在LabVIEW 2010中輕松實(shí)現同步測量
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無(wú)論你是在使用一個(gè)數據采集設備中的不同的子系統，還是在高通道數的系統中需要同步多個(gè)數據采集設備，NI的LabVIEW 2010都可以將數據采集和生成的同步問(wèn)題變得簡(jiǎn)單。
定時(shí)和同步技術(shù)可以關(guān)聯(lián)或協(xié)調事件發(fā)生的時(shí)間。將事件同步到一個(gè)已知的標準，例如數據采集設備上的采樣時(shí)鐘，即為相對于一個(gè)事件為另外一個(gè)事件計時(shí)，或者說(shuō)對一個(gè)事件做出響應。定時(shí)和同步事件是測試、控制和設計應用時(shí)的重要基本元素，并在任何系統中都需謹慎考慮。
所有的National Instruments 數據采集 (DAQ)設備均配備NI-DAQmx。NI-DAQmx是一個(gè)靈活的硬件驅動(dòng)程序，可以用來(lái)在多種語(yǔ)言中編程，包括LabVIEW程序。其任務(wù)包括獲取、分析和保存數據所需要的所有信息。如圖1所示，一個(gè)NI- DAQmx的任務(wù)通常包括：
1. 在你的DAQ設備中設定一個(gè)虛擬通道。使用虛擬通道，你可以調整縮放系數、設定輸入范圍和挑選設備上的物理通道。
2. 為任務(wù)設置定時(shí)。選擇采樣時(shí)鐘和采樣速率等特性。
3. 設定觸發(fā)。你可以將任務(wù)設定為在某個(gè)通道收到一個(gè)激發(fā)信號后再開(kāi)始。
4. 開(kāi)始任務(wù)。
5. 讀寫(xiě)數據并繪圖或將數據保存到一個(gè)文件當中。這個(gè)函數將被重復調用，以連續地采集或生成信號。
6. 停止或清除任務(wù)。
許多應用程序需要在多個(gè)物理通道或長(cháng)距離范圍內實(shí)現同步。你可以使用LabVIEW 2010和NI- DAQmx任務(wù)來(lái)同步多個(gè)通道、設備和系統。
通道同步
你可以使用直觀(guān)的LabVIEW2010編程接口，同步多個(gè)通道。如圖2所示，通過(guò)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(gè)給定的設備上的多個(gè)模擬輸入通道采集信號。這項任務(wù)中的所有通道均使用相同的采樣時(shí)鐘，并對同一個(gè)觸發(fā)信號作出響應。
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(gè)DAQ設備的所有模擬輸入通道采集信號。
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(gè)DAQ設備的所有模擬輸入通道采集信號。
NI多功能DAQ設備可以完成多種數據測量和生成任務(wù)，包括模擬輸入輸出，數字輸入輸出和計數器輸入輸出。
圖3. NI多功能DAQ設備數字路由和時(shí)鐘生成電路可以與所有的I/O子系統交互。
圖3. NI多功能DAQ設備數字路由和時(shí)鐘生成電路可以與所有的I/O子系統交互。
你可以使用LabVIEW 2010同步不同I/O類(lèi)型的通道。每種I/O類(lèi)型有自己的任務(wù)，而你只需將定時(shí)參數從一個(gè)任務(wù)路由到另外一個(gè)任務(wù)即可。如圖4所示，上面的任務(wù)是一個(gè)模擬輸入任務(wù)，使用默認的板載時(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中的數字輸入任務(wù)的定時(shí)輸入端口。當這個(gè)程序執行時(shí)，模擬輸入和數字輸入任務(wù)使用同一個(gè)采樣時(shí)鐘，所以系統可以從這個(gè)兩個(gè)子系統中同時(shí)采集到信號。
兩個(gè)任務(wù)同時(shí)共享開(kāi)始觸發(fā)信號（ai/StartTrigger），所以他們可以精確地同時(shí)開(kāi)始。一旦兩個(gè)任務(wù)共享同一個(gè)采樣時(shí)鐘和開(kāi)始觸發(fā)，他們便實(shí)現了完全的同步。
圖4.你可以通過(guò)從一個(gè)任務(wù)連線(xiàn)至另一個(gè)任務(wù)，實(shí)現在多個(gè)任務(wù)之間共享時(shí)鐘和觸發(fā)信號。
圖4.你可以通過(guò)從一個(gè)任務(wù)連線(xiàn)至另一個(gè)任務(wù)，實(shí)現在多個(gè)任務(wù)之間共享時(shí)鐘和觸發(fā)信號。
設備同步
當從不同類(lèi)型的傳感器采集數據，或在具有很多通道的系統中，你也許會(huì )需要同步多個(gè)設備模塊。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(xiàn)，可以用來(lái)同步機箱中的所有模塊。
圖5. NI CompactDAQ (左) 和 PXI (右)機箱通過(guò)使用共同的背板時(shí)鐘，在多個(gè)I/O模塊之間同步。
圖5. NI CompactDAQ (左) 和 PXI (右)機箱通過(guò)使用共同的背板時(shí)鐘，在多個(gè)I/O模塊之間同步。
無(wú)論是在試驗臺、野外還是生產(chǎn)線(xiàn)上，NI CompactDAQ提供了便捷的USB即插即用的I/O測量。它融合了數據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(gè)小型簡(jiǎn)單且負擔的起的系統上實(shí)現快速和準確的測量。
PXI是一個(gè)堅固的基于PC的平臺，擴展了PC和筆記本電腦的測量能力。PXI利用標準PCI總線(xiàn)，為你的計算機添加最多18個(gè)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(gè)設備采樣時(shí)鐘的共同參考時(shí)鐘，而無(wú)需使用線(xiàn)纜來(lái)路由時(shí)鐘信號。你可以為每個(gè)設備創(chuàng )建一個(gè)任務(wù)，然后將采樣時(shí)鐘和觸發(fā)信號從一個(gè)任務(wù)連到另外一個(gè)，由此來(lái)同步多個(gè)設備，如圖6所示。
圖6.你可以通過(guò)在多個(gè)任務(wù)之間共享時(shí)鐘和觸發(fā)，來(lái)同步多個(gè)設備。
圖6.你可以通過(guò)在多個(gè)任務(wù)之間共享時(shí)鐘和觸發(fā)，來(lái)同步多個(gè)設備。
對某些NI數據采集設備，LabVIEW 2010可以在一個(gè)多設備任務(wù)中自動(dòng)地同步多個(gè)設備，如圖7所示。LabVIEW 和NI-DAQmx自動(dòng)地路由定時(shí)和觸發(fā)信號，而不會(huì )有損性能。使用多設備任務(wù)，你可以在同一個(gè)LabVIEW代碼中調用1到544個(gè)通道。
圖7.對于一些DAQ設備來(lái)說(shuō)，你可以使用 LabVIEW 和 NI-DAQmx多設備任務(wù)來(lái)輕松同步多個(gè)設備。
圖7.對于一些DAQ設備來(lái)說(shuō)，你可以使用 LabVIEW 和 NI-DAQmx多設備任務(wù)來(lái)輕松同步多個(gè)設備。
對于混合測量系統，National Instruments提供基于NI CompactDAQ 和 PXI硬件的傳感器測量設備。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理。你可以使用一個(gè)NI-DAQmx任務(wù)在執行多個(gè)測量類(lèi)型（如一個(gè)模擬輸入應變通道和一個(gè)模擬輸入加速度傳感器通道）的多個(gè)模塊的通道之間自動(dòng)地同步，如圖8所示。
圖8. LabVIEW 可以在多個(gè)設備之間通過(guò)一個(gè)NI-DAQmx任務(wù)同步多個(gè) I/O類(lèi)型,例如應變和加速度等。
系統同步
一些應用中需要在相距較遠的多個(gè)系統之間進(jìn)行同步。如圖9所示，當測量系統之間的距離增加至某個(gè)點(diǎn)時(shí)，就無(wú)法為每個(gè)系統直接通過(guò)物理連線(xiàn)來(lái)傳遞時(shí)鐘和觸發(fā)信號。你需要另一個(gè)方法從主系統傳遞時(shí)鐘和觸發(fā)信號給從系統。這個(gè)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通過(guò)編程控制測量系統。
圖9.精度vs距離圖 – 使用LabVIEW，你可以在全球范圍內通過(guò)編程控制測量系統。
你可以在全球范圍內使用LabVIEW 2010通過(guò)時(shí)間參考同步來(lái)同步多個(gè)系統。在圖9中，精度vs 距離圖的藍色部分展示了時(shí)間參考同步所能達到的精度。在一個(gè)時(shí)間參考系統中，你可以使用諸如GPS（全球定位系統）等協(xié)議在長(cháng)距離范圍內傳遞時(shí)間信息，這比直接連線(xiàn)傳的更遠。每個(gè)系統使用這個(gè)時(shí)間信息來(lái)決定當前時(shí)間，并以此為參考創(chuàng )建時(shí)鐘。而時(shí)間事件就是指當到預定時(shí)間后開(kāi)始測試，這樣，你就可以使用一個(gè)時(shí)間事件來(lái)同步觸發(fā)所有的系統。圖10表明了一個(gè)時(shí)間參考同步系統。
圖10. LabVIEW可以編程控制時(shí)間參考同步系統。
圖10. LabVIEW可以編程控制時(shí)間參考同步系統。
你可以使用時(shí)間協(xié)議在較遠距離范圍內傳送時(shí)間信息。LabVIEW可以與多個(gè)時(shí)間參考協(xié)議交互，包括GPS, IRIG-B, PPS (每秒脈沖數)，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。
LabVIEW讓您的同步測量問(wèn)題變得簡(jiǎn)單
無(wú)論你需要同步多個(gè)通道、多個(gè)設備還是多個(gè)系統，LabVIEW都會(huì )讓您的同步測量問(wèn)題變得簡(jiǎn)單。使用直觀(guān)的LabVIEW圖形化編程環(huán)境，你可以通過(guò)共享采樣時(shí)鐘和觸發(fā)信號來(lái)同步多個(gè)任務(wù)，從而從多個(gè)系統中采集到緊密同步的數據。
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