基于PCI-6221数据采集卡的虚拟仪器系统组建-张凯强
基于LabVIEW多通道数据采集系统设计
摘要虚拟仪器是仪器技术，计算机技术，软件技术和总线，利用计算机强大的数字处理功能，实现仪器的功能，打破了传统仪器的框架，形成了一个新的仪器型号。
本设计通过利用函数发生器产生电压信号，再采用了NI PCI-6221数据采集卡采集数据，运用LabVIEW软件及其相关技术进行多通道数据采集等功能。
该系统具有在同一时间多个实时显示，数据收集，存储和管理，报警记录收集到的数据，该系统采用多线程技术，实现了多通道的同时采集的功能。
本文首先概述了监测和控制技术和虚拟仪器技术在国内和国际的发展现状和未来发展趋势，LabVIEW软件开发平台，虚拟仪器技术，然后介绍了数据采集的理论知识，设计数据的总体结构图。
函数发生器，如何连接的适配器板的NI PCI-6221数据采集卡和其他硬件。
在分析了本系统功能的基础上，介绍了数据库、多线程等其中用到的技术，然后说明了各部分程序流程及框图，最后一章给介绍了本设计的前面板设计图。
本设计是虚拟仪器在监测领域的一个成功的尝试。
实践证明了虚拟仪器是一种优秀的解决数据采集的方案，能够高效的实现各种各样的测控任务。
应用这一设计可对生产现场收集，监测和记录，以提高产品质量，降低成本，提供了应用设计参数信息和手段。
关键字：虚拟仪器；数据采集；多通道；LabVIEWAbstractThe virtual instrument is the instrument technology, computer technology, software technology and bus are close together, the use of computer powerful digital processing functions to achieve most of the functionality of the instrument to break the traditional framework of the instrument, the formation of a new instrument models.This paper describes the design based on LabVIEW multi-channel data acquisition system. Design through the use of the function generator to generate a voltage signal, and then using the NI PCI-6221 data acquisition card data, the use of LabVIEW software and related technologies for multi-channel data acquisition functions. The system has the data collected at the same time multiple real-time display, data collection, storage and management, alarm records, the system uses multi-threading technology to realize the simultaneous acquisition of multi-channel function.This paper first outlines the monitoring and control technology and virtual instrument technology in the domestic and international development status and future development trends, LabVIEW software development platform, the virtual instrument technology, and then describes the data acquisition of theoretical knowledge, given the design of the data acquisition system overall structure of the diagram. Function generator, how to connect the adapter plate and the NI PCI-6221 data acquisition card and other hardware. On the basis of analysis of this system functions, which used the technology of the database, multi-threaded, and then describes the various parts of the program flow and block diagram, the last chapter to introduce the design of the front panel design.The design is a successful attempt of the virtual instrument in the monitoringfield. Practice has proved that the virtual instrument is an excellent solution to the data acquisition program, a variety of monitoring tasks can be efficient.The application of the design parameters of the production site collection, monitoring and recording, in order to improve product quality, reducing the cost of providing information and means.Key words: Virtual Instrument; Data acquisition；Multi-channel; LabVIEW目录摘要 .................................................................... Abstract . (II)第1章绪论 0引言 0课题背景 0多通道采集技术的国内外发展现状 0多通道采集系统的国内外主要研究成果 (1)虚拟仪器技术发展趋势 (2)本设计研究的意义 (4)本章小结 (4)第2章 LabVIEW及数据采集技术概述 (5)LabVIEW概述 (5)LabVIEW简介 (5)LabVIEW的作用 (5)LabVIEW的应用 (6)虚拟仪器技术概述 (6)虚拟仪器的概念 (6)虚拟仪器的特点及优势 (6)虚拟仪器和传统仪器的比较 (7)虚拟仪器测试系统的组成 (8)多通道数据采集技术 (9)数据采集技术概论 (9)采集系统的一般组成及各部分功能描述 (10)多通道数据采集的主要方法 (11)本章小结 (12)第3章数据采集系统硬件设计 (13)多通道数据采集系统总体硬件框图 (13)函数发生器 (13)函数发生器的主要应用 (13)函数发生器的主要技术指标 (14)函数发生器的输出电压 (14)数据采集卡的选择 (15)数据采集卡的主要性能指标 (15)数据采集卡(DAQ卡)的组成 (16)NI PCI-6221数据采集卡 (16)本章小结 (16)第4章数据采集系统LabVIEW设计 (17)系统的总体设计方案 (17)多线程技术在软件部分的应用 (18)Windows的多线程机制 (18)LabVIEW的多线程技术 (18)多线程技术在本设计中的应用 (18)系统具体应用程序的实现 (19)数据采集程序设计 (19)历史数据查询程序设计 (22)报警记录程序设计 (22)本章小结 (23)第5章数据采集系统的界面设计及调试 (24)数据采集系统的界面设计 (24)通道参数配置 (24)实时数据显示 (24)历史数据查询 (25)报警记录 (27)数据采集系统的调试 (28)本章小结 (31)结论 (32)参考文献 (33)附录 (35)致谢 (37)第1章绪论引言监测技术在现代科学技术，工业生产和国防科学技术技术的许多领域被广泛使用，它被认为是现代科学技术，国防现代化和条件的重要标志。
基于PCI的数据采集系统
基于PCI的数据采集系统
杨建宏;张琴琴
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2012(25)5
【摘要】介绍了一个采用数据采集卡和信号调理电路组成的PC-DAQ数据采集系统,运用DMA数据传输技术、双缓冲技术、数据库技术以及模块化设计思想,实现了多参数连续实时数据采集.
【总页数】3页(P4-5,7)
【作者】杨建宏;张琴琴
【作者单位】中国航天科技集团公司四院四○一所,陕西西安710025;中国航天科技集团公司四院四○一所,陕西西安710025
【正文语种】中文
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基于PCI 总线的虚拟仪器研究(master)
代号 10701 学号 001142289分类号TN7 密级内部U D C 编号题（中、英文）目基于PCI总线的虚拟仪器研究Researching of Virtual DeviceBased on PCI Bus作者姓名黄辉指导老师姓名、职务孙肖子教授学科门类工学学科、专业电路与系统提交论文日期 2003年1月创新性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容之外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。
本人签名：___________ 日期：___________关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
本人签名：___________ 日期：___________导师签名：___________ 日期：___________摘要 1摘要本文论述的是基于PCI总线的虚拟仪器开发方法，主要以基于PCI总线的高速数据采集卡为例。
因为虚拟仪器一般主要包括数据采集与处理及最终结果显示三部分，数据采集作为最前端，是信息处理系统的一个重要的组成。
虚拟仪器实际上就是一种基于计算机的自动化测试仪器系统，进行虚拟仪器开发，选择合适的总线比较重要。
总线的标准很多，用户可根据实际需要选择其中一种标准。
PCI总线是一种高性能32/64位时分地址、数据复用高速外围设备接口局部总线。
它具有的极高的总线速度、与处理器无关、能支持多个外设的独特的性能，越来越受到计算机厂家和工程开发人员的青睐。
目前，基于PCI总线的数据采集和发送技术是高速数据采集和发送的发展方向。
【虚拟仪器】基于虚拟仪器的检测技术创新实验教学平台
・本文为广东工业大学高教研究基金资助项目“测控技术创新实验教学平台的研究与实践”的论文之一；项目编号：２００７ｃ１９。 作者简介：李学聪（１９７８．），男，汉族，讲师，博士研究生；主要研究方向：数据采集、机器视觉、自动化装置。
１４０
万方数据
教学改革：
基于虚拟仪器的检测技术创新实验教学平台
信方式，可以分为以插入式数据采集ＤＡＱ卡和信号调理电 路为硬件的ＰＣ—ＤＡＱ系统，还有以ＧＰＩＢ、串行、ＰｘＩ、ＶｘＩ总 线等为硬件接口方式组成的ＧＰＩＰ仪器控制系统、串行口系 统、ＰｘＩ仪器系统、ＶｘＩ仪器系统等。
第８卷增刊
２００８年７月
广东工业大学学报ｌ社会科学版）
Ｊｏｕ册ａＩ ｏｆ Ｇ岫ｎｇｄｏＩｌｇ ｕＩＩｉｖｅ璐ｉｔｙ ｏｆ Ｔ∞ｈｎｏｌｏｇｙ（ｓｏｃｉａＩ ｓｃｉｅ眦俗Ｅｄｊｔｉｏｎ）
Ｖ０１．８ Ｓｕｐｐｌ Ｊｕｌ．２００８
基于虚拟仪器的检测技术创新实验教学平台
李学聪 万频 谷
刚
宋亚男
曾珞亚
（广东工业大学自动化学院，广东广州，５１０００６） 摘要：文章讨论了对原有的检测技术实验教学体系进行改革，构建了检测技术创新实验教学平台，给出了基于虚 拟仪器技术的检测技术创新实验教学平台构建方案。 关键词：虚拟仪器信号调理检测技术 中图分类号：Ｇ
Ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕ。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｍｍｅｎｔ；ｓｉｇｎａｌ ｃｏｎｄ主ｔｊｏｎｉｎｇ；ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎ０１０９）ｒ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ
基于PCI总线的超声检测虚拟仪器系统设计
随 着计 算 机 技 术 的 飞 速 发 展 ， 声 无 损 检 测 的 数 字 化 、 超 图 象 化 、 能 化 以及 自动 化 已经 成 为 研 究 的 热 点 … 。 超 声 检 测 也 智 从 无损 探 伤 、 损 检 测 向无 损 评 价 方 向 发 展 ， 超 声 检 测 数 据 无 对
摘要 ： 为了实现超 声检测 的数 字化 、 智能化 、 图像化 以及 自动化 ， 开发 了一种基 于 Ｐ Ｉ Ｃ 总线 的超 声检测虚拟仪 器系统。 系统 以 计算机为核心 ， 利用 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ强 大逻辑处理能 力，Ｃ 总线 高速数据传输 功能 ， ＰＩ 实现 了超声检测信 号的发射接收 ， 采集 处理 ， 数据存储 、 显示和输 出， 并运 用小波变换 对超 声信 号进行 了降噪 处理 。实验结果表明 ， 小波变换对超 声信号具有 良好 的滤
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｔ ａ ｏ ｃ Ｔｅ ｔｎｇ Ｖｉ ｔ ｌＩ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ Ｓ ｓ ｅ ｓ ｄ ｏ ｓｇ ｆＵｌｒ ｓ ｎｉ ｓｉ ｒ ｕａ ｎ ｔ ｕ ｎ ｙ ｔ ｍ Ｂａ ｅ ｎ ＰＣＩ Ｂｕ ｓ
Ｍ ｏ ｇｗ ｉＭＡ ｉｇｈ ａＺ Ａ Ｇ Ｘ —ｕ Ａ Ｈ ｎ —ｅ， ＯＱ ｎ—ｕ ，Ｈ Ｎ ｕｈ ｉ
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基于NI PCI-6221高精度液压调平试验系统的实现
基于 Ｎ Ｉ Ｐ Ｃ Ｉ 一 ６ ２ ２ １ 高精度液压调平试验 系统的实现
鄢华林 ，李亚 南 ，袁威 ，赵瑞 ，周超
（ 江 苏科 技 大 学机 械 工程 学 院 ，江 苏镇 江 ２ １ ２ ０ ０ ３ ）
摘 要 ：为了提高火炮发射平 台 、车载雷 达以及激光武器等要求高精水平 度平 台的调 平效率 和精度 ，采用 负载敏感 及 电
平倾 角。通过双轴倾 角传感器采 集水平 倾角信号 ，利
用特定的调平方法计算控制量 ，再通过 ４个液压缸 驱
动支腿 的上升或下 降来达 到调平 的 目的。调平方案采 用位 置控 制 调平 中的保 持 最 高点 不 动 的 “ 追逐 式 ” 调平 法… ，这种方 法具有调平速度快 、调平精度高 的 优点 ，能满足此平台 的调平精度和调平时 间要求 。通 过在各个支腿上安装压力传感器来 检测判断系统是否 有 “ 虚腿 ” 情况 的 出现 ，进 一步 降低 平 台发 生倾 覆
Ｉ ｍｐｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｈｉ ｇ ｈ－ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｈｙ ｄｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ Ｌｅ ｖ ｅ ｌ ｉ ｎｇ Ｔｅ ｓ ｔ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＮＩ ＰＣＩ ＿ ６ ２ ２ １
２ ０ １ ３年 １ ０月
机床与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯ０Ｌ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ Ｉ ＣＳ
Ｏｃ ｔ ． ２ ０１ ３ 第１ ９期
ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １—３ ８ ８ １ ． ２ ０ １ ３ ． １ ９ ． ０ ２ ８
由于现代武器 比如火炮和导弹工作的时候 需要 自 己搭载 的平 台处于水平状态 ，这就要求车载平 台具有
基于PC的数据采集系统-精品
基于ＰＣ的数据采集系统摘要数据采集是通过传感器把被测信号转换成电压或电流信号，通过信号采集卡采集数据，并进行相应的处理的过程。
本文采用流行的虚拟仪器技术构建数据采集系统，它是在基于传感器技术和计算机技术基础上发展起来的新兴测控技术，能灵活的根据需要组建符合用户自定义的数据采集系统，打破了传统的数据采集模式，实现了用软件来替代仪器，而且更加快速和迅捷，对数据处理的功能更加多样灵活。
本文采用以PCI为总线的虚拟仪器采集方案，它的特点是通过数据采集卡以及虚拟仪器软件搭配组建的数据采集系统对标准的数据信号进行采集、分析。
本文以此为指导思想，提出了合适的组成方案，主要工作是以NI公司PCI-6221数据采集卡为硬件支持，LabVIEW为软件开发平台，通过实验模拟测试以求实现实时数据采集、数据显示、数据存储、在线监测以及对历史数据的回放和分析等功能。
经测试表明，由热电偶、SCC-68接线盒、SCC-TC02热电偶处理模块和PCI-6221数据采集卡所构建的数据采集硬件系统，可实现对温度的实时采集，并对采集过程的变化进行相应的调整，这些都体现虚拟仪器技术的特点和优势。
证实本文所采用的数据采集理论和方法是可行的。
关键词：虚拟仪器；数据采集；LabVIEW；PCI-6221；SCC-68；SCC-TC02Date Acquisition Base On PCAbstractData acquisition through the sensor to the measured signals into voltage or current signals, signal acquisition, through data acquisition card and the corresponding process. In this paper, the popular virtual instrument technology to build data acquisition system, which is based on sensor technology and computer technology developed on the basis of measurement and control of emerging technology, the flexibility to form the basis of need in line with the user-defined data acquisition system, breaking the traditional data acquisition mode, the realization of the software to replace equipment, and more fast and agile, data-processing functions on a more flexible and diverse.In this paper, for a PCI Bus Virtual Instrument collection program, which is characterized by the adoption of data acquisition cards, as well as the formation of virtual instrument software with the data acquisition system of standards for data signals collection, analysis. In this paper, as the guiding ideology, the composition of a suitable program, the main work is based on NI company PCI-6221 data acquisition card for the hardware support, LabVIEW software development platform, through experimental simulation tests in order to achieve real-time data acquisition, data show , data storage, on-line monitoring and playback of historical data and analysis functions. Tested indicated that thermocouple, SCC-68 Junction Box, SCC-TC02 Thermocouple processing module and the PCI-6221 data acquisition card by building a data acquisition hardware system, enabling real-time acquisition of the temperature of the acquisition process changes in the corresponding adjustment, which reflects the characteristics of virtual instrument technology and advantages. Confirmed in this article used the theory and methods of data collection is feasible.Key words：Virtual instrument；DAQ；LabVIEW；PCI-6221；SCC-68；SCC-TC02目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 研究目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 本文研究的主要内容 (3)第二章数据采集方案设计 (4)2.1 虚拟仪器组成 (4)2.1.1 高效的软件 (4)2.1.2 模块化的I/O硬件 (5)2.1.3 用于集成的软硬件平台 (5)2.2 虚拟仪器的特点 (6)2.2.1 性能高 (6)2.2.2 可扩展性强 (6)2.2.3 无缝集成 (6)2.3 虚拟仪器的发展前景 (7)2.4 虚拟仪器软件介绍 (7)2.4.1 可视化编程工具 (7)2.4.2 LabWindows/CVI (8)2.4.3 LabVIEW (8)第三章数据采集硬件设计 (10)3.1.1 数据采集卡的选用 (10)3.1.2 PCI-6221型数据采集卡 (12)3.2 传感器的选择 (12)3.3 信号调理模块 (14)3.4 接线盒 (15)3.5 NI-DAQ安装 (16)3.6 DAQmx介绍 (18)第四章数据采集软件设计 (20)4.1 软件总体设计 (20)4.2 主程序 (20)4.2.1 主程序框架 (20)4.2.2 主程序前面板 (22)4.2.3 主程序后面板 (24)4.3 子程序 (25)4.3.1 采集子程序 (25)4.3.2 查询子程序 (26)4.3.3 存储子程序 (27)4.4 数据处理 (28)4.4.1 滤波功能选择 (28)4.4.2 调用数字滤波器子程序的几个基本问题 (31)4.4.3 滤波器的选用 (32)4.4.4 越限报警 (33)4.5.1 LabVIEW中数据库的访问 (33)4.5.2 利用ADO技术访问数据库 (34)4.6 Access数据库 (36)4.6.1 在Access中建立一个数据库 (36)4.6.2 建立与数据库的连接 (37)第五章系统调试 (38)5.1 调试方法 (38)5.2 调试过程 (38)5.2.1 检查采集是否正常 (38)5.2.2 检查数据库建表、记录和查询功能 (39)5.2.3 检查参数设置和存储设置功能 (40)总结 (41)参考文献 (42)附录A：程序前面板 (43)附录B：程序总图 (44)致谢 (45)第一章绪论1.1 研究目的及意义基于PC的数据采集系统是利用数据采集板卡和计算机的强大的数据处理能力和对数据进行采集、处理和显示的过程。
基于PCI的虚拟多通道定标器数据采集系统
多通道 数据 采集 方法 对 高分辨 粉末 中子 衍射 数
据 进行 测量 和采集 。
６ ０ ｖｃ ｓ 、 Ｃ ６ Ｘ Ｄｅ ｉ ） Ｐ Ｉ步 进 电 机 控 制 卡 （ Ｃ ｅ Ｐ Ｉ
Ｔｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｒ ｓ ｌｓ ｎ ｉａｅ ｈ ｔ ｔ ｉ ｃ ｕ ｔ ｒ ｓ ｓｅ ｉ ｅ ｙ ｐ ａ ｔ ａ ｎ ｔ ｅ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｅ ｕ ｔ ｉｄｃ ｔ ｔ ａ ｈｓ ｏ ｎ ｅ ｙ ｔｍ ｓ ｒ ｒ ｃ ｉ ｌａ ｄ ｈ ｖ ｃ
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实验二 基于PCI-6221数据采集卡的虚拟仪器系统组建 张凯强 0902100202
一、实验目的： 1、了解PCI-6221数据采集卡的功能。 2、掌握如何在MAX中设置DAQ通道，以及览阅PCI-6221的设备属性、与附件的连线方式等。 3、学习使用VI程序控制PCI－6221卡进行数据采集。
二、实验环境： 软件：中文Windows2000xp，LabVIEW 8.2.1或以上版本，NI MAX7.4或以上版本。 硬件：微型计算机、数据采集卡PCI-6221(68Pin)、连接器CB-68LP、电流-电压转换器。
三、 实验原理： 1、 PCI－6221卡将作为本次实验的数据采集卡，本实验主要使用其AI和AO通道，VI程序通过它来实现虚拟仪器的模拟信号采集和输出功能，下面就对它的功能予以介绍。PCI-6221卡是基于PCI总线的高性能、多功能的数据采集卡。它有16个单端输入或8个差分输入，1个16位的逐次逼近式ADC，2个以电压输出的16位DAC。PCI-6221的I/O分布如下图所示： 所有I/O连接板引脚由五组引脚组成：模拟输入信号引脚、模拟输出信号引脚、数字I/O信号引脚、定时I/O信号引脚和电源信号引脚。在本实验中只用到了Aix(x为0~15)模拟输入和AO0模拟输出通道，下面对其进行介绍。 （1）模拟输入信号AIx的连接。 模拟输入信号与PC-6221卡的连接方式取决于PCI-6221卡的模拟输入电路的配置方式和输入信号源的类型。在本实验中，计算机与模拟输入信号源(****实验装置的下水箱液位传感器输出的经电流-电压转换后的1~5V电压信号)与PCI-6221卡具有1个公共的参考点（AISENSE），但该参考点并非为地电压，所以采用无参考地的单端测量接线方式（使用NRSE方式）。输入信号连接在PCI-6221卡AIx通道上，而信号的参考点应连接在PCI-6221卡的AISENSE引脚上。 可使用NI MAX观察模拟输入信号与CB-68LP和PCI-6221的AIx（ x为各实验小组组长学号的最后1位）通道的连接方式，，方法如下： ① 在MAX中创建NI DAQmx任务，任务属性为“模拟AIx通道电压输入”、“NRSE接线方式”：. ② 点击NI DAQmx任务属性界面中的“连线图”，即可观察到连线方式（以AI0通道的连线方式为例），如下图所示：
（2）模拟输出信号的连接。 I/O连接板的22号引脚为模拟输出信号AO0的正端，54和55号引脚作为输出通道的地参考。DA输出信号范围：双极性为±5V，单极性为0－10V。
3、LabVIEW8.2.1中涉及到模拟输入和模拟输出的操作函数在函数模板中的“测量I/O”>>“DAQmx-数据采集“子模板中。本次实验中，需要使用以下几种函数对PCI-6221卡进行操作： （1）对单通道模拟输入的操作： ·DAQmx Creat Virtual Channel.VI：用于创建一个或一批虚拟通道，在其“物理通道”端口选择PCI-6221所对应的设备号，并设置好通道、输入上下限、接线方式等参数； ·DAQmx Timing.VI：用于设置通道的采样频率、采样时钟源、采样模式等参数； ·DAQmx Start.VI：用于启动一个输入/输出任务，当启动后PCI-6221即可按设定的方式 将数据采集/输出发送到计算机的缓存中； ·DAQmx Read.VI：用于从缓存中读出所采集到的数据； ·DAQmx Stop.VI：停止数据采集任务； ·DAQmx Clear.VI：用于清除DAQmx任务并释放缓存。 （2）对模拟输出的操作： ·DAQmx Write.VI：用于向缓存中写入需要输出的数据；当写入缓存后，使用DAQmx Start.VI启动任务，PCI-6221即可按设定的方式将数据从缓存中发送到计算机的AO通道； ·DAQmx Wait Until Done.VI：该VI用于确保在任务结束前输入或输出数据的操作已完成，通常用于有限采样（Finita Samples)的输入或输出操作。
四、实验内容： 1、 利用NI MAX配置PCI-6221数据采集卡，以****实验装置的下水箱液位传感器输出的1~5V电压信号为模拟输入信号，在MAX中观察模式输入信号与CB-68LP和PCI-6221的AIx（ x为各实验小组组长学号的最后1位）通道的连接图（采用NRSE连线方式）。 2、 根据观察到的连线方式，完成模式输入信号与CB-68LP的连线。 3、 手动控制****实验装置的电磁阀，将控制信号设置为最大（20mA），使流量最大（则下水箱液位将不断上升直到最大值），从PCI-6221卡的通道AIx中对下水箱液位数据进行采集（在While循环中进行有限采样，循环间隔为100ms，采样速率设置为10kHz，每次采集100个点，然后对这100个点取平均值，将平均值的范围强制在1~5V（即平均值低于1V就设置为1V，平均值高于5V就设置为5V），并转换为对应的液位值（0~100，即1V对应液位0，5V对应液位100，以此类推）后，使用波形图表将液位值曲线显示出来，观察曲线与实际的下水箱液位之间的关系。 4、 将液位值曲线及其对应的采样时间保存在一个文本文件中。 5、 将PCI-6221卡的AO0通道与****实验装置的电磁阀控制通道相连接；因为电磁阀控制信号为4~20mA的电流信号，而PCI-6221只能输出电压信号，因此必须将电压信号通过转换电阻转换为电流信号。 6、 用PCI-6221卡的AO0输出一个范围为2.0~3.0V，步长为0.1V的电压值，观察电磁阀的开度与输出电压的关系。 五、 实验截图 六、 回答以下问题：
① 在实验步骤3中，为何将每次采集100个点取平均后作为液位测量值，而不是每次采集1个点直接作为液位的测量值？ 答：每次采集100个点取平均值后作为液位的测量值与每次采集1个点直接作为液位测量值与每次采集1个点直接作为液位的测量值相比可大大的减少随白噪声带来的误差，提高测量的准确度。以为白噪声是无处不在的，但是在一段较长的诗句范围内，白噪声的幅值平均为零，采样100个点取平均后可以近似消灭白噪声对测量结果影响。而每次只采样一个点是不可能消除白噪声对测量结果的影响的。
② 采集100个点的时间比采集1个点的时间要长，这对测量结果的影响是否很大？为什么？ 答：影响不大。因为采样频率为10000Hz，采样100个点的时间为10ms，在这10ms时间内水箱液位的变化可近似为零，也就是说在10ms时间里水箱液位值可以看做是不变的。所以测量值绝对能可靠的反映实际的液位值。 实验三 基于LabVIEW和PCI-6221的单容水箱液位控制系统 张凯强 0902100202 一、 实验目的： 学习如何利用LabVIEW开发平台设计一个单回路的单容水箱液位控制系统，使用PID控制算法使液位保持在值上。
二、 实验环境： 软件：中文Windows2000xp，LabVIEW 8.2.1或以上版本，NI MAX7.4或以上版本。 硬件：A3000高级过程控制系统、微型计算机、数据采集卡PCI-6221(68Pin)、连接器CB-68LP、电流-电压转换器。
三、 实验系统的系统流程图
LT电流-电压转换
4~20mA
出水1~5V
CB-
LP68
A/D转换PCI-6221PID运算、数据显示PC+LabVIEWPID运算结果D/A转换AIxAO0
LC
进水下水箱储水箱增压泵
电磁阀电压-电流转换
1~5V
4~20mA
四、实验原理 1、基本原理 本实验采用PC+LabVIEW软件作为液位控制器（LC），将液位控制在设定高度上。将液位传感器（LT）输出的4~20mA电流信号转换为1~5V电压信号后，使用PCI-6221数据采集卡的AIx通道进行采集并上传到计算机（具体的连线方法和采样设置请参照实验二进行），然后在LabVIEW程序中编写PID控制程序，根据P、I、D参数进行PID运算，将PID运算结果（即控制信号u）经PCI-6221的AO0通道输出到电磁阀，控制电磁阀调节水箱的进水流量，从而达到使液位值稳定在设定值上的目的。 2、增量PID控制算法 本实验采用增量PID控制算法，其计算公式为： CID0
()[()(1)]()[()2(1)(2)]()()ukKekekKekKekekekukuku
式中，△u ( k ) 为PID 调节器增量输出值；KC 为PID调节器的比例系数；K I 为PID 调节器的积分系数；K D 为PID调节器的微分系数； k 为采样序号( k= 0,1, 2, … )；e( k ) 为第k 次采样时的偏差值；e ( k - 1)为第k-1次采样时的偏差值； e ( k -2) 为第k-2次采样时的偏差值；u(k)为本次PID运算输出的控制信号，u0为上次PID运算输出的控制信号。 液位控制系统结构框图如下图所示：
五、实验步骤 1、 参照实验二的方式将液位传感器信号通过CB-68LP与PCI-6221的AIx（ x为各实验小组组长学号的最后1位）进行连接；将PCI-6221的AO0通道与A3000高级过程控制装置的电磁阀控制端口相连接。 2、 在LabVIEW中编写PID控制程序： ① 前面板设计 前面板要求能够显示当前的采样电压值及其对应液位值（液位值用图形方式进行显示），能够通过输入控件设置液位设定值和KC、K I、K D这三个参数值和，还能将当前液位值、设定值和PID控制信号u的曲线在同一个波形图表中进行显示。 ② 程序框图设计 程序框图使用While循环，按照实验二的设置对当前液位值进行采样，并计算出偏差值e(k）；根据e(k），按照增量PID控制算法计算出控制信号u(k)，按照实验二的设置将u(k)通过PCI-6221的AO0通道输出到电磁阀的控制端口以对进水流量进行控制。 ③ 注意事项 当停止程序时，设计一个VI，将电压“0”输出到PCI-6221的AO0通道，以防止AO0通道长期保持高电压状态。 4、 运行程序，在纯比例控制下（K I=0、K D=0），给液位设定值加入阶跃信号（注意：只有当系统稳定后才能加入新的阶跃信号），观察并记录在不同的KC值下系统的响应曲线，记录下最佳响应曲线对应的KC值。 5、 加入积分作用，在PI状态下整定系统，观察并记录在不同的KI值下系统的响应曲线，与纯比例控制的效果进行对比。
控制器 电磁阀 水槽（液位）
液位测量装置
扰动 +
-