㈠ 數據採集系統的發展歷史
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第 1 章 緒論
1.1 課題研究的背景和意義
隨著工業技術的發展，數據採集裝置具有越來越廣泛的應用領域。在工業
生產過程中，受產品質量、生產成本等多方面因素影響，通常需要對工業現場
的一些參數進行監控。數據採集裝置是解決這一問題的有效手段。在科學研究
中，應用數據採集裝置可獲得被測對象的動態信息，是研究瞬間物理過程的有
力工具, 也是獲取科學奧秘的重要段之一
[1]
。在生產實踐中，為了得到我們需
要的數據，通常需要將一些由感測器輸出的模擬信號轉換成數字信號。再通過
計算機或者處理系統進行相應的處理。這種過程即被稱為數據採集
[2]
。數據采
集裝置在各個領域被廣泛應用，己滲透到了工業現場、地質勘測、醫葯器械、
電子通信、航空航天等各個領域
[3]
，為人類更好的獲取各種信息提供了便利的
條件。
傳統的數據採集裝置，都是針對特定的要求研製開發的，應用范圍窄。對
於新的需求，數據採集裝置需要進行重新設計，浪費了時間和精力。同時數據
採集的高精度特性越來越受到重視
[4][5]
，在航空航天、導航系統、環境監測等
很多領域都需要應用高精度的數據採集裝置。因此設計一款通用的高精度數據
採集裝置就顯得尤為重要。
網路化技術是數據採集發展的另一個重要技術
[6]
。隨著工業技術的飛速發
展，要求測試和處理的信息量越來越大，而且被測對象的空間位置分散，測試
任務復雜，測試系統龐大，測試單元數量多，各個測試單元與主控計算機的數
據交換量越來越大。同時由於工業現場的惡劣條件，遠程監控顯得越來越重
要。因此數據採集裝置網路化和遠程化的要求也越來越受到重視。
綜上可知，研究通用化高精度數據採集技術和網路技術，可以有效提高生
產管理的自動化水平，對於提高我國勞動生產率和推動經濟發展具有非常重要
的意義。
1.2 國內外發展現狀
1.2.1 國外數據採集裝置的現況
上個世紀 50 年代，數據採集裝置開始出現。以年美國研製的數據採集測
試系統為代表，該系統主要應用於軍事領域。目的是數據採集裝置使用中不依靠相關的測試文件，可以由對該數據採集裝置不是十分熟悉的人員進行操作。
裝置靈活性好，並且可以自動規劃完成採集任務。同時使得很多應用傳統方法
無法完成的採集任務得以解決，從而獲得了初步的認可。大約在上世紀 60 年
代後期，國外市場上開始出現成套的數據採集產品。這些數據採集產品多在特
定領域中被應用
[7]
。
上世紀 70 年代後期，伴隨微型計算機的出現與發展，採集器和控制計算
機一體化的數據採集裝置也隨之出現。因為當時此類數據採集裝置性能優越，
遠遠超過傳統的數據採集裝置，所以此類數據採集裝置發展速度驚人。
上世紀 80 年代，隨著計算機的普及，開始出現通用的數據採集裝置，這
個時期的數據採集裝置主要由採集器、介面匯流排和控制計算機組成。所使用的
介面匯流排以 GPIB 為主要代表。80 年代後期，數據採集裝置主要由工控機、單
片機和集成電路組成。將部分硬體由軟體代替，降低了成本和體積，而性能大
大增加。
上世紀 90 年代後，發達國家的數據採集技術已經廣泛應用於軍事、航空
航天和工業領域。隨著集成電路技術的發展，出現了高性能的單片數據採集系
統（DAS）。DAS 的解析度可達 16 位，采樣速度達每秒幾十萬次。數據採集技
術成為一門技術。這個時期的數據採集裝置採用模塊化結構，介面匯流排分為並
行匯流排和串列匯流排。並行匯流排的代表為 VXI 和 PXI，適用於本地數據採集，多
應用於軍事領域。串列匯流排以 RS-485 和現場匯流排 CAN 為代表
[8]
，適用於遠程
工業控制領域，但這兩種數據採集裝置均存在數據吞吐率低的缺點。
最近幾年，隨著網路技術的發展，LXI 介面的數據採集裝置開始出現。
LXI 介面是 LAN 介面在儀器領域的擴展
[9][10]
。LXI 數據採集裝置融合了 GPIB
數據採集裝置的高性能、VXI/PXI 數據採集裝置的小體積以及 LAN 的高速數
據吞吐能力等特點，是基於乙太網的新一代數據採集裝置的介面匯流排。
㈡ labview 儀器初始化問題
這要根據你測量磁場的儀器來確定：
如果此儀器是LXI儀器，就可以直接利用LAN介面，將儀器與PC連接。安裝Agilent IO Libraries Suite 後，可以直接利用IEEE 488.2和SCPI命令編程式控制制儀器。具體操作和相應的命令，需要查看儀器說明書。
如果此儀器是GPIB儀器，需要配置USB/GPIB轉換介面，例如Agilent 82357B USB/GPIB Interface。安裝Agilent IO Libraries Suite和配置82357B後，仍是可以直接利用IEEE 488.2和SCPI命令編程式控制制儀器。具體操作和相應的命令，查看儀器說明書。
另外，GPIB介面標准要求：在器件功能接通電源（硬、軟上電）時，應產生一個開機消息pon（power-on）的本地消息。「pon」消息驅動交換介面和器件功能執行初始化動作。
能夠用來復位的命令還有：*RST、*CLS、dcas、IFC。
㈢ 現代測量的發展趨勢和未來發展趨勢
21 世紀的電子測量儀器隨著晶元技術和 DSP 技術的發展將達到前所未有的高性能 ,隨著計算機技術與儀器的進一步融合 , 儀器的易操作性 ,易升級性 ,測量能力 ,數據處理和分析能力 ,都得到了大幅度提高 。與此同時 ,軟體無線電正越來越多地被應用到各個領域 , 模擬技術將為用戶的設計和驗證提供了更加強大和方便的工具 。自動測試系統經歷了從GPIB 系統到 VXI 系統 ,從 VXI 系統到VXI 與 GPIB 混合系統的發展歷程 , 越來越多的軍工用戶希望擁有一種長壽命且高性能的系統標准體系來承擔日益復雜的測試壓力和維護成本的壓力 ,面對未來的挑戰 ,LXI 儀器將在繼承現有測試技術的基礎之上 ,為下一代測試技術和測試儀器 ,特別是ATS 測試系統的革新帶來新的希望 。
㈣ 虛擬儀器的界面分為哪2個部分
虛擬儀器的組成包括硬體和軟體兩個基本要素。
1．虛擬儀器的硬體結構虛擬儀器的硬體結構如圖所示。硬體是虛擬儀器工作的基礎，主要完成被測信號的採集、傳輸、存儲處理和輸入／輸出等工作，由計算機和I/O介面設備組成。計算機一般為一台PC或工作站，是硬體平台的核心，它包括微處理器、存儲器和輸入／輸出設備等，用來提供實時高效的數據處理工作。I/O介面設備即採集調理部件，包括PC匯流排的數據採集(DataAcquisition，DAQ)卡、GPIB匯流排儀器、VXI匯流排儀器模塊、LXI匯流排儀器模塊、串口匯流排儀器和現場匯流排儀器模塊等標准匯流排儀器，主要完成被測輸入信號的採集、放大和模數轉換。根據構成虛擬儀器介面匯流排的不同，目前虛擬儀器的構成方案主要有基於PC－DAQ卡的虛擬儀器、基於GPIB匯流排方式的虛擬儀器、基於VXI匯流排方式的虛擬儀器、基與PXI匯流排方式的虛擬儀器、基於LXI匯流排方式的虛擬儀器等類型。無論採用哪種硬體平台的結構形式，計算機與儀器設備之問都是通過匯流排進行連接的。
2．虛擬儀器的軟體結構當虛擬儀器的硬體平台建立起來之後，設計、開發、研究虛擬儀器的主要任務就是編制應用程序。軟體是虛擬儀器的關鍵，通過運行在計算機上的軟體，一方面實現虛擬儀器圖形化儀器界面，給用戶提供一個檢驗儀器通信、設置儀器參數、修改儀器操作和實現儀器功能的人機介面；另一方面使計算機直接參與測試信號的產生和測量特徵的分析，完成數據的輸入、存儲、綜合分析和輸出等功能。虛擬儀器的軟體一般採用層次結構，包含3部分，即I／O介面軟體、儀器驅動程序、應用軟體。