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LabVIEW中实现数据采集
所测信号的最大值和最小值 应与输入信号的最大值和最小值相接近
LSB 最低有效位
分辨率、DAQ卡区间 以及信号极限幅度集 合决定了输入信号中 可检测到的最小变化 量。电压中的这种变 化量表示了数字取值 的一个最低有效位 (LSB)，通常称为编码 宽度(code width)
Vcw
管理计算机的硬件设备（数据采集卡、端 口等）
配置虚拟通道（Virtual Channel）。
输入/输出 范围 输入方式 测试（7.0Express以上）
配置好的虚拟通道直接LabVIEW中调用。
运行MAX
A
B
MAX
Details
虚拟通道 设备特性
配置第一个虚拟通道
完成
引用虚拟通道
上、下限：指明输入信号的幅度极限集合。 上、下限默认值为+10V和-10V
如果使用的是MAX，则无需将数据取值与 这些输入相连，因为已经配置了相关信息
温度测量
信号输出
任务 开始
数据 生成
配置 参数
放入 缓存
启动 A/D
波形 输出
任务 结束
图 8 数据输出流程示意图
信号发生器
中级数据采集程序示例
rang 2resolution
分辨率为比特 区间为伏特
例
分辨率＝12比特 区间＝0～10V
分辨率＝12比特 区间＝-10～10V
可以检测到的最小变化量为
可以检测到的最小变化量为Βιβλιοθήκη Vcw10 212
2.4mV
Vcw
20 212
4.8mV
采样率
DAQ卡采样模拟信号的速率
Shannon 采样定律 抗伪信号滤波器
4_LabVIEW数据采集与处理【LabVIEW高级培训】
体验DAQNavi Assistant
▪ 2. 从Functions面板选择DAQNavi Assistant，添加一个 Express VI ，如下图所示：
▪ 支持的操作系统列表 ▪ Windows XP; Windows7-32; Windows7-64; ▪ Window Server2003-64
▪ 支持的LabVIEW版本
▪
LabVIEW 8.6 or higher version, 同时支持LabVIEW
32bit/64bit.
如何安装
▪ 安装之前必须安装支持的LabVIEW版本，否则会弹出对 话框提示安装LabVIEW.
体验DAQNavi Assistant
▪ 3. 当您拖动DAQNavi Assistant添加后，会自动弹出 DAQNavi Wizard，如下图所示，您可以选择您要运行的 场景，通过Wizard的引导和提示一步步进行配置。
体验DAQNavi Assistant
▪ 4. 以AI为例，选择Analog Input功能，点击“Next>>”进 入下一页。
▪ DAQNavi Assistant是LabVIEW的一个Express VI。通 过它，可以在LabVIEW中很容易地操作Advantech DAQ Device。
▪ 它可以让用户不需要编程，通过在向导中选择场景，选择 设备，配置参数，就可以定制出自己的任务。
支持的操作系统，LabVIEW版本
▪ 全新的图形编程方式，成倍 地提高生产率。
▪ 拥有丰富的工具包，尤其是 测控、仿真等领域。
数据采集专题 LabVIEW入门操作
图（b）所示调理电路的等效输入噪声为：
对比式（2-5）和式（2-6）可见，由于K>1， 所以
这就是说，调理电路中放大器设置在滤波器前 面有利于减小电路的等效输入噪声。由于电路的 等效输入噪声决定了电路所能输入的最小信号电 平。因此减小电路的等效输入噪声实质上就是提 高了电路接受弱信号的能力。
2.3 信号调理中的常用放大器
例如，要构成一个误差为0.1%的数据采集系统，所 用的A/D、S/H和MUX组件的线性误差应小于0.01% 。A/D的量化误差也应小于0.01%，A/D量化误差为 ±1/2LSB，即满度值的1/2m+1，因此可根据系统精度 指标δ，按下式估算所需A/D的位数m，即：
2.转换速度的确定
若A/D转换器在一个采样周期TS内依次完成N 路模拟信号采样值的A/D转换，则TS=NTA/D，采 样频率fs=1／Ts 。 3. 根据环境条件选择A/D
2.4
A/D转换器
2.1 传感器的选用
在都能满足测量范围、精度、速度、使用条件 等情况下，应侧重考虑成本低、相配电路是否简单 等因素进行取舍，尽可能选择性价比高的传感器。 下面介绍几种传感器：
1 大信号输出传感器
2 数字式传感器
3 集成传感器
4 光纤传感器
大信号传感器
为了与A/D转换器的输入要求相适应，传感器厂家开 始设计、制造一些专门与A/D转换器相配套的大信号输出 传感器。通常是把放大电路与传感器做成一体，使传感器 能直接输出0~5V、0~10V或感器或变送器。这样可 以省去小信号放大环节，如图2.1。
4 动态范围 动态范围是指某个确定的物理量的变化范围。 信号的动态范围是指信号的最大幅值和最小幅值 之比的分贝数。数据采集系统的动态范围通常定 义为所允许输入的最大幅值与最小幅值之比的分 贝数，即式（1-1）。
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• 例如, 目前市面上的多功能数据采集设备通常包括模拟输入、模拟输出、数字 I/O、计数器/定时器等功能，如NI的M系列多功能DAQ卡
• 现在一些传感器/变送器已经集成了A/D转换功能，直接通过数字接口读取数据， 从而不需要模拟输入采集
– 数据采集的应用十分广泛，几乎涵盖所有工程专业和科学研究方向
2019年NI教师暑期教师培训 LabVIEW进阶培训（数据采集部分）
数据采集的概念及应用
• 数据采集 (Data Acquisition, 简称DAQ)
– 自动从布置于工厂、实验室、或现场的传感器、仪器、设备等收集获取 数据的过程
– 狭义的数据采集主要是模拟输入(AI)，其目的是为了测量某种电信号或物 理信号，如电压、电流、温度、压力、加速度、声强等
解决办法: 1. 增加程序循环读取速度 (不要在
采集循环里放太多处理工作) 2. 选用更快的CPU 3. 增大PC RAM，并通过编程指定
更大的Buffer 4. 降低采样速率(如果允许)
ADE (Application) Memory
板载内存Overflow
RAM
解决办法:
1. 提高总线带宽
2. 选择板载FIFO较大的板卡
采样率
0-100 S/s 100-10,000 S/s 10,000–1,000,000 S/s > 1,000,000 S/s
缓存
1 kS 10 kS 100 kS 1 MS
理解连续数据采集时PC Buffer
通过总线来自于采集设 备的数据
1
PC Buffer
2
LabVIEW Buffer
PC Buffer
LabVIEW与数据采集(共22张)
下面对采集的信号(xìnhào)进行频谱分析，从signal processing 子模块中选取Spectal measurement Express VI，对其属 性进行设置，取功率谱，加汉宁窗，如图所示：
第21页，共22页。
最终的后面板和前面半如图所示，该程序实现了单通道的数据采集、 显示、保存以及(yǐjí)分析处理。
第2页，共22页。
数据(shùjù)采集卡的功能
一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字 I/O、计数器/计时器等。因此LabVIEW中DAQ模板设计也围绕 这4大功能组织
① 模拟输入是采集最基本的功能。它一般由多路开关 （MUX）、放大器、采样保持电路以及A/D来实现，通过这些部
。 分，一个模拟信号就可以转化为数字信号
LabVIEW与数据(shùjù)采集
2011 \3 \23
第1页，共22页。
数据采集系统(xìtǒng)的构成
一个完整的数据采集系统（Data AcQuisition，DAQ）包括：传 感器和变换器、信号调理设备、数据采集卡、驱动程序、硬件配 置管理软件、应用软件和计算机。
传感器和变换器直接将各种物理量转换成DAQ系统可采集的电 信号。
第13页，22页。
③ 通道命名(Channel Name Addressing) 当采用DAQ Channel Wizard配置DAQ卡的I/O通
道时，可以在channels中输入一定物理意义的名称 来确定通道的地址。在Easy VIs中，可以在 channels参数的数组元素(yuán sù)中的填写一个通道 的名称，也可将多个通道的名称写在一个元素(yuán sù) 中，编号之间用逗号隔开。 ④ 通道编号命名(Channel Number Addressing)
Labview数据采集基础
第六章数据采集６．１概述在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。
它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。
各种类型信号采集的难易程度差别很大。
实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。
数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多的实际的问题要解决。
６．１．１采样频率、抗混叠滤波器和样本数。
假设现在对一个模拟信号x(t) 每隔Δt时间采样一次。
时间间隔Δt被称为采样间隔或者采样周期。
它的倒数1/Δt 被称为采样频率，单位是采样数/每秒。
t=0, Δt ,2Δt ,3Δt ……等等，x(t)的数值就被称为采样值。
所有x(0),x(Δt),x(2Δt )都是采样值。
这样信号x(t)可以用一组分散的采样值来表示：下图显示了一个模拟信号和它采样后的采样值。
采样间隔是Δt，注意，采样点在时域上是分散的。
图6-1 模拟信号和采样显示如果对信号x(t)采集N个采样点，那么x(t)就可以用下面这个数列表示：这个数列被称为信号x(t)的数字化显示或者采样显示。
注意这个数列中仅仅用下标变量编制索引，而不含有任何关于采样率（或Δt）的信息。
所以如果只知道该信号的采样值，并不能知道它的采样率，缺少了时间尺度，也不可能知道信号x(t)的频率。
根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率的两倍。
反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做恩奎斯特频率，它是采样频率的一半。
如果信号中包含频率高于奈奎斯特频率的成分，信号将在直流和恩奎斯特频率之间畸变。
图６－２显示了一个信号分别用合适的采样率和过低的采样率进行采样的结果。
采样率过低的结果是还原的信号的频率看上去与原始信号不同。
这种信号畸变叫做混叠（alias）。
出现的混频偏差（alias frequency）是输入信号的频率和最靠近的采样率整数倍的差的绝对值。
b 过低采样率下的采样结果a 足够的采样率下的采样结果图6-2 不同采样率的采样结果图６－３给出了一个例子。
LabVIEW基础培训
LabVIEW基础培训课程学习导读第一课 配置硬件•数据采集设备•仪器控制•使用仪器控制软件A. 数据采集设备1.信号2.接线盒3.线缆4.DAQ设备5.计算机•使用Measurement & Automation Explorer (MAX)配置和测试DAQ设备•虚拟DAQ设备：•使用NI-DAQmx虚拟设备，在不具备硬件的应用程序中实现NI产品功能•使用NI-DAQmx虚拟设备，可导出物理设备配置至未安装物理设备的系统B. 仪器控制•通过仪器控制总线，使用计算机上的软件控制仪器•合理搭配各类总线和仪器•了解仪器属性，例如：所用的通信协议•仪器控制的优势◆过程自动化◆节省时间◆在一个平台上执行多个任务◆简单易用◆多种可选仪器GPIB（通用接口总线）是用于不同厂商的仪器和控制器通信的标准接口。
•此类总线支持一个系统控制器（通常为计算机）和最多14台仪器•控制器：◆串口通信定义通信链接◆响应发出请求的设备◆发送GPIB命令◆传送/接收总线控制权串口通信•在计算机和外设（例如，可编程仪器或其它计算机）之间传输数据•使用发送器经通信数据线向接收器发送数据，每次发送一位数据•如数据传输速率较低或长距离传输时，上述方法为最佳方案•绝大多数计算机具有一个或多个串口，因此除线缆外无需其它硬件设备C. 使用仪器控制软件•接口驱动：仪器接口（例如，GPIB）包含一组驱动程序 •配置：使用MAX配置接口第二课 LabVIEW导航•虚拟仪器(VI)•VI的构成•打开VI•项目浏览器•前面板•程序框图•搜索选板•选择工具•数据流•创建一个简单VIA. 虚拟仪器（VI）什么是虚拟仪器？（把仪器放进计算里）软件程序——LabVIEW程序外观及性能均类似于物理仪器（如示波器和数字万用表）B. VI的构成●前面板：VI的用户界面,使用输入控件和显示控件创建前面●程序框图：包含图形化编程的源代码●图标：VI的图形化表示&连线板：VI的输入和输出连线图C. 打开VID. 项目浏览器LabVIEW项目用于：•集中管理LabVIEW文件和非LabVIEW文件•创建程序生成规范•部署或下载文件至终端E. 前面板-控件选板•包含用户搭建前面板所需的输入控件和显示控件•在前面板单击查看»控件选板F. 程序框图-函数选板包含创建程序框图所需的VI、函数和常量G. 搜索控件、VI、函数在控件和函数选板上通过搜索按钮查找控件、函数和VIH. 选择工具•使用LabVIEW提供的工具创建、修改和调试VI•工具是对应于鼠标动作的特定操作模式•鼠标动作取决于所选择的工具图标•如开启自动选择工具功能，LabVIEW将根据当前鼠标位置判断要使用的工具I. 数据流LabVIEW按照数据流模型运行VI•仅当所有输入数据都准备好时，节点才能执行功能•节点执行完后才能向输出端提供数据J. 创建简单VI第三课 疑难解答和VI调试•LabVIEW帮助工具•修正断开的VI•调试技术•未定义或预期外的数据•错误检查和处理A. LabVIEW帮助工具即时帮助•鼠标悬停于对象上方时，显示LabVIEW对象的基本信息•点击帮助»显示即时帮助、按下<Ctrl-H>或点击工具栏上的显示即时帮助窗口按钮LabVIEW帮助•多数选板、菜单、工具、VI和函数的详细介绍及LabVIEW使用说明•打开LabVIEW帮助：−点击帮助》搜索LabVIEW帮助−使用即时帮助窗口的详细帮助信息链接或−右键单击对象，选择快捷菜单中的帮助项B. 修正断开的VIB. 修正断开的VI常见问题•断线−将布尔型输入控件与字符串型显示控件相连−将数值型输入控件与数值型输入控件相连•必须连接的程序框图接线端断开•子VI断开或将子VI图标放置在VI程序框图上之后，对连线板进行了编辑C. 调试技术VI未断开，但产生某些未预期数据或事件•是否存在未连线或隐藏的子VI？•是否使用了不正确的默认数据？•是否传递了未定义数据？•是否使用了正确的数值表示法？•节点执行顺序是否正确？关键词：单步执行探针断点D. 未定义或预期外的数据•∞ (Inf)−无穷大−用零做除数，执行除法操作•NaN−非法数字−由无效操作产生，例如，对负数执行求平方根操作•执行数学运算时检查是否有非预期的Inf或NaN数据E. 错误检查和处理•虽然开发人员在创建VI时，努力确保VI的完善性。
LabVIEW数据采集与处理利用LabVIEW实现高效数据处理
LabVIEW数据采集与处理利用LabVIEW实现高效数据处理LabVIEW数据采集与处理LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一款图形化编程环境，可广泛应用于各种控制、测量和测试领域。
在实验室和工业自动化系统中，数据采集和处理是其中重要的环节之一。
本文将介绍如何利用LabVIEW实现高效的数据采集与处理。
一、数据采集LabVIEW提供了丰富的数据采集工具和函数，使得数据采集过程变得简单和高效。
以下是一个基本的LabVIEW数据采集流程：1. 硬件连接：将传感器、仪器或其他采集设备连接到计算机。
LabVIEW支持各种硬件接口，如PCIe、USB等。
2. 创建VI（Virtual Instrument）：在LabVIEW中创建一个VI，即虚拟仪器。
VI由一组图形化程序组成，可以自定义界面和功能。
3. 配置数据采集设备：在VI中使用LabVIEW提供的硬件配置工具，选择合适的采集设备和参数，如采样率、通道数等。
4. 编程采集逻辑：使用LabVIEW的图形化编程语言G语言，编写数据采集逻辑。
可以通过拖拽函数块、连接线等方式完成。
5. 运行VI：运行VI，开始进行数据采集。
LabVIEW将实时地从采集设备读取数据，并通过显示面板或输出文件进行展示。
通过以上步骤，我们可以完成数据的实时采集。
接下来，需要对采集到的数据进行处理和分析。
二、数据处理LabVIEW提供了强大的数据处理功能，可以进行数学运算、滤波、傅里叶变换等操作。
以下是一些常用的数据处理方法：1. 基本运算：LabVIEW提供了丰富的数学函数和运算符，可以进行加减乘除、幂运算、取模、比较等操作。
通过这些操作，我们可以对采集到的数据进行基本的数值分析。
2. 滤波处理：在许多应用中，由于噪声和干扰的存在，需要对数据进行滤波处理。
LabVIEW提供了各种滤波函数和工具，如低通滤波、高通滤波、带通滤波等。
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ELVIS II平台硬件指标 – 2
阻抗分析仪 0.2 Hz到35 kHz范围 NPN, PNP, 二极管
其他分析: 波特图分析仪 2-线电流电压分析 3-线电流电压分析ห้องสมุดไป่ตู้
集成DAQ AI采样率1.25 MS/s 单通道, 500kS/s双通道 16 bit分辨率 AO 2.8 MS/s更新率
举例: 用于教学实验的NI ELVIS
• 一种集成了12种仪器的教学实验设备
– 安装NI-ELVIS驱动后可通过ELVIS软面板实现这些功能
• 同时也可看做是一种基于USB总线的多功能数据采集设备
– 用于学习虚拟仪器（尤其是数据采集）的相关编程技术
USB总线
（注意: 不是前面所说的传输电缆）
PC
接线端+传输线缆+
• 电子、电气、机械、车辆工程、海洋工程、环境、化工、生物医学、土木工 程、能源电力、高能物理…
数据采集系统概述
信号调理
传感器 / 信号
I/O
数据采集 硬件
总线
数据采集 软件
典型的数据采集系统硬件架构
数据采集硬件可以将PC变为一个自动化系统
部分常用的数据采集设备类型
• 实验室、工业环境使用
– 基于PCI/PXI接口 – 往往需要外接端子和线缆
– 广义的数据采集还包括模拟输出、数字I/O等
• 例如, 目前市面上的多功能数据采集设备通常包括模拟输入、模拟输出、数字 I/O、计数器/定时器等功能，如NI的M系列多功能DAQ卡
• 现在一些传感器/变送器已经集成了A/D转换功能，直接通过数字接口读取数据， 从而不需要模拟输入采集
– 数据采集的应用十分广泛，几乎涵盖所有工程专业和科学研究方向
内部电路保护 可复位保险丝
数字万用表 隔离 5½ 位 60 VDC，20Vrms, 2 ADC, 2 Arms,
100MΩ
USB连接 即插即用 USB 2.0
函数发生器 10-bit ±5V范围 0.2 Hz到5 MHz 正弦 0.2 Hz到1 MHz 三角波 /方波 软件或手动可控 BNC或原型板连接
2 – (-2)
216
= 61μV
– 板卡手册查得的精度为±410 μV
数据采集软件
以LabVIEW作为开发环境为例
NI数据采集软件方面的一些术语
• NI-DAQmx
– 驱动层软件 – 可以检测到数据采集硬件 – 在LabVIEW中安装NI-DAQmx函数
• Measurement & Automation Explorer
2019年NI教师暑期教师培训 LabVIEW进阶培训（数据采集部分）
数据采集的概念及应用
• 数据采集 (Data Acquisition, 简称DAQ)
– 自动从布置于工厂、实验室、或现场的传感器、仪器、设备等收集获取 数据的过程
– 狭义的数据采集主要是模拟输入(AI)，其目的是为了测量某种电信号或物 理信号，如电压、电流、温度、压力、加速度、声强等
USB总线供电
±15 V +5V 电源输出
8 通道 数字输入输出
1 个计数器
双通道差分模拟
输入，双通道模
3.5mm
拟输出, 200ks/s
音频输入与输出
Lab 1 熟悉实验环境
选择数据采集设备时的考虑因素
• 通道数 • 总线
– 带宽是否足够数据传输速度的需求
• 最高采样率
– 根据乃奎斯特定律，采样率应为最高频率分量的两倍以上，实际 上最好能做到5-10倍
• 分辨率
– 够用就好，不一定越高越好
• 输入范围 • 对于动态信号，还应关注动态范围
– 如麦克风/加速度计等信号的采集
分辨率并不完全反映精度
• 影响精度的因素
– ADC和放大器件的偏移和增益误差等 – 噪声等因素
• 举例
– 某16位ADC的采集卡，选择±2 V 输入范围 – 理论上，最低位所反映的电压量为
新示 E波158±A21BL000xVCNb11511±AB器0MM2和Ii/C6.0x到CNtDMS20HH和01分b5/C连CISDkVzz01I1i连+tS/M/1.C辨0G带可sV5m接分0/xS耦sN采接xMa输率/宽 选探双探辨DsxH合样.入单(噪z耦头输通针率-3率带范通d声合入道B宽围道滤)范共波围计器
学生创新动手实践平台： NI myDAQ —— 随时随地实践工程创新
即插即用的8种仪器 数字万用表 * 示波器 * 函数发生器* 波特图仪 * 动态信号采集仪 * 任意 信号发生器 * 数字输入* 数字输出
与计算机的接口 LabVIEW中的 NI DAQmx 或 ELVISmx驱动
集成的数字万用表 V, I, Ω, Diode
• 便携式/远距离
– USB，Ethernet接口
• 教学实验与学生课外练习
– 如ELVIS 、myDAQ – 除了数据采集硬件电路之外还
集成了其他一些功能，如数字 万用表、可编程电源等
举例: 基于PXI平台的数据采集
接线端（前面凸出部分） 信号调理与数据采集（接线端后面）
PXI控制器及机箱 (可大致理解为PC)
– 简称MAX，随NI-DAQmx或任何其他NI驱动软件安装 – 配置或检测数据采集硬件
• DAQ Assistant (DAQ助手)
– 用于开发数据采集应用的Express VI，基于配置
• DAQmx API
– 一系列用于数据采集应用开发的API函数
数据采集助手（LabVIEW基础培训内容）
24 DIO, 15 PFI, 2 CTR
原型板 可替换 自定义Banana, BNC, D-Sub连接
可变电源供电
10 bit 分辨率 0到+12V, 0到-12V 500 mA电流范围
ELVIS平台原型板
AI、 示波器、 PFI
数字 I/O
计数器、 LED
电源、波形发生器、自定义I/O、AO、 DMM
数据采集设备
数据采集设备的构成
• 数据传输总线 • 同步总线 • DAQ Circuitry
– 时钟/定时电路 – 板载FIFO – 信号路由 – 内部校准电路
• 前端电路
– 模拟输入/模拟输出/数字IO/计数器 – 注意: 模拟输入可能通过复用器共用一个ADC，模拟输出通常
是每通道专用DAC
ELVIS II平台硬件指标 – 1