基于labview的远程数据采集系统设计 毕业论文 - 图文(7)

原始信号，不产生波形失真，采样率必须要足够高才行。根据奈奎斯特理论采样频率至少是原信号的两倍，但实际中，一般都需要5～10倍。

2）采样方法

采集卡通常都有好几个数据通道，如果所有的数据通道都轮流使用同一个放大器和A/D转换器，要比每个通道单独使用各自的经济的多，但这仅适用于对时间不是很重要的场合。如果采样系统对时间要求严格，则必须同时采集，这就需要每个通道都有自己的放大和A/D转换器。但是处于成本的考虑，现在普遍流行的是各个数据通道公用一套放大器和A/D转换器。

3）分辨率

ADC的位数越多，分辨率就越高，可区分的电压就越小。例如，三位的A/D转换把模拟电压范围分成23=8段，每段用二进制代码在000到111之间表示。因而，数字信号不能真实地反映原始信号，因为一部分信息被漏掉了。如果增加到十二位，代码数从8增加到212=4096，这样就可以获得就能获得十分精确的模拟信号数字化表示。

4）电压动态范围

电压范围指ADC能扫描到的最高和最低电压。一般最好能够使进入采集卡的电压范围刚好与其符合，以便利用其可靠的分辨率范围。例如，一个12位多功能DAQ卡，其可选的范围从0到10V，或－5到＋5V，其可选增益有1，2，5，10，20，50或100。电压取值范围

10V?48.8μV12从0到10V，增益为50，则理想分辩电压是：50*2

5）I/O通道数

该参数表明了数据采集卡所能够采集的最多的信号路数。 3.3.2数据采集卡(DAQ卡)的组成

1）多路开关。将各路信号轮流切换至放大器的输入端，实现多参数多路信号的分时采集。

2）放大器。将切换进入采集卡的信号放大至需要的量程内。通常中的放大器都是增益可调的，使用者可根据需要来选择不同的增益倍数。

3）采样保持器。把采集到的信号瞬间值，保持在A/D转换的过程中不变化。 4）A/D转换器。将模拟的输入信号转化为数字量输出，完成信号幅值的量化。 目前，通常将采样保持器和A/D转换器集成在同一块芯片上。以上四个部分是数据采集卡的重要组成部分，与其他的电路如定时/计数器、总线接口等电路仪器组成DAQ。 3.3.3 NI PCI-6221数据采集卡

NI PCI-6221是NI公司的M系列多功能数据采集卡，采用的是一个A/D转换器，虽然是多路采集，实际上是分时工作的，所有在多路同时工作时采样率会成倍降低。该板卡的主要性能如下：

◆ 16路模拟信号输入通道，采样率为250kS/s，输入范围为-10V～+10V； ◆ 2路模拟量输出通道，分辨率为16位； ◆ 24路数字I/O，数字触发； ◆ 2个32位定时计数器；

◆ NI-DAQmx测试软件和硬件配置支持； ◆ NI-MCal校准支持；

◆ NIST校准证书和多于70多种的信号调理模块选择。 基于以上原因，本设计选择了NI PCI-6221数据采集卡。

22

3.4多通道数据采集系统总体硬件框图

整个系统从被测对象开始，通过传感器转换成电信号，经过信号调理模块进行简单的信号出来，比如SCC-RTD01热电阻调理模块、SCC-TD02热电偶调理模块、SCC-SG04全桥应变片调理模块，将信号送至数据采集卡进行采集，然后用软件进行处理。在采集过程中将数据保存到数据库里，实现了历史数据的远程访问。具体框图见图3.15多通道数据采集系统硬件结构图。

温度传感器被测对象数据采集卡NI-6221工业机压力传感器信号调理模块 PC 流量传感器SQL远程查询PC机MySQL数据库

图3.15 多通道数据采集系统硬件结构图

23

第四章 系统软件设计的相关技术

软件是虚拟仪器的关键。设计一个虚拟仪器系统，在硬件平台确定之后，就可以通过设计不同的软件，实现不同的仪器功能。

在设计、实现虚拟仪器的软件系统时，需要考虑众多因素，如硬件需求、计算机硬件、操作系统；软件是否建立在开放的结构上，是否需要编程经验？利用此软件程序是否能在不同的计算机平台上移植?将来能否方便的扩展虚拟仪器的功能。由于选用专用的开发软件，必须具有一定的仪器以及数据采集设备配合使用。

4.1程序模块化设计概述

数据采集系统的性能在很大程度上取决于其应用软件的研究与开发，所以在明确了系统设计目标之后，应该采用好的程序开发方法，如结构化设计方法、模块化思想、多线程以及软件系统的评价标准等等。 4.1.1程序设计的模块化原则

模块化结构是所有设计良好的软件系统的基本特点，任何一个大的程序系统，总是由若干功能相对独立的模块组成。好的软件结构应体现自顶向下的控制方式，模块之间的控制表现为统帅和从属的关系[13]。

从属块内联系块间联系块内联系统帅块间联系

图4.1 模块化结构

信息抽象与信息隐含是模块的基本特征。模块(Module)实际上反映了数据(Data)与过程(Process)的抽象。在模块化问题求解时，在最高抽象级可以采用面向问题的环境语言的抽象术语进行描述；而在较低抽象级，则可采用过程性术语。模块化的概念加上逐步求精的办法，就把面向问题的术语和面向实现的术语两者结合起来。

模块独立性有两个定性的标准度量：即块内联系(内聚)与块间联系(耦合)，如图4.1所示。块间联系是指模块之间的联系，块间联系越小，模块独立性越高。块内联系是指模块内部各部分(语句与语句段)之间的联系。一个模块的块内联系大，模块独立性会提高。好的模块结构，块间联系应尽可能小，块内联系应尽可能大。 4.1.2软件系统的模块化设计原则

为使研制出的软件具有良好的可靠性、易维护性、易扩充性及易装卸性，软件设计应遵

24

循规范化的模块化设计原则[13]。

1）自顶向下逐步求精的设计方法

软件设计往往在开始时不了解问题的全部细节，只能对问题做出全局性的决策，即设计表征解决问题一般策略的抽象算法。对抽象算法做进一步求精，进入下一层抽象。在求精过程的每一步，抽象概念(语句或数据)都被精细化。

2）根据逻辑功能划分物理模块

① 模块的分解：消除重复的功能部分，使得模块的块内联系较高，块间联系较低。 ② 模块的合并； ③ 模块的复制。

3）模块的作用范围应处在模块的控制范围之内

模块的作用范围是指模块内判定影响的范围。只要某模块中含有依赖于某种判定操作，则该模块就处于该判定的作用范围之内。

4）依据逻辑功能确定模块之间的调用关系 模块之间的调用与被调用，决定于模块各自的逻辑功能，因而对模块的扇入扇出并无加以限制的必要。一般来讲，底层模块的扇入较高，顶层模块的扇出较高。

5）模块接口应保持简明

降低模块接口的复杂性，是模块设计中必须考虑的问题。保持模块接口的简明，一方面须减少模块间传递的信息量，更重要的是使所传递的必要信息具有明确的逻辑含义。

6）模块应保持单入口性质

单入口模块，易于理解。由于副作用的减少，可以降低错误的发生率。模块的出口可以有多个，但均应具有明确的逻辑含义。

7）模块结构增加中间判断层次，提高可扩充性

图4.2-a，模块A调用B，以后扩充时还要让A调用C(图4.2-b)。这样在扩展时，除增加C外，尚须修改A，这种修改可能是困难的。

图4.2-c ，增加了一个中间判断层模块F，以一个开关量Flag决定模块A要调用的模块，这样对A的修改，仅局限于Flag的设置，大大较少了工作量。

AAAAFlag=?BBCB(a)(b)(c)图 4.2 模块结构增加判断层次

Flag=?B(d)C

4.1.3本设计的软件系统模块划分

系统程序的主要功能为模块划分的标准，其他包括系统管理，数据采集，数据保存，历史数据的查询等功能。具体结构见图4.3多通道数据采集功能模块图。

25

多通道数据采集系统管理采集滤波实时数据显示实时数据保存历史数据回放远程数据查询报警记录创建用户

修改密码删除用户全图显示单量显示表格显示图表显示 图4.3多通道数据采集功能模块图

4.2数据库技术

数据库技术主要研究如何存储、使用和管理数据，是计算机数据管理技术发展的新阶段，也是计算机技术中发展最快、应用最广的技术之一。当前，数据库技术已成为现代计算机信息系统和应用系统开发的核心技术，数据库已成为计算机信息系统和应用系统的组成核心，从某种意义来讲，数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。

4.2.1数据库技术概述

数据库技术涉及到以下几个最重要的概念：

1）数据库(DataBase)是长期储存于计算机内、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为一定范围内的各种用户共享。数据库不仅要反映数据本身的内容，而且要反映数据之间的联系。在数据库中用数据模型（DataModel）这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。

2）数据模型是数据特征的抽象，描述的是数据的共性。数据模型应满足三个方面的要求：一是能比较真实地模拟现实世界；二是容易为人们所理解；三是便于在计算机上实现。一种数据模型要很好地满足这三个方面的要求在目前尚很困难，在数据库系统中针对不同的使用对象和应用目的，采用逐步抽象的方法，在不同层次采用不同的数据模型，一般分为三层，即物理层、逻辑层和概念层。

物理层是数据抽象的最低层，用来描述数据物理存储结构和存储方法。 逻辑层是数据抽象的中间层，描述数据库数据整体的逻辑结构。 概念层是抽象级别的最高层，其目的是按用户的观点来对世界建模。例如实体－联系模型（Entity-Relational Model，简称ER模型）。

3）数据库管理系统（DBMS，DataBase Management System）是操纵和管理数据库的软

26

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库基于labview的远程数据采集系统设计 毕业论文 - 图文(7)在线全文阅读。