利用LabVIEW 2010實(shí)現(xiàn)同步測量 - 全文

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　無論你是在使用一個數(shù)據(jù)采集設(shè)備中的不同的子系統(tǒng)，還是在高通道數(shù)的系統(tǒng)中需要同步多個數(shù)據(jù)采集設(shè)備，NI的LabVIEW 2010都可以將數(shù)據(jù)采集和生成的同步問題變得簡單。

　　定時(shí)和同步技術(shù)可以關(guān)聯(lián)或協(xié)調(diào)事件發(fā)生的時(shí)間。將事件同步到一個已知的標(biāo)準(zhǔn)，例如數(shù)據(jù)采集設(shè)備上的采樣時(shí)鐘，即為相對于一個事件為另外一個事件計(jì)時(shí)，或者說對一個事件做出響應(yīng)。定時(shí)和同步事件是測試、控制和設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)的重要基本元素，并在任何系統(tǒng)中都需謹(jǐn)慎考慮。

　　所有的National Instruments 數(shù)據(jù)采集 (DAQ)設(shè)備均配備NI-DAQmx。NI-DAQmx是一個靈活的硬件驅(qū)動程序，可以用來在多種語言中編程，包括LabVIEW程序。其任務(wù)包括獲取、分析和保存數(shù)據(jù)所需要的所有信息。如圖1所示，一個NI- DAQmx的任務(wù)通常包括：

　　1. 在你的DAQ設(shè)備中設(shè)定一個虛擬通道。使用虛擬通道，你可以調(diào)整縮放系數(shù)、設(shè)定輸入范圍和挑選設(shè)備上的物理通道。

　　2. 為任務(wù)設(shè)置定時(shí)。選擇采樣時(shí)鐘和采樣速率等特性。

　　3. 設(shè)定觸發(fā)。你可以將任務(wù)設(shè)定為在某個通道收到一個激發(fā)信號后再開始。

　　4. 開始任務(wù)。

　　5. 讀寫數(shù)據(jù)并繪圖或?qū)?shù)據(jù)保存到一個文件當(dāng)中。這個函數(shù)將被重復(fù)調(diào)用，以連續(xù)地采集或生成信號。

　　6. 停止或清除任務(wù)。

　　7. 處理任何錯誤。

　　圖1.使用 LabVIEW數(shù)據(jù)流編程，一個數(shù)據(jù)采集任務(wù)為物理通道配置定時(shí)和同步參數(shù)。

　　許多應(yīng)用程序需要在多個物理通道或長距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)同步。你可以使用LabVIEW 2010和NI- DAQmx任務(wù)來同步多個通道、設(shè)備和系統(tǒng)。

　　通道同步

　　你可以使用直觀的LabVIEW2010編程接口，同步多個通道。如圖2所示，通過在DAQmx創(chuàng)建虛擬通道VI的物理通道輸入中選擇多通道，您可以從一個給定的設(shè)備上的多個模擬輸入通道采集信號。這項(xiàng)任務(wù)中的所有通道均使用相同的采樣時(shí)鐘，并對同一個觸發(fā)信號作出響應(yīng)。

　　圖2.你可以改變DAQmx創(chuàng)建虛擬通道VI的物理通道輸入，從一個DAQ設(shè)備的所有模擬輸入通道采集信號。

　　NI多功能DAQ設(shè)備可以完成多種數(shù)據(jù)測量和生成任務(wù)，包括模擬輸入輸出，數(shù)字輸入輸出和計(jì)數(shù)器輸入輸出。

　　圖3. NI多功能DAQ設(shè)備數(shù)字路由和時(shí)鐘生成電路可以與所有的I/O子系統(tǒng)交互。

　　你可以使用LabVIEW 2010同步不同I/O類型的通道。每種I/O類型有自己的任務(wù)，而你只需將定時(shí)參數(shù)從一個任務(wù)路由到另外一個任務(wù)即可。如圖4所示，上面的任務(wù)是一個模擬輸入任務(wù)，使用默認(rèn)的板載時(shí)鐘作為采樣時(shí)鐘。你可以將采樣時(shí)鐘(ai/SampleClock)直接連到圖4中的數(shù)字輸入任務(wù)的定時(shí)輸入端口。當(dāng)這個程序執(zhí)行時(shí)，模擬輸入和數(shù)字輸入任務(wù)使用同一個采樣時(shí)鐘，所以系統(tǒng)可以從這個兩個子系統(tǒng)中同時(shí)采集到信號。

　　兩個任務(wù)同時(shí)共享開始觸發(fā)信號(ai/StartTrigger)，所以他們可以精確地同時(shí)開始。一旦兩個任務(wù)共享同一個采樣時(shí)鐘和開始觸發(fā)，他們便實(shí)現(xiàn)了完全的同步。

　　圖4.你可以通過從一個任務(wù)連線至另一個任務(wù)，實(shí)現(xiàn)在多個任務(wù)之間共享時(shí)鐘和觸發(fā)信號。

　　設(shè)備同步

　　當(dāng)從不同類型的傳感器采集數(shù)據(jù)，或在具有很多通道的系統(tǒng)中，你也許會需要同步多個設(shè)備模塊。NI CompactDAQ和PXI平臺為DAQ模塊提供插槽和背板，其中含有定時(shí)和觸發(fā)線，可以用來同步機(jī)箱中的所有模塊。

　　圖5. NI CompactDAQ (左) 和 PXI (右)機(jī)箱通過使用共同的背板時(shí)鐘，在多個I/O模塊之間同步。

　　無論是在試驗(yàn)臺、野外還是生產(chǎn)線上，NI CompactDAQ提供了便捷的USB即插即用的I/O測量。它融合了數(shù)據(jù)記錄器的易用性和低成本特性以及模塊化儀器的高性能和靈活的特點(diǎn)，在一個小型簡單且負(fù)擔(dān)的起的系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)快速和準(zhǔn)確的測量。

　　PXI是一個堅(jiān)固的基于PC的平臺，擴(kuò)展了PC和筆記本電腦的測量能力。PXI利用標(biāo)準(zhǔn)PCI總線，為你的計(jì)算機(jī)添加最多18個額外的插槽用于連接I/O模塊。PXI Express 是PXI平臺的最新演進(jìn)版本。PXI Express背板擁有100MHz差分時(shí)鐘，可作為多個設(shè)備采樣時(shí)鐘的共同參考時(shí)鐘，而無需使用線纜來路由時(shí)鐘信號。你可以為每個設(shè)備創(chuàng)建一個任務(wù)，然后將采樣時(shí)鐘和觸發(fā)信號從一個任務(wù)連到另外一個，由此來同步多個設(shè)備，如圖6所示。

　　圖6.你可以通過在多個任務(wù)之間共享時(shí)鐘和觸發(fā)，來同步多個設(shè)備。

　　對某些NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備，LabVIEW 2010可以在一個多設(shè)備任務(wù)中自動地同步多個設(shè)備，如圖7所示。LabVIEW 和NI-DAQmx自動地路由定時(shí)和觸發(fā)信號，而不會有損性能。使用多設(shè)備任務(wù)，你可以在同一個LabVIEW代碼中調(diào)用1到544個通道。

　　圖7.對于一些DAQ設(shè)備來說，你可以使用 LabVIEW 和 NI-DAQmx多設(shè)備任務(wù)來輕松同步多個設(shè)備。

　　對于混合測量系統(tǒng)，National Instruments提供基于NI CompactDAQ 和 PXI硬件的傳感器測量設(shè)備。NI C系列DAQ和PXI Express DAQ模塊的新的NI SC Express家族為傳感器和隔離信號提供信號調(diào)理。你可以使用一個NI-DAQmx任務(wù)在執(zhí)行多個測量類型(如一個模擬輸入應(yīng)變通道和一個模擬輸入加速度傳感器通道)的多個模塊的通道之間自動地同步，如圖8所示。

　　圖8. LabVIEW 可以在多個設(shè)備之間通過一個NI-DAQmx任務(wù)同步多個 I/O類型,例如應(yīng)變和加速度等。

　　系統(tǒng)同步

　　一些應(yīng)用中需要在相距較遠(yuǎn)的多個系統(tǒng)之間進(jìn)行同步。如圖9所示，當(dāng)測量系統(tǒng)之間的距離增加至某個點(diǎn)時(shí)，就無法為每個系統(tǒng)直接通過物理連線來傳遞時(shí)鐘和觸發(fā)信號。你需要另一個方法從主系統(tǒng)傳遞時(shí)鐘和觸發(fā)信號給從系統(tǒng)。這個方法叫做時(shí)間參考同步。

　　圖9.精度vs距離圖 – 使用LabVIEW，你可以在全球范圍內(nèi)通過編程控制測量系統(tǒng)。

　　你可以在全球范圍內(nèi)使用LabVIEW 2010通過時(shí)間參考同步來同步多個系統(tǒng)。在圖9中，精度vs 距離圖的藍(lán)色部分展示了時(shí)間參考同步所能達(dá)到的精度。在一個時(shí)間參考系統(tǒng)中，你可以使用諸如GPS(全球定位系統(tǒng))等協(xié)議在長距離范圍內(nèi)傳遞時(shí)間信息，這比直接連線傳的更遠(yuǎn)。每個系統(tǒng)使用這個時(shí)間信息來決定當(dāng)前時(shí)間，并以此為參考創(chuàng)建時(shí)鐘。而時(shí)間事件就是指當(dāng)?shù)筋A(yù)定時(shí)間后開始測試，這樣，你就可以使用一個時(shí)間事件來同步觸發(fā)所有的系統(tǒng)。圖10表明了一個時(shí)間參考同步系統(tǒng)。

　　圖10. LabVIEW可以編程控制時(shí)間參考同步系統(tǒng)。

　　你可以使用時(shí)間協(xié)議在較遠(yuǎn)距離范圍內(nèi)傳送時(shí)間信息。LabVIEW可以與多個時(shí)間參考協(xié)議交互，包括GPS, IRIG-B, PPS (每秒脈沖數(shù))，和 IEEE 1588。對于更多有關(guān)于這些協(xié)議的信息以及在LabVIEW中如何使用它們，請參考：定時(shí)和同步系統(tǒng)。

　　LabVIEW讓您的同步測量問題變得簡單

　　無論你需要同步多個通道、多個設(shè)備還是多個系統(tǒng)，LabVIEW都會讓您的同步測量問題變得簡單。使用直觀的LabVIEW圖形化編程環(huán)境，你可以通過共享采樣時(shí)鐘和觸發(fā)信號來同步多個任務(wù)，從而從多個系統(tǒng)中采集到緊密同步的數(shù)據(jù)。