摘 要：該文介紹了在虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW下，由實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)的要求和儀器本身的條件，分析了在LabVIEW編程環(huán)境下對儀器自動化控制的三種方法。文中著重闡述了兩種方法：緩沖采集和實(shí)時(shí)采集，并給出實(shí)例。用LabVIEW控制儀器的自動化數(shù)據(jù)采集，不僅方便，準(zhǔn)確的記錄、顯示和保存數(shù)據(jù)，還可以利用LabVIEW強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，擬合曲線或通過計(jì)算得到參數(shù)和結(jié)果、直觀得到所需物理量。實(shí)踐證明，這些方法簡單、實(shí)用、高效，是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，處理，分析一體化的很好的途徑。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器; 自動化控制; 數(shù)據(jù)采集 1 引言 　　虛擬儀器（簡稱為VI）的開發(fā)環(huán)境有很多，但NI公司的LabVIEW最為著名。LabVIEW不同于基于文本的編程語言（如Fortran和C），是一種圖形編程語言——通常稱為G編程語言，其編程過程是通過圖形符號描述程序的行為。LabVIEW使用的是科學(xué)家和工程師們所熟悉的術(shù)語，還使用了很易于識別的構(gòu)造G語言的圖形符號，即使具有很少編程經(jīng)驗(yàn)的人也能學(xué)會使用LabVIEW。 　　在實(shí)驗(yàn)的物理量測量中，對各種參數(shù)的測量都希望能夠做到精確和實(shí)時(shí)。對于測量一些變化較快的物理量，就必須借助儀器本身的緩沖存儲器或者使用計(jì)算機(jī)對儀器進(jìn)行自動化控制。目前大多的實(shí)驗(yàn)儀器都提供了與計(jì)算機(jī)的接口，所以完全可以用計(jì)算機(jī)通過各種接口自動地控制儀器數(shù)據(jù)的測量、數(shù)據(jù)存儲以及基本的數(shù)據(jù)處理和分析。在編程中，軟件使用的是功能比較強(qiáng)大的虛擬儀器編程軟件LabVIEW，以及從網(wǎng)上下載的一些基本儀器驅(qū)動函數(shù)，程序主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)連續(xù)采集顯示和緩沖采集指定數(shù)據(jù)兩種功能。 2 程序設(shè)計(jì) 　　2.1 采集方法分類及其特點(diǎn) 　　根據(jù)測量要求的不同，控制方法分為緩沖采集、實(shí)時(shí)采集和定時(shí)采集三種。這三種方法可以滿足一般實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的要求。（1）當(dāng)實(shí)驗(yàn)要求在儀器允許的條件下,盡可能快地獲取測量得到的數(shù)據(jù)時(shí)，就要使用儀器本身的緩沖存儲器來采集大量的數(shù)據(jù)，并顯示在計(jì)算機(jī)上，這樣快速采集的數(shù)據(jù)，才能反應(yīng)物理量在短時(shí)間內(nèi)的變化。（2）實(shí)時(shí)采集是指采集、顯示數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行，這樣可以直觀地看出測量物理量的變化，它對數(shù)據(jù)速率要求不是很高，程序的主要部分是數(shù)據(jù)處理和顯示，用戶控制參數(shù)有屏幕顯示個(gè)數(shù)以及數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔等。如果采集物理量的變化頻率太快，一方面接口受傳輸數(shù)據(jù)速率的限制，另一方面計(jì)算機(jī)受處理能力的限制，使得實(shí)時(shí)采集不能真正顯示數(shù)據(jù)的變化，實(shí)時(shí)采集就不能使用。所以當(dāng)實(shí)驗(yàn)采集的物理量變化不是很大的時(shí)候，使用實(shí)時(shí)采集，得到的結(jié)果更加直觀，便于實(shí)驗(yàn)者把握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總趨勢，并且顯示數(shù)據(jù)的動態(tài)曲線圖。（3）數(shù)據(jù)定時(shí)采集也是非常常見和重要的，一般希望儀器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)采集一段數(shù)據(jù)。 　　2.2 程序流程 　　三種程序流程為：（1）實(shí)時(shí)采集是控制儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)地?cái)?shù)據(jù)采集，每得到一個(gè)或一組數(shù)據(jù)后都通過儀器與計(jì)算機(jī)的接口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，并顯示，用戶可以根據(jù)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)觀察當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的一些現(xiàn)象，并保存當(dāng)前數(shù)據(jù)。（2）緩沖采集應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)儀器本身有存儲器的時(shí)候，控制儀器參數(shù)設(shè)置，將采集數(shù)據(jù)后放入存儲器，再通過計(jì)算機(jī)和儀器接口把數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，交由計(jì)算機(jī)控制，儀器暫停采集，進(jìn)行下一步數(shù)據(jù)處理和分析。如果實(shí)驗(yàn)儀器本身沒有存儲器，為了提高采集速度只有先不考慮數(shù)據(jù)的處理，直接得到原始數(shù)據(jù)放入數(shù)組函數(shù)，等到一定量的時(shí)候再放入文件進(jìn)行存儲處理。（3）數(shù)據(jù)定時(shí)采集在程序中加入時(shí)間判斷語句，當(dāng)設(shè)定的采集時(shí)間到了，就調(diào)用緩沖采集（或?qū)崟r(shí)采集）數(shù)據(jù)程序，采集數(shù)據(jù)并存儲數(shù)據(jù)。 　　下面主要介紹緩沖和實(shí)時(shí)采集。在編程時(shí)，可以根據(jù)儀器的編程手冊來設(shè)置儀器參數(shù)。 　　2.2.1數(shù)據(jù)緩沖采集 　　首先，程序開始時(shí)把給定的提示信息（“Please Waiting…”）輸入到面板上顯示表明程序開始運(yùn)行，請用戶等候;然后設(shè)置儀器緩沖的各個(gè)參數(shù)，如采集量，存儲個(gè)數(shù)等，數(shù)據(jù)采集存儲完后再從緩沖中讀出數(shù)據(jù)通過接口（如GPIB）傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，顯示數(shù)據(jù)和圖形;最后在儀器面板上顯示采集完畢信息（“Transmission has been done!”），恢復(fù)初始顯示采集數(shù)據(jù)狀態(tài)，將得到的數(shù)據(jù)放入表格中，數(shù)據(jù)圖形顯示用LabVIEW的WAVEFORM GRAPH 控件。主要程序流程圖如圖1。 [align=center] 圖1：數(shù)據(jù)緩沖采集主要流程[/align] 　　2.2.2數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集 　　數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與數(shù)據(jù)緩沖采集類似，首先設(shè)置儀器基本參數(shù)，然后編輯控制顯示兩個(gè)子函數(shù)的程序：StrChangeData和ScrDisplay。當(dāng)設(shè)置完儀器采集類型，精度等參數(shù)后，則讀取儀器面板信息，分析得到數(shù)據(jù)，通過程序設(shè)置參數(shù)來控制動態(tài)顯示數(shù)據(jù)和圖形。主要程序流程如圖2。 [align=center] 圖2：數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集主要流程[/align] 　　子函數(shù)介紹：StrChangeData是將包含測量數(shù)據(jù)，測量單位等信息字符串轉(zhuǎn)換成實(shí)際數(shù)據(jù)。ScrDisplay是根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)（屏幕顯示個(gè)數(shù)等）實(shí)時(shí)調(diào)整顯示數(shù)據(jù)和圖形。 　?、?、StrChangeData子函數(shù)： [align=center] 圖3：StrChangeData子函數(shù)[/align] 　　根據(jù)儀器編程手冊上命令將面板上測量信息字符串讀取出來，字符串一般包含了數(shù)據(jù)大小，數(shù)據(jù)單位量級和數(shù)據(jù)單位。將字符串連接到一個(gè)判斷中，根據(jù)儀器量程，判斷語句中有5種情況分別是“ ”表示基本單位;“m”表示10-3;“µ”表示10-6;“n”表示10-9;“p”表示10-12。然后將它和由數(shù)據(jù)字符串轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)相乘，就可以得到實(shí)際數(shù)據(jù)了。子函數(shù)如圖3。 　?、啤crDisplay子函數(shù)： 　　數(shù)據(jù)顯示在這里比較重要，要將設(shè)置屏幕顯示個(gè)數(shù)和數(shù)據(jù)數(shù)組大小做比較，分三種情況：（1）屏幕顯示個(gè)數(shù)大于數(shù)據(jù)數(shù)組大小，表明數(shù)據(jù)還沒采集全，直接將采集到的新數(shù)據(jù)放入數(shù)組中。（2）屏幕顯示個(gè)數(shù)等于數(shù)據(jù)數(shù)組大小，則要刷新數(shù)據(jù)，首先去掉數(shù)組中第一個(gè)數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)前移，再加入新的數(shù)據(jù)，最后刷新顯示圖形。（3）屏幕顯示個(gè)數(shù)小于數(shù)組大小，表明用戶重新調(diào)整了圖形顯示數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，首先要?jiǎng)h除數(shù)組前多余的數(shù)據(jù)（數(shù)組大小-屏幕顯示個(gè)數(shù)+1），剩下數(shù)據(jù)前移，再加入新采集的數(shù)據(jù)，最后刷新顯示圖形。 3 測試實(shí)例、結(jié)果和討論 　　在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，往往會涉及到多臺儀器同時(shí)采集，每臺儀器的采集流程圖和程序構(gòu)架都幾乎一樣，只是儀器內(nèi)部指令不同而已，所以可以用上訴方法用一個(gè)程序同時(shí)控制幾臺儀器采集數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)中用keithley的6517和2000實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，這兩臺儀器都有GPIB口，可以同時(shí)進(jìn)行采集傳輸數(shù)據(jù)。下面是實(shí)驗(yàn)前期測量得到的電流（6517測量）和電壓（2000測量）背景噪聲。 [align=center] 圖4：實(shí)驗(yàn)測試程序[/align] 　　實(shí)驗(yàn)中將6517和2000的單個(gè)數(shù)據(jù)采集時(shí)間都設(shè)定為1秒，圖形顯示個(gè)數(shù)設(shè)為50，這樣同時(shí)實(shí)時(shí)采集兩路數(shù)據(jù)（電流和電壓值），數(shù)據(jù)都動態(tài)的顯示在圖形控件和數(shù)據(jù)列表中，數(shù)據(jù)存放在指定文件中。 4 結(jié)束語 　　對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，從具體某種硬件所編寫的應(yīng)用軟件都很多，從串口到高速的GPIB口數(shù)據(jù)采集也不少，但是它們往往都是針對某個(gè)具體的硬件或者測試系統(tǒng)所做的，系統(tǒng)的討論數(shù)據(jù)采集構(gòu)架的文章很少?，F(xiàn)在隨著儀器功能的齊全，計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)速度和接口傳輸數(shù)據(jù)速度的提高，自動化控制實(shí)驗(yàn)儀器不僅減少工作量，減少人為誤差，而且把數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理一體化，直觀地得到測量的物理量，同時(shí)利用LabVIEW軟件的數(shù)據(jù)處理能力，可以靈活地實(shí)時(shí)分析處理數(shù)據(jù)。 　　本文創(chuàng)新點(diǎn)為（1）討論了幾種數(shù)據(jù)采集的軟件控制方式，解決了一般數(shù)據(jù)采集的整體設(shè)計(jì)。（2）軟件都是結(jié)構(gòu)化編寫的，可以做成dll文件和子函數(shù)，對于不同的儀器，只要修改前面的儀器驅(qū)動參數(shù)，其他的都可以調(diào)用相同的子函數(shù)或dll文件，這極大的方便了實(shí)驗(yàn)室儀器測控軟件的編寫。（3）數(shù)據(jù)直接存放到數(shù)據(jù)庫里，方便數(shù)據(jù)的管理和使用。明顯優(yōu)于以前傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量或時(shí)間的要求，可以設(shè)計(jì)緩沖采集、實(shí)時(shí)采集和定時(shí)采集，接口允許還可以控制多臺儀器多通道的同時(shí)實(shí)時(shí)采集。 參考文獻(xiàn) 　　畢虎，律方成，李燕青，李和明.Labview中訪問數(shù)據(jù)庫的幾種不同方法.微計(jì)算機(jī)信息，2006，1-1:131-134。 　　吳苗，許江寧，繆繡華，紀(jì)兵.基于Labview的設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)技術(shù)研究.微計(jì)算機(jī)信息，2006，2-1:153-155。 　　毛建東.基于Labview的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì).微計(jì)算機(jī)信息，2006，3-2:41-42。 　　周偉林，李清峰，楊華勇.基于Labview的AC1077數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動.微計(jì)算機(jī)信息，2006，1-1:121-123。