论文总字数：16753字

目 录

1绪论 1

1.1背景 1

1.2国内外技术现状 1

1.3数据采集技术的介绍 1

1.4数据采集系统的构成 2

1.5虚拟仪器的介绍 3

1.5.1虚拟仪器的概念与特点 3

1.5.2虚拟仪器的优势 3

1.5.3虚拟仪器的组成原理 4

1.6 LabVIEW的开发环境 5

2设计思路及系统流程 5

3各部分软件程序设计 7

3.1前面板的设计 7

3.2整体程序框图的设计 9

3.3超声信号的采集 11

3.4.输入信号的调制处理 12

3.5生成信号的调制处理 13

3.6信号的滤波处理 13

3.7频谱分析 15

3.8信号存储部分设计 18

3.9AM正弦调制 19

3.10条件结构与For循环 20

4小结 21

参考文献 22

致谢 23

基于LabVIEW的数据采集系统研究

刘清华

，China

Abstract：Virtual instrument is derived from the traditional instrument on the basis of the progress of computer technology. It is a kind of instrument measurement technology. Through the combination of computer and instrument, the measurement of instrument is more convenient, It has a good future.The virtual instrument can be defined by the user's custom function mode. It will no longer be like the traditional instrument, which is limited by the manufacturer. It can make the user free to form the program module and realize the signal acquisition and processing that the user wants. Its cost is much lower than the traditional instrument, and its maintenance is quite easy, and the function is very comprehensive. It can cover the data processing and display that the user wants like the traditional instrument. The design and Realization of the ultrasonic signal acquisition system based on Labview mainly divided into three modules. The first module is the input and modulation of the ultrasonic signals collected. The main is to use the sinusoidal AM modulation method. The second module is the occurrence and modulation of the analog ultrasonic signal, mainly using the signal analog board of the LabVIEW. To realize the block, the third module is to collect ultrasonic signals by data acquisition card, mainly using DAQ data acquisition program and NI USB-6210 data acquisition card to achieve data acquisition. By setting the center frequency, amplitude phase and other parameters of the signal, data acquisition and processing of ultrasonic signal can be realized.

Key words：Virtual instrument；Labview；Data acquisition

1绪论

1.1背景

在军工，物理，生物，化学，电信，电子，医疗和其他测量和控制领域，作为数字信号处理的最早研究之一，计算机技术和智能仪器，数据采集和处理技术的发展日益深入，被广泛使用。然而当今的测控领域还有很多问题:一是成本太高；二是系统太大，所需要的投资保护越来越多。在这些挑战面前，标准化的硬件平台成为用户的最佳选择。降低成本需要硬件的标准化，但能提供的作用很有限，在这种情况下，人们就需要能够缩短开发周期的虚拟仪器来帮助，虚拟仪器可以使程序多次使用，这样的话，使用者的成本就会被大大的降低。

labview能够被大家广泛接受的原因是因为它能够借助虚拟面板界面和方框图简单有效的为使用者的图形程序设计提供帮助。

labview具有很全面很强大的功能，通常实验室要用到的函数数值运算以及数据的采集和分析等使用者都可以用labview来帮助完成。它能帮使用者进行数据的采集以及数据的分析，它还能帮使用者进行信号的生成及处理，界面也比较容易让人接受，在实验室里面常见的开关，旋钮，波形图等在labview里都有。最重要的是，labview不需要使用者有太多的编程经验，只需要使用者调用面板和方框图即可完成需要的编程，因此使用者可以节省很多的时间和精力，传统的编程语言需要使用者逐行逐列的执行，但labview不需要这样，只要使用者完成想要的方块图，使用者就可以进行多个程序同时执行。

labview为使用者提供了丰富的与数据采集相关的软件，因此，使用者需要的大多数测量物理量的数据都可以用labview来实现，为计算机测量提供了极大的帮助。使用者要进行数据测量首先要进行数据的采集，可以通过传感器把需要的物理信号转换为电压电流信号，借助数据采集卡传入电脑端，然后用labview进行数据的分析和处理。

1.2国内外技术现状

虚拟仪器可以帮助使用者节省大量的精力和财力，因为它可以用软件代替硬件设备，因此，虚拟仪器的发展前景很好。在国外，虚拟仪器已经在很快的发展起来，国内也已经引起重视，很多高校已经创建了虚拟仪器实验室，开设了虚拟仪器的课程。现在，虚拟仪器已经在生物丶化学丶物理丶军事丶航天丶电子电器等诸多领域中发挥着不可磨灭的作用。虚拟仪器数据采集系统一直是当今数据采集系统发展的重要方向，该策略设计了一种基于虚拟仪器技术的多通道数据采集系统，实时识别多通道信号的采集，实时显示，记录，分析和处理实验数据，虚拟仪器的出现是设备开发史上的一次革命，引领了设备开发的新潮流，是信息技术不断发展不可或缺的一块，对于科学技术的发展和工业生产的进步，起到了至关重要的作用。

1.3数据采集技术的介绍

数据采集就是将被测物理量亦或是生物量丶化学量（例如温度，水位，压力，风速等）通过传感器和变送器进行所需的变换后，进行采样/保持，调理，量化，编码，传输，调理等操作，将转换后的数据进行三步处理，首先要进行数据的处理，然后是数据的存储，最后是数据的记录，这些都是由处理器完成的，经过这些步骤之后把数据显示出来。数据采集是计算机取得原始数据的基本手段。用于采集数据的设备我们叫做数据采集系统。

计算机可以通过模拟量抑或是开关量输入通道对生产过程中的关键变量进行采样，通过模数的转换将其导入到计算机中，利用计算机对采集过程中的大量参数进行检测丶数据处理和数据分析丶数据记录以及报警等。通过对大量生产过程中产生的参数的积累和实时分析，我们就可以对生产过程进行各种趋势分析和评估，这样一来，就可以优化使用者的生产，提高生产效益，为生产安全提供一定的保障。

计算机技术，网络技术日渐的成熟，仪表总线技术也在日益的更新换代。使得数据采集系统的技术水平也不断的提高。应用采集系统在科学研究中野发挥着很大的作用，是研究瞬间物理过程的好帮手。

采集传感器输出的模拟信号并将其装换成计算机能够识别的数字信号，然后将数字信号再传送回计算机，让计算机来帮助使用者进行数字信号的处理，最终来获取使用者需要的数据，这就是数据采集系统能够帮助我们完成的。数据采集系统的精度和速度决定了它的性能好坏。在保持精度的情况下，要尽可能的提高采样速度，来满足实时采集和实时处理。

1.4数据采集系统的构成

数据采集系统的基本构成：被测对象，信号调理，多功能数据采集卡，数据分析丶数据处理丶数据存储，虚拟仪器面板（用来显示数据）。

（1）信号调节

信号调节部分有很多小的部分组成，其中最常用到的有三个方面，一是信号的放大，二是信号的滤波处理，三是阻抗的变换。完成这些调节可以让我们所需要的信号进行模数的变换。

（2）多路切换

多路切换可以帮助使用者提高多条通道信号转化效率。在很多条通道信号一起输入的情况下，用户把转换器重复使用，可以加快对多条通道模拟信号的处理。在大多数情况下，针对那些信号要求数据的精度要高但信号变化的很慢的系统，用户可以用到继电器来完成这一工作。而对于那些要求数据的精度不是很高但信号变化的很快的系统，用户可以用模拟出来的电子开关来完成这一工作。

（3）采样／保持

当用户采集模拟信号然后将模拟信号转化为用户所需要的信号时，要保持信号的稳定性，因此，需要通过加入保持电路来维持信号的稳定。当前的转换芯片都会有保持电路，所以不需要用户花费时间进行设计。

（4）模拟／数字转换

就是将模拟出来的信号转换为用户需要的数字信号，要用到模拟／数字转换器帮助用户进行信号的转换。

（5）数据采集过程

设置创建任务（VI），将之与调用的虚拟通道（VI）用连线连接，然后设置采集通道，设置一个采样时钟来设置我们的采样频率和每通道的采样数，并创建所需的缓冲区，建立一个开始任务（VI）来控制程序的执行，这样，一个DAQ数据采集模块就完成了。连接数据采集卡即可完成数据的采集。

（6）采样定理

采样时要想保持信号保真，必须要使采样频率大于实际信号频率的两倍。理论上这样波形就不会产生混乱，但在实际运用中，用户要想保持信号的不失真，采样频率我们要选择高于信号最高频率的十倍以上，这样才能基本还原原信号波形。除此以外，用户还要根据实际情况来增加采样长度，这样就可以使频谱分析的分辨率大大的提高。所以，要以实际的情况来定采样频率和采样点。

1.5虚拟仪器的介绍

1.5.1虚拟仪器的概念与特点

虚拟仪器（简称VI）是一种通用计算平台，在这个平台上，用户可以按照自己的实际需要来完成程序的设计，从而达到自己想要的功能，以便用户操作仪器空间。当今科学水平飞速发展，计算机技术也在日渐的完善，传统的仪器仪表与计算机进行结合使用的效率比单一的传统仪器相比，拥有了更多的功能；用户可以再计算机平台上，根据自己想要的设计功能来自定义所需的虚拟仪器系统。简单的说，虚拟仪器就是由用户调用一些软件编程技术跟基本硬件相组合而成的仪器系统。虚拟仪器系统有如下几个特征：

1、软件是虚拟仪器的关键。虚拟仪器的软件部分可以帮助我们完成很多功能，比如说小波分析，滤波处理，波形还原等都是要靠软件来实现。

2、虚拟仪器的性价比传统仪器要高跟多。首先，它能够完成对多个参数同时进行测量，而且效率很高，更为优秀的是，因为信号传送了出具处理大多都是利用数字信号来完成的，所以误差会很小。另外，使用者也可以根据自己想要的功能随时调整程序的各种参数来完成所需的测量，因此可以大大的节省时间。其次，利用虚拟仪器还能将测试系统的硬件部分大基本去除掉，因此使用者就可以省去很多的开发成本，维护成本。

3、虚拟仪器可以让使用者更直观明了。

4、虚拟仪器可以和其他设备互相连接。不仅如此，它还可以接入网络，如IN-TRANET等，用来远程监测现场的生产。虚拟仪器在很多方面是传统仪器比不了的。因此在很多领域都可以用到虚拟仪器来取代传统的仪器作为使用者的首选。

1.5.2虚拟仪器的优势

虚拟仪器在很多方面是传统仪器比不了的，它具有很大的优势：传统仪器只能由仪器商定义仪器功能，而虚拟仪器可以由用户自定义功能；传统仪器很难做到完美的与各类仪器进行连接，而虚拟仪器适用于网络外设和各类仪器；传统仪器显示界面不人性化，人工无法大量读取数据，而虚拟仪器显示界面直观，可以用计算机进行读取和分析数据；传统仪器数据单一死板，而虚拟仪器的数据可进行灵活编辑；传统仪器成本高丶性能单一，固定，技术老化，性价比低，而虚拟仪器成本比较低，性能灵活，可根据需要自定义，技术跟得上需求，节省时间，性价比高。

1.5.3虚拟仪器的组成原理

当前最先进的科学技术成果都可以在虚拟仪器中运用，它把硬件部分和软件部分充分结合起来。

（1）虚拟仪器的硬件部分

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