基于LabVIEW和声卡的数据采集系统

发布日期:2005-10-23　作者癸氧喹酯:魏晨阳朱健强来源:微计算机信息

摘要：本文提出了一种基于角钉LabVIEW和声卡的数据采集系统，该方法实现简单、性价比高。生成的采集软件交互性好，操作方便，并且可以根据用户的需求进行功能扩充，为低成本下构建数据采集系统提供了一种思路。
关键词：LabVIEW，声卡，数据采集

1. 引言
数据采集系统的主要任务是将被测对象的各种参数做A/D转换后送入计算机，并对采到的信号做相应的处理。数据采集系统分为软件和硬件两部分。
数据采集软件通常根据用户的要求进行编写，选择好的开发平台可以起到事半功倍的效果。超滤膜壳LabVIEW是一个较好的图形化开发环境，它内置信号采集、测量分析与数据显示功能，提供超过450个内置函数用于分析测量数据及处理信号，将数据采集、分析与显示功能集中在了同一个开放式的开发环境中。LabVIEW的交互式测量助手 (assistant) 、自动代码生成以及与多种设备的简易连接功能，使它能够较好地完成数据采集。
数据采集硬件包括传感器、信号调理仪器、信号记录仪器。前两者已有专门的厂商研发。计算机采集卡是信号记录仪器中的重要组成部分，主要起AD转换功能。目前主流数据采集卡都包含了完整的数据采集功能，如NI公司的E系列数据采集卡、研华的数据采集卡等，这些卡价格均比较昂贵。相对而言，同样具备A/D功能的声卡技术已经成熟，成为计算机的标准配置，在大多数的计算机上甚至直接集成了声卡功能，无需额外添加配件。这些声卡都可以实现两通道、16位、高精度的数据采集，每个通道采样频率不小于44KHz。对于工程测试，教学实验等用途而言，其各项指标均可以满足要求。

2. 采集系统的组成原理
2.1采集系统的硬件组成
buckboost电路典型数据采集系统的硬件组成有通用的模式，如图1。

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按照测试的内容选择适当的传感器和与之相配套的信号调理仪器。信号记录仪器采用计算机，计算机内置的声卡作为A/D转换设备。由于声卡是计算机的标准配置，有成熟的驱动程序和操作系统配合，因此无需考虑软硬件方面的兼容问题，在跨操作系统平台时也不存在程序的移植问题。
丙纶长丝2.2采集系统的软件组成
采集系统软件分为数据采集和数据分析两大部分，利用LabVIEW编制。LabVIEW采用图形化开发环境，以数据流驱动程序的运行。
数据采集部分实现数据的采集与存盘功能，根据设定的采样频率从声卡获取用户需要的数据。采集到的数据在存盘的同时送计算机屏幕作为时域监控，并提供初步的频谱分析。
数据分析部分实现的功能根据后处理需要而定，但其基本功能为：从数据文件读取数据，显示数据的时域图和频谱图，按所需对数据做局部分析。

3. 应用实例
如图2所示，在光学-机械系统中，由于光路的需要，光学元件调整架固定在一套桁架的悬臂结构上。光学元件的基座振动常常会影响光学系统的传输性能，因此有必要对其加以采集、分析，并以此为据采取相应的解决方法。

图2 被测的光学-机械系统

在悬臂结构的下表面贴应变片作为传感器，测试此基座的振动特性。信号调理仪器采用华东电子仪器厂产的YD-21动态电阻应变仪，其输出信号为与被测量相关的电压值。将YD-21的输出接到声卡的输入端口Line In上。
采集软件采用LabVIEW编制。LabVIEW提供声卡的操作函数工具箱Functions>>Graphics & Sound>>Sound。根据需要，采集软件除存盘和显示采到的信号波形外，还应同时显示功率谱密度波形（PSD）。在LabVIEW中，提供Functions>>Analyze>>Waveform Measurements>>FFT Power Spectral Density.vi——PSD函数模块供调用，实现功率谱密度分析。采集程序框图如图3所示。

图3 程序框图

采集前设置好各采集参数，并在计算机的“Recording Control”中将录音选项的音源选为Line In。采集到基座的阻尼衰减振动波形后，对其做频域分析后，得到它的功率谱密度波形，上下对比参考，知该悬臂结构自振频率约为7.41Hz，如图4。

4. 结语
声卡A/D转换性能优越，技术成熟，配合LabVIEW强大的数据采集与处理功能，可以构建性价比相当高的数据采集系统。但在采集数据，特别是低频数据时，应优先选择有Line In输入的声卡。如果采用Audio In（或称MIC）输入则对于直流分量的损失很大，在被测信号的频率很低，特别是小于20Hz以后，效果不够理想。本文结合实例给出了利用声卡和LabVIEW构建数据采集系统的方法，为低成本下构建数据采集系统提供了一种思路。

参考文献
1. 约翰逊•《LabVIEW图形编程》•北京：北京大学出版社，2002
2. 石博强•《LabVIEW 6.1编程技术实用教程》•北京中国铁道出版社，2002

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