测控系硬件选择.docx

1、测控系硬件选择测控系硬件选择：目 录一、 软件系统（NI LabVIEW）(一) 快速编程：1) 图形化编程、数据流显示2) G编程的优势、直观的图形化编程3) 交互式调试工具4) 自动并行机制与性能5) 低层任务的抽象6) 结合G与其他语言(二) LabVIEW的硬件集成：1) 连接任意硬件 2) NI硬件3) 第三方硬件4) 迅速查找合适的驱动软件5) 便捷地访问函数6) 轻松测试物理连接7) 通过一致的编程方式, 进行开发8) 选择数千种范例, 杜绝从头开始9) 无缝地连接LabVIEW(三) 高级内置分析和信号处理1) 自由选择最适合分析的方法 ：借助在线分析, 加快决策、逐点分析带来

2、更贴近输入信号的智能、通过离线分析查看数据、在LabVIEW中保存并调回适合更多分析的数据、数据便携性确保您永不触及盲端 、通过保存仅需数据节省时间、全面、可靠的功能2) 内置函数的扩展程序库（850个内置信号处理、分析和数学函数）使用Express VI来交互式配置分析、LabVIEW还包含Express VI来实现高级功能3) 借助可靠的分析函数节省时间在LabVIEW中结合数学方法和自然基于文本的数学、通过MathScript窗口交互地查看数据4) 验证算法 5) 轻松定制规程 通过信号生成功能简化开发6) 通过附加工具扩展分析高级信号处理、联合时频分析 (JTFA) 、小波分析、基于模

3、型的频谱分析、数字滤波器设计、声音与振动分析、图像处理、RF 、WLAN 、RFID (四) LabVIEW数据视觉化和用户界面设计1) 快速显示并查看数据2) 创建自定义用户界面 3) 减少多种工具的使用困难4) 视觉化和UI功能5) 模拟和数字波形图6) 图片控件和修饰7) 专用曲线和控件8) 控制设计与仿真9) 图像处理与机器视觉 10) 数据记录和监控11) 控件编辑器12) 一、 软件系统（NI LabVIEW）工程师和科学家可使用NI LabVIEW图形化编程环境，借由直观的图标和连线，开发复杂且类似流程图的测量、测试和控制系统。 它既能无可比拟地集成数千款硬件设备，也能通过上百个

4、内置库实现高级分析和数据的可视化两者都能创建虚拟仪器。 NI LabVIEW平台可在多种终端和操作系统中扩展，并且自1986年推出便成为行业领袖。NI LabVIEW平台主要有以下特点：(一) 快速编程：1) 图形化编程、数据流显示无需编写多行文本, 而通过拖放式图形化功能块编程，借助直观流程图, 轻松开发、维护和理解代码。LabVIEW与其他大多数通用编程语言存在两点主要差异。首先，进行G编程需要将程序框图上的图标连接在一起，之后程序框图被直接编译为计算机处理器能够加以执行的机器码。采用图形而非文本代表自身的G，包含与最传统语言相同的编程概念。例如，G包含所有标准构造，如：数据类型、循环、事

5、件处理、变量、递归、面向对象的编程。第二项主要区别在于：由LabVIEW开发的G代码，其执行时遵照的规则是数据流，而不是大多数基于文本的编程语言（如：C和C+）中更传统的过程化方式（即，被执行的命令序列）。G等数据流语言（以及Agilent VEE、Microsoft Visual Programming Language、Apple Quartz Composer）将数据作为支持各类程序的主要概念。而数据流执行模式是由数据驱动的，或者说是依赖于数据的。是程序内节点间的数据流动，而非文本的顺序行，决定着执行顺序。 这种差别起初也许不大，影响却是非凡的，因为它让程序组件间的数据路径成为开发者关注

6、的重点。LabVIEW程序中的节点（即：函数、循环等结构、子程序）获取输入数据、处理数据并生成输出数据。一旦所有给定节点的输入都包含有效数据，该节点就会执行其逻辑、产生输出数据并将该数据传递至数据流路径中的下一个节点。从别的节点接收数据的节点只在别的节点执行完以后才开始执行。2) G编程的优势、直观的图形化编程 与大多数人一样，工程师和科学家可通过查看和处理图像来学习，根本无需有意识的冥想。许多工程师和科学家还会被描述成“视觉型思考者”，这表示他们尤其擅长通过视觉处理组织信息。换句话说，他们最擅长图像化思考。这往往在高校中得到强化，那里的学生被鼓励使用流程框图的形式来构建问题的解决方案。然而，

7、大多数通用编程语言需要您花大量时间学习与该语言相关的特定文本语法，再将语言的结构映射至正被解决的问题。搭配G的图形化编程，提供更直观的体验。 G代码通常更易于工程师和科学家迅速理解，因为它们与显示有很大关联，甚至能以图解形式对程序框图和流程图的过程与任务进行建模（这也遵循了数据流规则）。此外，由于数据流语言须要您将数据流的程序结构作为基础，所以在思考时得关注需要解决的问题。例如，典型的G程序可能首先采集多条通道的温度数据，再将数据传送至分析函数；最后将分析后的数据写入磁盘。总体而言，数据流和涉及该程序的步骤在LabVIEW框图中易于理解。3) 交互式调试工具 由于LabVIEW图形化G代码易于

8、理解，常见编程任务（如：调试）也就更直观。例如，LabVIEW独一无二的调试工具，既有助您在数据途经LabVIEW程序的连线交互移动时进行查看，也有助您看清数据值沿连线从一个函数向另一个函数传递时（LabVIEW在高亮显示执行时）的过程。4) 自动并行机制与性能 数据流语言（如：LabVIEW），实现了自动平行化。相对于顺序语言（如：C和C+），图形化程序内含代码中哪些部分应当并行执行的信息。例如，常用的G设计模型是生产者/消费者设计模式，其中2个独立的While循环独立运行：第一个循环负责生成数据；第二个循环负责处理数据。尽管并行执行（可能会按不同速度），数据在使用队列的2个循环之间传送；队

9、列是通用编程语言中的标准数据结构。5) 低层任务的抽象 正如FORTRAN所展现的，抽象是更高级编程语言的一项主要优势；它比起较低层级的语言能够更直观地诠释程序。G自行解决了许多您通常在文本编程语言（好比内存使用）中必须应对的挑战。文本语言中，一旦不再需要内存，您便负责在使用和释放内存前予以分配。同时，您还必须记得：所写入数据不得超过已分配的内存容量。因此，对于使用文本编程语言的用户来说，最大问题之一是无法分配内存或分配足够的内存。内存分配不足也是很难调试的问题。 自动内存处理是用G编程的一项主要优势。使用G，您既不用分配变量，也不用为变量交互赋值。相反，像早先解释的那样，您只需创建带有连线的

10、程序框图来表示数据的传输。LabVIEW程序框图上自动生成数据的节点，负责为该数据分配存储。当数据不再被使用，其占用的内存也将被自动释放。如果向数组或字符串添加新数据，LabVIEW将自动分配更多的内存来管理这些新数据。低层次内存管理细节的消除，让您不再关注正在试图解决的问题，而是研究程序执行中与防止运行时错误相关的复杂规则。 与此同时，如果希望对G内存的使用进行低层控制，您能够使用内置的内存管理工具来帮助监测内存；这是一类选择参加的方式，您既能在特定应用里使用，也能单单在应用的一部分里使用。如果您断定内存使用对LabVIEW程序来说是一个问题，可以通过更高级编程技巧来降低使用中的内存量。6)

11、 结合G与其他语言 尽管G代码能够出色地代表并行机制并让开发人员无须理解和管理计算机内存，却未必适合所有任务。特别是，数学公式和方程往往能够更简洁地被文本代表。因此，您可使用LabVIEW，将图形化编程与多种形式的文本编程相结合。搭配LabVIEW时，您能选择文本方式、图形化方式或将两者结合。(二) LabVIEW的硬件集成：1) 连接任意硬件 LabVIEW有助您通过单一开发环境使用各类硬件。连接可通过驱动软件实现；驱动软件可作为LabVIEW和硬件之间的通信层。LabVIEW驱动软件提供的无缝集成跨越多类仪器、总线和传感器，其中包括：数据采集设备、箱式仪器、模块化仪器、运动控制器和电机驱动

12、器、机器视觉和图像处理硬件、无线传感器、现场可编程门阵列(FPGA)。在极少数情况下LabVIEW驱动并不存在，您还能从其他编程语言导入驱动或使用低层通信来执行自身驱动。2) NI硬件 凭借在过去10年中售出超过5000万条I/O通道的佳绩，NI成为基于PC的数据采集(DAQ)产品全球翘楚，并为用户提供着最完备的数据采集产品，运用于台式、便携式、工业和嵌入式应用系统。您能使用NI-DAQmx驱动软件，将多种主流总线（包括：USB、PCI、PCI Express、PXI、PXI Express、无线和以太网）的200余款数据采集设备集成至LabVIEW。 除了数据采集硬件，NI还提供其他专项测试

13、、测量和控制硬件。模块化仪器可同步针对自动化测试系统的测量、信号生成、射频(RF)和开关组件。NI可编程自动化控制器，兼具PLC的坚固性和PC的性能，适合工业测量和控制应用。视觉设备还提供许多传统传感器缺乏的独有功能，如：验证元件安置、对物理元件计数、读取条形码。各类硬件均包含各自的驱动软件，以便轻松集成到LabVIEW。范例包括:数字万用表 高速数字化仪 (示波器) 射频信号分析仪 射频信号发生器 信号发生器 高速数字I/O 开关 可编程电源 可重新配置FPGA I/O 运动控制器 视觉系统 针对所有这些产品的驱动程序都将LabVIEW纳入设计考虑并能够便捷访问硬件全部的现有功能。驱动程序可

14、直接安装至LabVIEW并将新型函数加入函数选板，用户因而无需耗费时间就能定位硬件驱动并使用它们。NI设备驱动程序通常可实现为设备取别名和硬件模拟等高级功能，于是用户手头无需具有特定设备就能开发软件。只要设备支持相同功能，驱动程序就能匹配新设备，即使潜在技术改变巨大（如：从基于PC的数据采集设备演变至无线设备时）。3) 第三方硬件 LabVIEW不仅能连接至NI硬件。LabVIEW还能通过仪器驱动程序，连接至数千款第三方仪器。仪器驱动程序网络(IDNet)可为超过275家第三方厂商的仪器提供8,000多种免费驱动程序，令您的硬件能够搭配LabVIEW。 由于这些驱动程序大多数都接受NI认证，它

15、们达到NI的质量与可用性标准并且获得NI应用工程师的支持。 您若无法找到适合仪器的仪器驱动，或者您希望为现有驱动添加函数，LabVIEW向导可自动生成代码，从而快速创建开发仪器驱动所需的架构。LabVIEW包含的函数可连接主要仪器控制标准，如：GPIB、串口（RS232、RS485和RS422）、USB、VXI、PXI、以太网、IEEE 1394、VISA、Modbus和OPC服务器。4) 迅速查找合适的驱动软件 通过，用户可查找数千款针对NI硬件和第三方仪器的免费驱动程序。所有NI硬件都附有免费LabVIEW驱动软件，但如果您失去驱动程序光盘或需要升级，便可以轻松搜寻以查找最新版本。多数第三

16、方厂商还将LabVIEW驱动程序随附于仪器。IDNet拥有几乎所有这些驱动；它集合业内最多的仪器驱动程序，范围涵盖众多供应商提供的数千款仪器模型。除了搜寻IDNet，用户还能使用LabVIEW仪器驱动程序查找器来搜寻第三方仪器。LabVIEW可自动检测已连接的仪器并在IDNet中搜寻与仪器报出的型号匹配的仪器驱动程序。仪器驱动程序查找器还能下载并安装驱动程序，该过程仅需数秒。5) 便捷地访问函数 硬件驱动器软件接受安装后，便被直接集成至提供选板的LabVIEW，以便用户便捷访问函数。用户可将函数轻松拖放至程序框图，从而配置和控制硬件设备。一经安装，这里所有的硬件驱动程序都可接受使用和再次使用，

17、而无须添加特殊的包含指令或加载单独的文件。您无需找寻文档每个LabVIEW函数都有自己的语法帮助路径。只需将鼠标悬停在函数上，就能看到对它操作的说明和它使用的参数类型。6) 轻松测试物理连接 某些驱动软件包含的特征甚至有助合理设置并测试物理信号连接。例如，NI-DAQmx驱动提供的连接图，展现了进行特定测量所需的各类连接。尽管参阅用户手册是一个好方法，这类连接图却能够极大地节省时间。此外，NI-DAQmx驱动包含的测试面板还能绝佳地测试由设备和物理连接采集和生成的实际信号并处理有关故障。7) 通过一致的编程方式, 进行开发 LabVIEW驱动可将底层硬件指令提炼为易于理解的高层函数。大多数La

18、bVIEW驱动还使用类似的编程框架。硬件操作的流程通常是：首先打开硬件连接、配置硬件设置、将数据读或写至硬件，并最终关闭硬件连接。由于大多数驱动都遵循该架构，了解一类新驱动相对简单，并能节省开发时间。8) 选择数千种范例, 杜绝从头开始 无论您是使用LabVIEW的新手还是老道的程序员，NI范例查找器都是难以致信的有效开发工具。您能搜索或通览范例程序，其范围包罗万象，从分析和显示到针对驱动软件的特定范例。用户可根据应用需要修改现有实例程序，或将范例内容复制并粘贴至自己的程序。范例如此繁多，用户根本无需从头开发应用程序。9) 无缝地连接LabVIEW 通过连接数千种不同的硬件设备，LabVIEW

19、可绝佳地将硬件连接至PC。此外，LabVIEW借助便捷特性和提供各类硬件上的常用编程框架，有助节省开发时间。然而，LabVIEW绝不只是一类针对硬件的接口。LabVIEW还提供数千种内置分析函数、用于建专业用户界面并显示数据的拖放控件、将数据轻松保存至磁盘并保存报表的方法、进行协作与支持的活跃型全球用户社区。借助自身无可比拟的硬件集成和其他超凡特征，LabVIEW成为业内领先的软件平台。 (三) 高级内置分析和信号处理1) 自由选择最适合分析的方法 用户可选用多种方式将分析纳入配有LabVIEW的应用中。通常，用户希望将最适合的决策方式作为分析结果。借助在线分析, 加快决策 在线分析表明：数据

20、接受相同应用程序的分析和采集。若应用程序可根据进入数据的特征监测信号并改变行为，用户就需要在采集数据时加以分析。通过测量和分析信号的某些方面，用户能让应用适合某些情况并启用合适的执行参数可以将数据保存至磁盘或提高采样率。尽管这只是一个范例，但有数千种应用程序都需要一定的智能（根据不同的条件作出相应决定的能力）；适应性也是必需的，只能将分析算法添加到应用程序中才有实现的可能。 通常，作出决定基于数据自动化。这意味着：逻辑被构建至应用程序，以处理某些行为。例如，当温度越过阈值或振动水平过高时，工厂监控系统会点亮1个LED来给出提示。然而，并非所有基于采获数据的决定都是自动作出的。为确定系统是否按预

21、期运行，用户往往必须监测执行。您不应记录数据、从文件或数据库中提取数据，再对它进行离线分析只为发现采集中的问题，而应在采集数据时辨识问题。这些时候，应用程序必须处理采获的数据，再用一种最适用的方式对数据进行处理、简化、规范化和显示。LabVIEW中对话的内置套件，可令创建的应用程序向操作人员或用户提供选件。例如，若温度过高，对话可以敦促操作人员采用指定操作，然后按“确定(OK)”或“继续(Continue)”按钮，继续应用程序。 无论决策是由内置逻辑还是人类用户做出，LabVIEW均提供分析和数学规程，从而完美结合数据采集函数和显示功能。这让它们可能被轻松构建至各类应用程序；用户无需按照各色工

22、具的需要繁琐地为数据赋予不同格式。此外，LabVIEW提供用于逐点执行的分析规程；这些规程的设计可专门满足实时应用程序中在线分析的需求。逐点分析带来更贴近输入信号的智能 逐点分析是在线分析的子集；其结果在单个而非一组样本获取后计算得到。在处理能提供高速、确定单点数据采集的控制过程中，此类分析是必要的。逐点的方法简化了设计、实施和测试过程，因为应用程序流和应用程序所监视和控制的真实世界中的自然流动十分相似。通过离线分析查看数据 采用分析规程时，在线分析不总是正确的方法。若用户无需在采集数据时做决定，可选择进行离线分析。通常，离线分析应用的目的是：通过多个数据集的相互关联，识别变量的成因和影响。由

23、于此类分析在数据采集后做出，用户不受数据采集的定时和内存限制；进行此类分析只需获得足够用的计算资源。这为分析提供了几项优势。首先，离线分析提供强大许多的数据交互性，令您能够真正探究原始数据和分析实现结果。直方图、趋势分析和曲线拟合都是常见的离线分析任务。另外，考虑到处理大数据量数据时，信号处理算法所耗用的大量时间，在线采集的瓶颈不再是关注的焦点。在LabVIEW中保存并调回适合更多分析的数据 分析采集范畴外被采获的数据通常需要用户将数据传输至文件，无论它具有二进制、文本还是自定义格式。LabVIEW兼容各类标准文件格式，但DataPlugins扩展了LabVIEW的数据文件支持能力。用户可使用

24、DataPlugins来描述各类自定义文件格式并告诉LabVIEW如何诠释包含存储数据的数据文件。将信号处理应用于采集到的数据，无论是从硬件设备实时采集还是直接打开文件获取数据，流程都是一样的。数据便携性确保您永不触及盲端 使用LabVIEW时，用户无需脱离LabVIEW环境，就能解决更多的应用问题。有时用户仍需将数据带入另一个工具，在公司内进行离线分析或推广。例如：迁移Microsoft Excel等程序，要先将采集的数据保存至格式可被Excel理解的文件，再在Excel中打开该数据。通常，诠释格式化和不同应用程序之间文件兼容性差异的必要步骤，对您而言只是另一项开发者需承担的任务。所幸，La

25、bVIEW有助通过内置和附加工具，简化这些通常累赘的步骤。LabVIEW提供的内置函数，既能将数据直接传输至Microsoft Excel从而将数据保存为兼容格式，也能通过LabVIEW报告生成工具包帮助用户自动创建源自采集和分析代码的报告。如需对数据加强交互式分析，LabVIEW可很好地配合NI DIAdem数据管理和交互式分析软件。通过保存仅需数据节省时间 想在屏幕上查看数据，单凭数据的采集和处理往往是不够的。您有时需要保存采集的数据以备今后参考；在硬盘和数据库中存储数百或数千兆字节的数据也并不稀奇。应用程序运行了一次乃至上百次后，用户继而可以提取信息以便作出决定、比较结果、对过程做适当的

26、修改，直到获得满意的结果。 盲目存储所有采集的数据，使累积大量数据相对容易，以至其变得无法管理。借助快速数据采集卡和足量的通道数，只需数毫秒就能获取数千个值NI PCI-6115 S系列数据采集(DAQ)卡每秒采集超过57 MB的原始数据。搞清所有数据的意义并不是一项琐碎的任务。工程师和科学家一般会提出报告，创建图形，并最终用经验数据来证实任何评估和结论。缺乏正确的工具，任务艰巨的同时，还导致效率下降。 借助LabVIEW，在将数据存储到磁盘前，可先轻松执行重要的数据压缩和规范化，这样在提取已保存的数据做进一步分析或预览时，就显得更容易。重采样、平均和数学变换，如：快速傅立叶变换(FFT)，可

27、将大量原始数据转换为更有用的结果以便记录和今后参考。全面、可靠的功能 将分析与数据采集和数据显示结合在单个应用程序中，这在大多数软件开发环境中不可能实现。典型的软件包可以是：缺乏信号处理库的通用编程语言、只执行单个任务（即采集）的专项即用型(turnkey)应用，就是结合对硬件和实际信号有限支持的数值分析工具。很少能够满足测量系统的全部需求（如：分析），这迫使您花时间传输工具之间的数据并在中间数据格式间进行转换。有别于仅为数据采集或信号处理设计的软件开发工具，LabVIEW从开发时就提供完全集成的解决方案，帮助用户在单一环境中同时采集并分析数据。2) 内置函数的扩展程序库 LabVIEW包含超

28、过850个内置信号处理、分析和数学函数，可简化多类应用程序的开发。此类函数的范畴从高级且基于配置的助手延伸至低层次程序块，便于您通过结合完全定制算法。使用这些范围宽广的函数，令您能在需要时灵活应用必要的算法。使用Express VI来交互式配置分析 基于配置的Express VI能够最为简单地将在线测量分析和信号处理加入LabVIEW应用。将Express VI添加至程序框图时，显示的对话有助您配置自己需要进行的分析。这降低了将分析和信号处理算法添加至应用造成的难度。众多的信号分析Express VI，既为LabVIEW开发提供配置方法，也包含LabVIEW的许多低层次信号处理功能。借助Exp

29、ress VI，用户在交互地查看各类分析算法设置时，可立即看到配置对话中的结果。例如，幅值和电平测量Express VI执行多类电平测量，如：直流、均方根、最大和最小峰、峰-峰计算、周期平均和周期均方根。类似的，滤波器Express VI提供的工具能够配置低通、高通、带通和带阻等数字滤波器。针对该Express VI的配置对话可通过控制交互地配置滤波器设置，如：高和低截止频率、针对有限脉冲响应(FIR)滤波器的抽头数、针对无限脉冲响应(IIR)滤波器（Butterworth、Chebyshev、反Chebyshev、椭圆和Bessel)的拓扑选择、阶次选择。分析数据中的一项普遍挑战是：处理多个

30、拥有不同采样率却须接受关联的信号。然而，用户能够使用对齐和重采样Express VI采集2个或多个信号，并通过工具对凭不同采样率和采集参数采获的信号进行对齐和重采样。该Express VI提供的工具，可选择采集类型、对齐间隔、重采样特性（最小dt、用户自定义dt或基于参考信号）。LabVIEW还包含Express VI来实现以下高级功能:频谱测量 、失真测量、单频测量、幅值和电平测量、信号的时间与瞬态特性测量、曲线拟合、统计、卷积和相关、仿真信号、信号掩区和边界、对齐和重采样。3) 借助可靠的分析函数节省时间 LabVIEW还包含一个完整的低电平信号分析函数库，可执行特定分析任务。这些VI被归

31、为两大类：信号处理和数学。信号处理库中的函数适合：滤波、信号生成、信号分析、变换、波形调理、波形生成、波形测量、加窗。仅在滤波VI子集中，就有面向Bessel、Butterworth、Chebyshev、椭圆、FIR加窗、反Chebyshev等内容的滤波VI。数学库中的函数适合不同方程、曲线拟合、几何、积分、插值、线性代数、优化、多项式、概率和统计。在LabVIEW中结合数学方法和自然基于文本的数学 使用LabVIEW的用户在开发算法、分析结果或处理信号时，可自由选择偏爱的语法用于分析。虽然LabVIEW是大众熟知的针对图形化编程语言的开发环境，它却还通过针对.m文件的本地编译器，提供面向数学

32、的文本编程。这款LabVIEW MathScript编译器，使用.m文件脚本语法并且纳入800多种针对数学、信号处理、分析和控制的常用函数。 LabVIEW MathScript RT模块是针对LabVIEW的附加工具，通过将LabVIEW MathScript编译器与2个接口一同安装来执行自定义.m文件。通过MathScript窗口交互地查看数据LabVIEW MathScript窗口提供的交互界面有助用户下载、保存、设计和执行自身的.m文件。它的设计适合概念探索；为此，用户既能使用命令行界面一次一个地输入命令，也能在简单的文本编辑器窗口中构建批处理脚本。图9展现了LabVIEW MathScript窗口；用户可通过选择工具MathScript窗口，由LabVIEW菜单进行访问。4) 验证算法 面向LabVIEW的内置规程扩展程序库，会同执行这些例程的选件，可节省大量的