《数据采集与分析技术》课件第11章.pptx

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1、第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第 11 章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析11.1 11.1 LabVIEWLabVIEW 简简介介11.2 11.2 使用使用 LabVIEWLabVIEW 进行数据采集实例进行数据采集实例第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析11.1 LabVIEW 简介简介LabVIEW 是由美国国家仪器(NationalInstruments,NI)公司开发的、优秀的商用图形化编程开发平台,是LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench 的缩写,意为实验室虚拟仪器集成环境。第11

2、章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析 LabVIEW 提供了一种图形化的编程语言,被称为 G 语言。通常把利用 LabVIEW 编写的程序称为虚拟仪器(VirtualInstrument,VI)。从 1986 年 NI 公司正式发布 LabVIEW1.0forMacintosh 到 2009 年推出最新版本 LabVIEW2009,LabVIEW 是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境。NI 公司的口号是“软件就是仪器”。根据调查,目前已有 85%的财富 500 强制造型企业正在使用 NI公司的 LabVIEW 系列软件,例如惠普、英特尔、AMD、诺基亚、西门子、本

3、田、宝洁等诸多著名国际品牌。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析11.1.1 LabVIEW 的基本特点的基本特点1.图形化编程图形化编程LabVIEW 为用户提供了一个简单易用的图形化编程环境。图 11.1 所示是一个温度监测(温度信号的数 据采集与显 示)的典型例子,展示了用LabVIEW进行编程的基本情况。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.1 用于温度监测的 LabVIEW 程序(a)LabVIEW 应用程序的前面板;第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.1 用于温度监测的 LabVIEW 程序(b)LabVIEW 应用程序的

4、程序框图第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析如图 11.1 所示,LabVIEW 应用程序的基本组成部分是虚拟仪器(VI),它由前面板(用来设计用户界面)和程序框图(用来创建图形化代码)组成,具有非常强的直观可读性。LabVIEW 使用的是 NI 公司已获专利的数据流编程模式,它能使我们从基于文本程序语言的结构形式中解脱出来。由于 LabVIEW 采用的是图形化代码,因此对于熟悉框图和流程图的用户就显得非常方便。LabVIEW 的执行顺序是由节点间的数据流而不是由文本行的顺序所 决定的,因此可以轻 松地建立程 序框图来并 行执行多个 操作,并 借助于LabVIEW 的并行特性而使

5、得多任务和多线程更易于实现。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析 2.模块化设计模块化设计LabVIEW 的 VI 是设计过程中的模块,可以单独运行或者使其成为子 VI(SubVI),对应于传统文本编程中的程序和子程序,因此,LabVIEW 具有良好的模块化和层次结构特点。LabVIEW 中有许多内置的模块,主要分为前面板中的控件模块(Controls)(如图 11.2所示)和程序框图中的函数模块(Functions)(如图 11.3 所示)两类,与传统文本编程中的函数库具有功能上的相似性。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.2 前面板中的控件模块(Con

6、trols)第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.3 程序框图中的函数模块(Functions)第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析 3.高效率高效率考虑到程序的执行速度,虽然采用了图形化编程方式,但 LabVIEW 是具有编译器的编程环境,所生成的代码已经经过了优化,其执行速度完全可与编译后的 C 语言程序相媲美。因此,采用 LabVIEW 可以大大地提高开发效率而不牺牲执行速度。4.开放性开放性LabVIEW 是具有开放性的开发环境,能够方便地与第三方软件相连接,例如.net 组件、ActiveX、DLL 及广泛的网络协议等;还可以把 LabVIEW创建

7、成能够在其他软件环境中调用的独立执行程序或动态连接库文件,如 Delphi、C+Builder、VisualC+等。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析11.1.2 LabVIEW 的具体功能的具体功能LabVIEW支持多平台,可以运行在Windows95、Windows98、Windows Me、WindowsNT、Windows2000、WindowsXP 和嵌入式 NT 环境下,同时还支持 MacOS、SunSolaris 与 Linux 等操作系统。在某一平台下编写的虚拟仪器程序(VI)能够直接转移到其他的 LabVIEW 平台上,所需要做的仅仅是在新环境下重新打开它即可

8、。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析下面以 Windows 平台下的 LabVIEW 为例,简要列举其具体功能,并把那些仅仅支持Windows 的功能以“*”标识出来。NI公司提供了三种LabVIEW版本:专业版(ProfessionalDevelopmentSystem,PDS)、完全版(FullDevelopmentSystem,FDS)和 基 础 版(BasePackage,且仅针对Windows 平台提供)。目前 NI 公司还针对高校教学领域推出了没有使用时间限制的学生版,面向的是学生和教师,其功能与完整版相同,并且针对中国用户免费发放。第11章 使用 LabVIEW

9、进行数据采集与分析各个版本的其他情况,可以到 查看更为详尽的信息。表 11.1 简单地列出了各个版本中的具体功能。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析11.1.3 LabVIEW 在数据采集领域的应用在数据采集领域的应用LabVIEW 提供的最有力的特性就是图形化的编程环境。借助于 L

10、abVIEW,可以在电脑屏幕上创建出完全符合自己要求的用户界面,从而可以操作仪器程序、控制硬件、分析采集到的数据和显示结果等。到的数据和显示结果等。由于 LabVIEW 的高效率和开放性,目前已有许多第三方软硬件生产厂家在开发并维护成百上千个 LabVIEW 函数库及仪器驱动程序,以帮助用户借助于 LabVIEW 来轻松使用他们的产品。例如,凌华(Adlink)和研华(Advantech)等公司,均提供了比较丰富的LabVIEW 驱动和编程开发支持。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析从实际过程来看,测量应用程序可以被分为三个部分:连接或采集实际数据;分析数据以获取有用的信息;向

11、最终用户显示信息。而 LabVIEW 的开放式环境可以简化与任何测量硬件的连接,从而便于实现信号的采集。通过 LabVIEW,并使用 LabVIEW 仪器驱动、交互式仪器助手和内置的仪器 I/O 库,可以快速地采集来自 GPIB、串口、以太网、PXI、USB 和 VXI 等仪器的数据。当前的 LabVIEW 支持任意的测量信号:温度、压力、振动、声音、电压、电流、频率、光、电阻、脉冲、周期等。以研华(Advantech)公司的 LabVIEW 驱动为例,图 11.4 展示了安装后显示在程序框图中的 LabVIEW 函数库。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.4 研华公司

12、提供的 LabVIEW 函数库第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析11.2 使用使用 LabVIEW 进行数据采集实例进行数据采集实例11.2.1 实现数据显示实现数据显示下面介绍一个简单的信号显示的例子,以此来向读者展示 LabVIEW 编程的强大功能和易学易用性。1.创建创建 VI 程序程序首先打开 LabVIEW,经过一个欢迎画面后,可以看到图 11.5 所示的界面。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.5 LabVIEW 的主操作界面第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析然后单击“New”按钮,选择 BlankVI,则生成了一个空白的 V

13、I 程序,如图 11.6 所示。如前所述,该 VI 程序由前面板和程序框图组成,并分别有相应的内置模块显示出来,右上角则是在线帮助窗口。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.6 新建的空白 VI 程序(a)空白 VI 程序的前面板窗口;第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.6 新建的空白 VI 程序(b)空白 VI 程序的程序框图窗口第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析2.添加控件模块添加控件模块1)添加示波器在前面板的内置模块中选择“GraphInds”,单击“Chart”,再用鼠标单击前面板,可以看到,在前面板放置了一个示波器控件,

14、它在程序框图里也有相应的显示,如图 11.7所示。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.7 添加一个示波器控件的 VI 程序第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析2)添加输入信号添加输入信号在程序框图中放置一个仿真的输入信号,即选择“Input”,单击“SimulateSig”,放置到程序框图 11.8 中。此时会弹出一个对话框,从中可以详细配置这个仿真信号。这里取默认的 10Hz 正弦信号(采样频率为 1000Hz、点数为 100 点),如图 11.9 所示,以后也可以通过双击该仿真信号在程序框图中的图标来打开此对话框并进行适当配置。图 11.8 所示的是添

15、加了输入信号的程序框图,图 11.9 所示的是仿真输入信号的配置对话框。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.8 在程序框图中添加输入信号第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析3.图形化编程图形化编程在程序框图窗口中,从上面的菜单项“Windows”中选择“ShowToolsPalette”,选择连线工具,把仿真信号的输出端与示波器控件的输入端相连,如图 11.10 所示。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.10 连线第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析4.运行程序运行程序选择菜单“Operate”中的“Run”(或者工具

16、栏中的图标),即可看到前面板中的正弦信号输出,如图 11.11 所示。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.11 程序运行结果第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析5.程序改进程序改进在图 11.11 的运行结果中,只显示了一个正弦波。为了能够持续不断地产生并显示正弦波形,需要在程序框图中添加一个循环,这里选用 While 循环,并由一个“STOP”按钮控制退出。在函数面板中选择“ExecCtrl”,单击“WhileLoop”,然后拖拉并包含仿真信号、示波器控件所在的范围。单击图标,可以看到图 11.12 所示的画面(为了看得清楚,这里已经把信号改为 1Hz)

17、。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析6.讨论讨论如上所述,用 LabVIEW 非常方便地实现了一个仿真信号的显示。如果把仿真信号换成真实的采集信号,再在信号的输出端连接相应的分析模块,例如 FFT、谱分析、小波分析等,就构成了一个完整的数据采集、分析与显示系统,这里不再赘述。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.12 程序改进后的运行结果第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析11.2.2 驱动数据采集卡驱动数据采集卡下面以研华公司的数据采集卡为例,简单介绍利用 LabVIEW 进行数据采集的基本过程。可以看到,有了LabVIEW 的支持,进行数

18、据采集将会是一件非常简单和轻松的事情。数据采集卡,即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡,可以通过 USB、PCI、ISA、485、232 和以太网等各种方式接入计算机。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析1.安装硬件产品和驱动程序安装硬件产品和驱动程序首先安装数据采集卡以及驱动程序,然后分别安装 DLL 驱动和设备管理程序,如图11.13 所示。驱动程序可在研华公司赠送的驱动光盘上找到,也可从研华公司的官方网站上下载,网址是 。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.13 研华公司的 DLL 驱动程序和设备管理程序第11章 使用 LabVIEW 进行数据

19、采集与分析2.安装安装 LabVIEW 函数库函数库从数据采集卡附带的光盘上可以找到安装程序,也可以到研华公司的官方网站上下载其最新版本,名为 LabVIEW.exe。双击该程序进行安装即可,注意自己的 LabVIEW 版本和安装目录。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析3.进行配置进行配置图 11.4 已经显示了研华公司 LabVIEW 函数库的存放位置,这里只介绍硬件的配置情况。1)运行设备管理程序首先需要找到并运行设备管理程序,不妨查看“开始菜单 程序 AdvantechDeviceDriverV2.0b”,单击 AdvantechDeviceManager 快捷方式。运行

20、后界面如图 11.14 所示。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.14 研华公司的设备管理程序第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析2)添加硬件从图 11.14 中可见,对于没有(正确)安装的硬件,前面都有红色的叉号进行标识;而且研华已经自动安装了一个虚拟的数据采集卡,名为“AdvantechDEMOBoard”,可用于研华板卡编程的学习。选择该 DEMO 卡,单击“Add”按钮,则出现如图 11.15 所示的对话框,要求设置该卡的基地址。不妨采用默认的数字,不做修改。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.15 研华 DEMO 板的基地

21、址设置第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析这时可以看到图 11.16 所示的画面,表示研华的 DEMO 卡已经添加完成,可以使用了。该 DEMO 卡的基地址为 1H(十六进制表示),设备编号为 000,利用此设备编号可以对该 DEMO 卡实施相关操作。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.16 添加研华 DEMO 采集卡第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析3)硬件测试单击图 11.16 中的“Test”按钮,则可以对已经添加的卡进行测试,分别是模拟输入/输出、数字输入/输出、计数器等,显示了各个通道的配置情况,如图 11.17 所示。由于是虚拟

22、出来的数据采集卡,因而这里不做修改,采用默认的设置。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.17 研华 DEMO 卡的配置画面第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析4.利用研华利用研华 DEMO 卡构建数据采集系统卡构建数据采集系统1)创建 VI 程序首先,新建一个 VI 程序,如图 11.18 所示。在前面板上放置一个示波器控件,将来用于 显 示 所 采 集 到 的 数 据;从 研 华 的 LabVIEW 函 数 库 中 找 到 DeviceOpen.Vi、DeviceClose.Vi和 AIVoltageIn.vi三个函数,分别用于打开采集设备、关闭采集设备

23、和实施数据采集,其位置关系情况如图 11.19 所示,而程序框图中的情况则如图 11.20所示。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.18 前面板上放置示波器控件第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.19 研华 LabVIEW 函数的位置第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.20 程序框图中的各个模块第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析2)图形化编程利用连线工具,把 DeviceOpen 的输出端与AIVoltageIn的输入端相连,再把 AIVoltageIn的输出端与 DeviceClose 的输入端相连。注意

24、两个模块相连时,不仅要把需要传递的参数 DevHandle 相连(蓝色线条),而且要把出错信息连接起来(粉红色线条),最后添加一个出错提示函数(在程序框图的内置模块中的“Time&Dialog”里的“SimpleErrorHandler.vi”)。这样一旦系统出现问题就可以比较容易地判断问题出在系统的哪一个部分。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析前面已经提到,所安装并添加的数据采集硬件,都分配有一个唯一的设备编号。给DeviceOpen的输入端添加一个整数常量,若为 0,则表示我们前面所添加的 DEMO卡。最后把测量到的数据送到示波器显示控件,即把 AIVoltageIn 的

25、Voltage 输出端连接到示波器 的输入端。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图形化编程结束后的程序框图如图 11.21 所示。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析3)程序运行这时候每单击一次,则程序执行一次,采集一次数据,并显示在示波器控件中。4)程序改进至此,一个简单的数据采集系统已经建立起来,但是它还远不够理想和完善。下面,我们将继续对它进行加工,最终实现定时连续采集。这里所需要的仅仅是一个 While 循环和一个简易的定时器。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析在程序框图的内置模块中选择“ExecCtrl”,单击“WhileLoop”,然后

26、单击并拖拉鼠标,直至覆盖 所在的范围,这时程序会自动添加一个“STOP”按钮,这是用来控制退出循环结构的。此时的数据采集系统应该如图 11.22 所示。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.22 改进后的数据采集系统(a)前面板;(b)程序框图第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析再在 While 循环中添加定时器控件,即位于程序框图的内置模块中的“Time&Dialog”里的“WaitUntilNextmsMultiple.vi”,并为其添加时间间隔 200ms。此时,单击运行程序,则 AIVoltageIN 函数按照默认设置采集 DEMO 卡的第一个通道上

27、面的数据,即位幅值 5V 的正弦信号。至此,一个简单而又完整的数据采集系统就制作完成了。此时的前面板和程序框图如图 11.23 所示。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析5)程序讨论如果再配上相应的分析、显示和存储模块,则可以大大扩充这个数据采集系统的能力。由于篇幅所限,这里不再赘述,有兴趣的读者可以参看参考文献中所列的相关书籍。第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.23 一个简单而又完整的数据采集系统(a)前面板;第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析图 11.23 一个简单而又完整的数据采集系统(b)程序框图第11章 使用 LabVIEW 进

28、行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进行数据采集与分析第11章 使用 LabVIEW 进

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