㈠ 数据采集系统的发展历史
1
第 1 章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
随着工业技术的发展，数据采集装置具有越来越广泛的应用领域。在工业
生产过程中，受产品质量、生产成本等多方面因素影响，通常需要对工业现场
的一些参数进行监控。数据采集装置是解决这一问题的有效手段。在科学研究
中，应用数据采集装置可获得被测对象的动态信息，是研究瞬间物理过程的有
力工具, 也是获取科学奥秘的重要段之一
[1]
。在生产实践中，为了得到我们需
要的数据，通常需要将一些由传感器输出的模拟信号转换成数字信号。再通过
计算机或者处理系统进行相应的处理。这种过程即被称为数据采集
[2]
。数据采
集装置在各个领域被广泛应用，己渗透到了工业现场、地质勘测、医药器械、
电子通信、航空航天等各个领域
[3]
，为人类更好的获取各种信息提供了便利的
条件。
传统的数据采集装置，都是针对特定的要求研制开发的，应用范围窄。对
于新的需求，数据采集装置需要进行重新设计，浪费了时间和精力。同时数据
采集的高精度特性越来越受到重视
[4][5]
，在航空航天、导航系统、环境监测等
很多领域都需要应用高精度的数据采集装置。因此设计一款通用的高精度数据
采集装置就显得尤为重要。
网络化技术是数据采集发展的另一个重要技术
[6]
。随着工业技术的飞速发
展，要求测试和处理的信息量越来越大，而且被测对象的空间位置分散，测试
任务复杂，测试系统庞大，测试单元数量多，各个测试单元与主控计算机的数
据交换量越来越大。同时由于工业现场的恶劣条件，远程监控显得越来越重
要。因此数据采集装置网络化和远程化的要求也越来越受到重视。
综上可知，研究通用化高精度数据采集技术和网络技术，可以有效提高生
产管理的自动化水平，对于提高我国劳动生产率和推动经济发展具有非常重要
的意义。
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外数据采集装置的现况
上个世纪 50 年代，数据采集装置开始出现。以年美国研制的数据采集测
试系统为代表，该系统主要应用于军事领域。目的是数据采集装置使用中不依靠相关的测试文件，可以由对该数据采集装置不是十分熟悉的人员进行操作。
装置灵活性好，并且可以自动规划完成采集任务。同时使得很多应用传统方法
无法完成的采集任务得以解决，从而获得了初步的认可。大约在上世纪 60 年
代后期，国外市场上开始出现成套的数据采集产品。这些数据采集产品多在特
定领域中被应用
[7]
。
上世纪 70 年代后期，伴随微型计算机的出现与发展，采集器和控制计算
机一体化的数据采集装置也随之出现。因为当时此类数据采集装置性能优越，
远远超过传统的数据采集装置，所以此类数据采集装置发展速度惊人。
上世纪 80 年代，随着计算机的普及，开始出现通用的数据采集装置，这
个时期的数据采集装置主要由采集器、接口总线和控制计算机组成。所使用的
接口总线以 GPIB 为主要代表。80 年代后期，数据采集装置主要由工控机、单
片机和集成电路组成。将部分硬件由软件代替，降低了成本和体积，而性能大
大增加。
上世纪 90 年代后，发达国家的数据采集技术已经广泛应用于军事、航空
航天和工业领域。随着集成电路技术的发展，出现了高性能的单片数据采集系
统（DAS）。DAS 的分辨率可达 16 位，采样速度达每秒几十万次。数据采集技
术成为一门技术。这个时期的数据采集装置采用模块化结构，接口总线分为并
行总线和串行总线。并行总线的代表为 VXI 和 PXI，适用于本地数据采集，多
应用于军事领域。串行总线以 RS-485 和现场总线 CAN 为代表
[8]
，适用于远程
工业控制领域，但这两种数据采集装置均存在数据吞吐率低的缺点。
最近几年，随着网络技术的发展，LXI 接口的数据采集装置开始出现。
LXI 接口是 LAN 接口在仪器领域的扩展
[9][10]
。LXI 数据采集装置融合了 GPIB
数据采集装置的高性能、VXI/PXI 数据采集装置的小体积以及 LAN 的高速数
据吞吐能力等特点，是基于以太网的新一代数据采集装置的接口总线。
㈡ labview 仪器初始化问题
这要根据你测量磁场的仪器来确定：
如果此仪器是LXI仪器，就可以直接利用LAN接口，将仪器与PC连接。安装Agilent IO Libraries Suite 后，可以直接利用IEEE 488.2和SCPI命令编程控制仪器。具体操作和相应的命令，需要查看仪器说明书。
如果此仪器是GPIB仪器，需要配置USB/GPIB转换接口，例如Agilent 82357B USB/GPIB Interface。安装Agilent IO Libraries Suite和配置82357B后，仍是可以直接利用IEEE 488.2和SCPI命令编程控制仪器。具体操作和相应的命令，查看仪器说明书。
另外，GPIB接口标准要求：在器件功能接通电源（硬、软上电）时，应产生一个开机消息pon（power-on）的本地消息。“pon”消息驱动交换接口和器件功能执行初始化动作。
能够用来复位的命令还有：*RST、*CLS、dcas、IFC。
㈢ 现代测量的发展趋势和未来发展趋势
21 世纪的电子测量仪器随着芯片技术和 DSP 技术的发展将达到前所未有的高性能 ,随着计算机技术与仪器的进一步融合 , 仪器的易操作性 ,易升级性 ,测量能力 ,数据处理和分析能力 ,都得到了大幅度提高 。与此同时 ,软件无线电正越来越多地被应用到各个领域 , 仿真技术将为用户的设计和验证提供了更加强大和方便的工具 。自动测试系统经历了从GPIB 系统到 VXI 系统 ,从 VXI 系统到VXI 与 GPIB 混合系统的发展历程 , 越来越多的军工用户希望拥有一种长寿命且高性能的系统标准体系来承担日益复杂的测试压力和维护成本的压力 ,面对未来的挑战 ,LXI 仪器将在继承现有测试技术的基础之上 ,为下一代测试技术和测试仪器 ,特别是ATS 测试系统的革新带来新的希望 。
㈣ 虚拟仪器的界面分为哪2个部分
虚拟仪器的组成包括硬件和软件两个基本要素。
1．虚拟仪器的硬件结构虚拟仪器的硬件结构如图所示。硬件是虚拟仪器工作的基础，主要完成被测信号的采集、传输、存储处理和输入／输出等工作，由计算机和I/O接口设备组成。计算机一般为一台PC或工作站，是硬件平台的核心，它包括微处理器、存储器和输入／输出设备等，用来提供实时高效的数据处理工作。I/O接口设备即采集调理部件，包括PC总线的数据采集(DataAcquisition，DAQ)卡、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、LXI总线仪器模块、串口总线仪器和现场总线仪器模块等标准总线仪器，主要完成被测输入信号的采集、放大和模数转换。根据构成虚拟仪器接口总线的不同，目前虚拟仪器的构成方案主要有基于PC－DAQ卡的虚拟仪器、基于GPIB总线方式的虚拟仪器、基于VXI总线方式的虚拟仪器、基与PXI总线方式的虚拟仪器、基于LXI总线方式的虚拟仪器等类型。无论采用哪种硬件平台的结构形式，计算机与仪器设备之问都是通过总线进行连接的。
2．虚拟仪器的软件结构当虚拟仪器的硬件平台建立起来之后，设计、开发、研究虚拟仪器的主要任务就是编制应用程序。软件是虚拟仪器的关键，通过运行在计算机上的软件，一方面实现虚拟仪器图形化仪器界面，给用户提供一个检验仪器通信、设置仪器参数、修改仪器操作和实现仪器功能的人机接口；另一方面使计算机直接参与测试信号的产生和测量特征的分析，完成数据的输入、存储、综合分析和输出等功能。虚拟仪器的软件一般采用层次结构，包含3部分，即I／O接口软件、仪器驱动程序、应用软件。