基于LabVIEW的数据采集与信号处理系统设计

摘要 为了有效地进行数据的采集和处理，发挥LabVIEW的可视化优点，介绍了一种利用数据采集卡PMD-1608基于LabVIEW进行多通道数据采集和处理的系统设计方法。该系统可实现8通道数据采集，信号分析，以及对数据的同步存储。
关键词 PMD-1608；数据采集；LabVIEW；信号分析

    美国国家仪器公司(NI)的创新软件产品LabVIEW自1986年问世以来，在研究、制造和开发的多项领域得到应用。从探索研究到技术集成，都可以发现LabVIEW应用的成果和开发的产品。LabVIEW是给予图形化变成G语言的高效开发软件，包括用于数据采集、分析、表达和数据存储的库函数，编程简单，适合于数据采集和控制、数据分析以及数据表达。

1 数据采集卡PMD-1608介绍
    数据采集卡PMD-1608是MCC产品，为USB接口是性价比较高的多功能数据采集控制器。它便于计算机与外部物理世界联系起来，被广泛地应用于测试仪器、工业过程控制，数据监视等各种数据采集和控制场合。其主要性能及特点有
    (1)8路独立A／D通道，16 bit分辨率，50 kHz的采样速率。
    (2)单通道连续采集模式时，任一通道最大连续采样50 ksample·s-1。
    (3)多通道连续采集模式时，单通道最大连续采样100 ksample·s-1，双通道连续采样50 ksample·s-1，四通道连续采样25 ksample·s-1，依此类推。
    (4)触发模式工作时，8通道都能以50 ksample·s-1采样速率同时采集。
    (5)触发模式工作时，每通道缓存32 kB。
    (6)输入电压范围：±10 V，±5 V，±2 V，±1 V。
    (7)8个数字量输入，有外部数字触发输入。
    (8)USB2．0接口兼容USB1．1，即插即用，无需外接电源。

2 LabVIEW简介
    由美国NI公司研制的LabVIEW(Laboratory Vinual Instrument Engineering Workbench)是一种基于图形编程语言的开发环境。LabVIEW功能强大、灵活方便。与传统编程语言有诸多相似之处，如相似的数据类型、数据流控制结构、程序调试工具等。但两者最大的区别在于传统编程语言是用文本语言编程，而LabVIEW用图形语言编程。编程简单方便、界面形象直观、具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点。
    一个LabVIEW程序主要包括3个部分：前面板、框图程序、图标／接线端口。前面板是LabVIEW程序的交互式图形化用户界面，用于设置用户输入和显示程序输出，目的是模拟真实仪器的前面板。框图程序则是利用图形语言对前面板上的控制量和指示量进行控制。图标／接线端口用于把LabVIEW程序定义成一个子程序，以便在其它程序中调用，这使LabVIEW得以实现层次化、模块化编程。

3 系统整体方案设计
    实验测试平台的数据采集系统以LabVIEW为软件设计平台，由电极、数据采集模块PMD-1608和计算机组成。电极分为激励电极和测量电极，在测量电极上采集到的同步实时数据直接通过数据采集的USB口传入计算机，计算机对传入数据进行处理、显示，并保存处理结果。系统还为用户提供了良好的人机交互界面，界面主要分为3部分：(1)采集设置窗口，用户可以实时在面板上设置系统的采样率、采样点数以及滤波方式、滤波阶次和截止频率设定等。(2)数据波形显示窗口，用户可以在该面板上看到采集的数据波形以及各通道各点电压值。(3)滤波波形显示窗口，用户可以在该面板上看到经切比雪夫滤波器滤波后数据波形以及各通道各点电压值。
3．1 数据采集程序设计
    数据采集程序的主要功能是：对数据采集模块的采样率、采样点数、采样形式和采样通道等进行设置，并将采集到的数字量转换成信号电压值。数据采集参数设置窗口如图1所示。

    数据采集程序框图如图2所示。该程序框图中包括的函数有：AlnScFg、OptAln、SelChan、ToEng等。
    AlnScFg该函数节点的主要作用是对采集卡的模拟通道进行扫描采样，并将预先设定的采集点以向量形式储存，当全部采集结束后，停止工作。

    OptAln该函数节点主要作用是对数据采集模块的时钟、触发、采集、储存等方式进行设置，其输出须与AlnScFg函数节点相连接，文中只对采样形式进行了设置，其它输入量皆为默认值，可不连接变量。
    SelChan该函数节点主要作用是将指定的模拟采集通道采集到的数据从AlnScFg函数节点锁输出的向量中分离出来。
    ToEng该函数节点主要作用是将采集到的数字量转换成计算机显示界面上的等效电压值。
3．2 采集波形显示窗口设计
    采集波形显示窗口前面板显示如图3所示。采集波形显示窗口程序框图如图4所示。8个通道采集到的8组数据电压幅值可以直接以文本的形式实时保存。

3．3 滤波波形显示窗口设计
    滤波波形显示窗口如图5所示。

     滤波程序功能主要是对采集的数据波形进行滤波处理，滤波程序部分框图如图6所示。

     滤波波形显示程序功能是将滤波后的数据及波形进行显示，并将数据保存为文本文件，滤波波形显示程序框图如图7所示。8个通道的信号波形经滤波后各通道电压幅值可以直接以文本的形式实时保存。

4 实验
    通过函数发生器向发射电极发射振幅为2．5 V，频率为10 Hz的正弦信号，接收电极通过数据采集卡的8通道同时采集接收，接收到的信号如图8所示。

    由图8可以看出，采集到的波形存在干扰，会对后期数据处理产生误差，因此需要滤波处理。滤波器在参数设置窗口可以任意设置，先选用低通滤波器对波形进行处理，滤波后的波形如图9所示，经滤波处理后的波形变得平滑。

5 结束语
    利用采集卡PMD-1608与LabVIEW开发的数据采集与信号处理系统完成了信号的采集设置、显示、滤波以及对信号的实时保存等功能。该系统与传统的数据采集系统相比，价格低廉、使用性强、开发周期短、数据处理简便，缩短了开发的周期。