專利名稱：一種基于虛擬技術(shù)的全功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域，是一種創(chuàng)新型虛擬技術(shù)儀器，是“國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要”中重點(diǎn)發(fā)展的前沿技術(shù)之一，是近幾年長(zhǎng)足發(fā)展的多學(xué)科高新技術(shù)。這種號(hào)稱“軟件就是儀器”的測(cè)控系統(tǒng)，可廣泛用于國(guó)防安全、工程檢測(cè)、現(xiàn)代工業(yè)過程控制、基礎(chǔ)科學(xué)研究、航空航天、石油化工、鋼鐵、交通、水利/電力、環(huán)境監(jiān)控、地震等領(lǐng)域；以及大型機(jī)械或土建工程設(shè)計(jì)理論驗(yàn)證、優(yōu)選設(shè)計(jì)方案、竣工驗(yàn)收和事故分析等。
背景技術(shù)：
虛擬儀器技術(shù)是信息時(shí)代的前沿技術(shù)，是獲取準(zhǔn)確可靠環(huán)境信息(即數(shù)據(jù)采集)的重要手段。由于近十年來(lái)全球軟件技術(shù)的高速發(fā)展，使傳統(tǒng)儀器發(fā)生了劃時(shí)代的革命，即進(jìn)入了“軟件就是儀器”時(shí)代。五花八門的傳統(tǒng)儀器都是單一的專用功能，即功能由廠家設(shè)計(jì)的；而虛擬儀器的功能是由用戶設(shè)計(jì)的，很多硬件功能由軟件來(lái)完成，可以以一抵百，還有大量硬件不可能完成的分析處理功能，這樣就極大的降低了儀器成本。因此‘無(wú)所不能’的虛擬技術(shù)在短短幾年時(shí)間就得到各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。在虛擬儀器領(lǐng)域，美國(guó)國(guó)家儀器有限(簡(jiǎn)稱NI)公司是開山鼻祖，又是獨(dú)霸全球市場(chǎng)的著名企業(yè)，號(hào)稱500強(qiáng)制造企業(yè)有九成選用了NI虛擬儀器技術(shù)LabvIEW編程工具包。時(shí)至今日，我國(guó)有一些高校(如重大、哈工大)、一些企業(yè)(如東方振動(dòng)所、東華公司)也涉入其中，但存在水平差異如把儀器比作房間，NI提供的是磚塊，掌握NI技術(shù)的瓦匠就可以構(gòu)筑各種用途的功能房間，但成為“NI瓦工”，即使IT工程師也得幾個(gè)月時(shí)間才能畢業(yè)；而國(guó)內(nèi)技術(shù)給予的是專用功能房間，改變用途再買新房，即功能不能由用戶隨心所欲的設(shè)計(jì)，即初級(jí)虛擬技術(shù)。時(shí)至今日，全球尚沒有提供上述兩類之間的產(chǎn)品—“預(yù)制混凝土板”，沒有“瓦工技能”也可以像用積木玩具一樣任意構(gòu)筑各種功能房間，又不必不斷花錢買新房。如用專業(yè)語(yǔ)言表述NI LabVIEW提供的是一個(gè)用于設(shè)計(jì)、控制和測(cè)試的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形化開發(fā)平臺(tái)；國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)提供的是種類繁多的單一用途軟件包，類似傳統(tǒng)儀器概念的虛擬儀器；而本發(fā)明提供的是圖形化組態(tài)軟件，百余個(gè)功能軟件模塊幾十個(gè)數(shù)學(xué)和分析函數(shù)、各種采集、記錄、顯示、運(yùn)算、處理、統(tǒng)計(jì)、控制功能軟件模塊，每個(gè)模塊又可以用鼠標(biāo)使其千變?nèi)f化(魔方式積木)，操作者可以不編程，只用鼠標(biāo)從模塊庫(kù)中點(diǎn)擊調(diào)出所需模塊，在屏上用鼠標(biāo)鏈接，即可進(jìn)行隨心所欲的實(shí)時(shí)采集、分析和處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上空白的一種多用途、高精度、易操作的便攜式虛擬儀器系統(tǒng)。其特點(diǎn)是1.純動(dòng)態(tài)和純靜態(tài)兩類數(shù)據(jù)采集儀器兼容，目前市場(chǎng)上的虛擬儀器都是動(dòng)態(tài)的，如NI公司從不生產(chǎn)靜態(tài)儀器(要求漂移小于幾微伏)，而本發(fā)明長(zhǎng)期漂移小于1微伏，頻響范圍從DC至20kHz。
2.萬(wàn)能型硬件目前市場(chǎng)上的虛擬儀器，都是即插即用的專用板卡，如測(cè)振、線/角位移、溫濕度、速度、加速度、拉/壓力、流量、噪聲、脈沖、電壓/電流等大信號(hào)(mv級(jí))專用板卡和應(yīng)變(放大倍數(shù)極高、極低噪聲的微小信號(hào))板卡等。用戶必須購(gòu)買多種硬件才能變換采集信號(hào)品種。本發(fā)明則一機(jī)多用，只需程控方式變更采集信號(hào)種類，節(jié)省大量硬件成本。
3.易操作型虛擬儀器組態(tài)軟件NI公司虛擬儀器提供的圖形化開發(fā)平臺(tái)，要求操作者有較高的編程水平；國(guó)產(chǎn)的虛擬儀器提供的是單一用途的軟件包套件，易操作但不能隨心所欲地設(shè)計(jì)其功能；本發(fā)明提供的是不需編程的組態(tài)軟件模塊，操作者可在現(xiàn)場(chǎng)，在不更換硬、軟件的情況下，用鼠標(biāo)即可任意設(shè)計(jì)儀器用途和功能。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明分硬件和軟件兩部分創(chuàng)新措施一.在硬件部分1.在數(shù)據(jù)采集器中每通道中設(shè)有恒壓源和可調(diào)恒流源，可配接恒壓/恒流兩類傳感器；通過端子的不同接法，可以采集各種類型的環(huán)境參數(shù)。
2.通過嵌入式低噪聲、高精度信號(hào)調(diào)理器，可實(shí)現(xiàn)程控放大倍數(shù)為1、10、100、1000四檔。通過A/D單元中的程控放大器可設(shè)倍數(shù)為1、2、4、8四檔。采用多核(MCU)協(xié)調(diào)前沿技術(shù)、超大規(guī)模門陣列技術(shù)、A1M9處理技術(shù)、高速A/D技術(shù)等集合創(chuàng)新，使得本系統(tǒng)就可以編程選擇從1至8000倍放大，可滿足全部環(huán)境參數(shù)需要的量程。從而在同一硬件上實(shí)現(xiàn)獲取環(huán)境信息種類的‘無(wú)所不能’。
3.通過嵌入式8階可編程抗混濾波器，截止頻率從1.52593Hz至20kHz范圍內(nèi)有32763種選擇。試驗(yàn)證明，當(dāng)截止頻率定為3Hz以下時(shí)，本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)信號(hào)長(zhǎng)期漂移小于1微伏。這樣就可以進(jìn)行純靜態(tài)數(shù)據(jù)采集，這一創(chuàng)新技術(shù)，使本系統(tǒng)闖入現(xiàn)有的虛擬技術(shù)儀器不能進(jìn)入的低漂移靜態(tài)數(shù)采應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了純動(dòng)/純靜態(tài)兼容無(wú)所不能的數(shù)采功能。
二.軟件部份通過多年研究國(guó)內(nèi)外虛擬儀器軟件實(shí)踐，把以太網(wǎng)/USB兩種接口標(biāo)準(zhǔn)底層驅(qū)動(dòng)程序、Ni等公司和本系統(tǒng)底層驅(qū)動(dòng)捆綁到一起，做成一個(gè)Windows下集成的可執(zhí)行文件，完成在注冊(cè)表中的注冊(cè)，使得本系統(tǒng)虛擬儀器軟件能夠識(shí)別、并可以有選擇的驅(qū)動(dòng)。這種創(chuàng)新技術(shù)，通過在注冊(cè)表中選擇，既可調(diào)用本系統(tǒng)鼠標(biāo)操作的創(chuàng)新軟件，又可以調(diào)用他方軟件，實(shí)現(xiàn)多方兼容無(wú)所不包的虛擬技術(shù)組態(tài)大型圖形化儀器軟件。
權(quán)利要求
1.一種基于虛擬技術(shù)的全功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由多功能純靜/動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集器、程控高精度信號(hào)調(diào)理器、帶USB/以太網(wǎng)接口的16位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、PC機(jī)和大型豪華組態(tài)圖形化分析、處理軟件及電源組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其特征在于多功能數(shù)據(jù)采集器，內(nèi)嵌有恒壓源、恒流源和通道轉(zhuǎn)換器，每通道根據(jù)需要可接入恒壓或恒流振動(dòng)傳感器、應(yīng)變計(jì)、熱電阻、熱電偶、噪聲傳感器、流量/壓力傳感器、電壓/電流等信號(hào)，每八通道為一單元，本系統(tǒng)最多可容256個(gè)通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其特征還在于嵌入式八階可編程控抗混濾波器，截止頻率從1.52593Hz到20kHz范圍內(nèi)有32763種可選，從而保證純靜態(tài)/純動(dòng)態(tài)兼容。嵌入式程控信號(hào)調(diào)理器，放大倍數(shù)有1.10.100.1000四種可選。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其特征還在于嵌入MCU的16位A/D轉(zhuǎn)換器DAQ2005，有16個(gè)單端和8個(gè)雙端輸入，4路D/A輸出，32路可編程開關(guān)量，采樣頻率為250kHz/1MHz，本單元可單獨(dú)在工業(yè)過程控制中應(yīng)用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其特征還在于嵌入式A/D單元中編寫了多種著名軟件的內(nèi)核最底層驅(qū)動(dòng)和用戶層動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)程序，和以太網(wǎng)/USB接口驅(qū)動(dòng)捆綁在一起，在注冊(cè)表中注冊(cè)。這樣調(diào)用本系統(tǒng)的PC機(jī)內(nèi)的多種大型豪華組態(tài)軟件，就可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)和分析、處理與控制。
6，根據(jù)權(quán)利要求1所述的本發(fā)明的大型組態(tài)圖形化軟件，每個(gè)功能軟件模塊，應(yīng)用多線程技術(shù)，使線程間同步與數(shù)據(jù)共享，保證模塊間自由通信，可用鼠標(biāo)拖入PC屏上任意位置并任意鏈接。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于虛擬技術(shù)的全功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?？蓮V泛用于工程檢測(cè)、工業(yè)過程控制、基礎(chǔ)科學(xué)研究和能源、石化、土建、交通、機(jī)械、航天航空等領(lǐng)域。其主要特征是由純動(dòng)/純靜態(tài)多功能數(shù)據(jù)采集器、程控抗混濾波器、帶有USB/以太網(wǎng)接口的16位高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、大型豪華組態(tài)虛擬儀器軟件、PC機(jī)與AC/DC、DC/DC電源組成。其創(chuàng)新點(diǎn)在于1.通過程控抗混濾波器實(shí)現(xiàn)純靜態(tài)(OHz)和純動(dòng)態(tài)(20kHz)數(shù)采信號(hào)兼容；通過程控信號(hào)調(diào)理器實(shí)現(xiàn)多種采集參數(shù)兼容。2.易操作的組態(tài)虛擬儀器圖形化軟件，還可以與進(jìn)口儀器硬、軟件互換。
文檔編號(hào)G05B19/02GK101051219SQ20061006698
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2006年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月4日
發(fā)明者李佳林 申請(qǐng)人:李佳林