断增加；测控系统越来越庞杂；对测控投资的保护要求越来越强烈。面对这些挑战，用户最可能的做法是选用标准化硬件平台。硬件的标准化可以部分降低测试成本，但作用是非常有限的，而使用虚拟仪器则可以大大缩短用户软件的开发周期，增加程序的可复用性，从而降低测控成本，而且由于虚拟仪器是基于模块化软件标准的开发系统，用户可以选择最合适于其应用要求的任何测试硬件。
而 LabVIEW 作为第一个借助于虚拟面板用户界面和方框图建立虚拟仪器的图形程序设计系统，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被视为一个标准的数据采集仪器和仪器控制软件2 。本文基于LabVIEW 开发工具，研究设计了一套数据采集系统，实现了包括数据采集、数据分析与数据处理，并通过仿真验证了系统的功能。
1 基于LabVIEW数据采集系统整体架构
基于LabVIEW的数据采集系统，如图1所示，由硬件部分和软件部分组成。数据采集硬件有多种形式，可根据具体应用场合选择相应的硬件资源。硬件驱动程序为LabVIEW中的数据采集硬件驱动程序，通过操作命令完成与硬件之间的数据传递。用户可以通过驱动程序的用户接口 Measurement&Automntion Explorer对硬件进行各种必要的设置与测试。LabVIEW 的数据采集 VI 按 Measurement&Automntion Explore 中的设置采集数据，并进行相应的数据分析与处理。
1.1 系统硬件设计
由于PCI总线具有系统稳定、多任务DAQ应用的总线管理能力以及传输速率高、CPU占用率小等优点，因此本文采用插卡式低价位数据采集卡PCI-6013作为数据采集系统的硬件资源3 。PCI-6013具有16路单端/8 路差分模拟输入，采样率可达 200K/V，转换精度为16位，输入范围可从（±0. 5）~（±10）V，具有8条（5V/TTL 1.2 ）数字 系统软件设计 I /O线，两个2位计数器/定时器。
1.2 系统软件设计
系统的软件设计是整个数据采集系统的核心，也是系统主要组成部分。系统的软件设计采用模块化和层次化思想，由上至下的设计方法，根据系统的总体要求和性能参数，将系统划分为各个功能模块，如：采集、数据分析、显示等，再将各个模块逐步划分为更小的子模块。这样分层次模块化程序结构不但增加了程序的可维护性，也增加了程序的可读性，使程序流程图更加清晰明了，同时也避免了大量的重复编程工作。基于LabVIEW的数据采集系统软件部分功能模块框图，如图2所示。
由图 2 可知，软件部分主要由信号获取、数据处理、数据保存、数据分析以及数据显示模块组成，能够完成测试系统中常用任务。其中，信号的产生利用LabVIEW中的信号发生函数库实现，通过等时间间隔取函数值，从而获得离散时间序列信号。数据采集部分主要利用 LabVIEW 中 Acquisition 子模板。由于LabVIEW提供的各种图形化驱动程序，使用者不必熟悉PCI计算机总线就可以驱动上述各种总线的I/O接口设备，实现对被测信号的输入、数据采集、放大、模/数转换，进而供计算机进一步分析处理。数据处理部分主要完成对采集信号的加窗、滤波功能，加窗是为了减少频谱泄露，滤波是为了从信号中提取期望的值。
数据分析主要是利用 LabVIEW中丰富的信号分析函数库实现，主要包括对数据的时域分析和频域分析。 其中，时域分析主要包括自相关分析、波峰检测等；频域分析主要包括幅值谱、相位分析。
2 数据采集系统的实现与验证
本文通过将仿真信号与实测信号进行比较验证该数据采集系统功能的正确性，比较结果，如图3所示。其中，实测信号的数据来源为F20型信号发生器产生的频率为1 000 Hz、幅值为10 V的正弦波，设置采样频率为10 kHz、采样数为1 024，通过PCI-6013将正弦波信号传输给LabVIEW；仿真信号得数据源为LabVIEW自带的信号发生器产生的正弦波，其频率、幅值、相位都与F20型信号发生器产生的波形相同。从图 3 中可以看出，数据系统采集到的信号和LabVIEW信号发生器产生的信号，通过巴特沃斯低通滤波器后的采集波形和直接产生的波形相吻合。可见，本文提出的数据采集系统的有效性和正确性。
3 结 论
虚拟仪器技术是计算机测试控制领域的前沿技术，将虚拟仪器技术应用于测试相关的教学和工程实
践领域是近年来研究热点。
本文在参考大量应用实例的基础上，利用虚拟仪器LabVIEW开发平台，完成了数据采集系统的研究与设计，主要功能包括数据采集、数据分析以及数据处理。其中，系统的硬件部分利用插卡式数据采集卡PCI-6013实现，软件部分通过编写LabVIEW程序模块实现。实验结果表明，本文数据采集系统的正确性和有效性得到了验证，系统的设计与实现为今后工程实践和教学提供了一定的技术储备。