摘 要：該文介紹了在虛擬儀器開發平臺LabVIEW下，由實驗測量數據的要求和儀器本身的條件，分析了在LabVIEW編程環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：緩沖采集和實時采集，并給出實例。用LabVIEW控制儀器的自動化數據采集，不僅方便，準確的記錄、顯示和保存數據，還可以利用LabVIEW強大的數據處理功能，對數據進行實時處理，擬合曲線或通過計算得到參數和結果、直觀得到所需物理量。實踐證明，這些方法簡單、實用、高效，是實驗數據采集，處理，分析一體化的很好的途徑。 關鍵詞：虛擬儀器; 自動化控制; 數據采集 1 引言 　　虛擬儀器（簡稱為VI）的開發環境有很多，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使用的是科學家和工程師們所熟悉的術語，還使用了很易于識別的構造G語言的圖形符號，即使具有很少編程經驗的人也能學會使用LabVIEW。 　　在實驗的物理量測量中，對各種參數的測量都希望能夠做到精確和實時。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算機對儀器進行自動化控制。目前大多的實驗儀器都提供了與計算機的接口，所以完全可以用計算機通過各種接口自動地控制儀器數據的測量、數據存儲以及基本的數據處理和分析。在編程中，軟件使用的是功能比較強大的虛擬儀器編程軟件LabVIEW，以及從網上下載的一些基本儀器驅動函數，程序主要實現了數據的實時連續采集顯示和緩沖采集指定數據兩種功能。 2 程序設計 　　2.1 采集方法分類及其特點 　　根據測量要求的不同，控制方法分為緩沖采集、實時采集和定時采集三種。這三種方法可以滿足一般實驗數據采集的要求。（1）當實驗要求在儀器允許的條件下,盡可能快地獲取測量得到的數據時，就要使用儀器本身的緩沖存儲器來采集大量的數據，并顯示在計算機上，這樣快速采集的數據，才能反應物理量在短時間內的變化。（2）實時采集是指采集、顯示數據同時進行，這樣可以直觀地看出測量物理量的變化，它對數據速率要求不是很高，程序的主要部分是數據處理和顯示，用戶控制參數有屏幕顯示個數以及數據采集時間間隔等。如果采集物理量的變化頻率太快，一方面接口受傳輸數據速率的限制，另一方面計算機受處理能力的限制，使得實時采集不能真正顯示數據的變化，實時采集就不能使用。所以當實驗采集的物理量變化不是很大的時候，使用實時采集，得到的結果更加直觀，便于實驗者把握實驗數據總趨勢，并且顯示數據的動態曲線圖。（3）數據定時采集也是非常常見和重要的，一般希望儀器在規定時間內采集一段數據。 　　2.2 程序流程 　　三種程序流程為：（1）實時采集是控制儀器進行實時地數據采集，每得到一個或一組數據后都通過儀器與計算機的接口傳輸到計算機，并顯示，用戶可以根據這些實時數據觀察當前實驗的一些現象，并保存當前數據。（2）緩沖采集應用在實驗儀器本身有存儲器的時候，控制儀器參數設置，將采集數據后放入存儲器，再通過計算機和儀器接口把數據傳輸到計算機，交由計算機控制，儀器暫停采集，進行下一步數據處理和分析。如果實驗儀器本身沒有存儲器，為了提高采集速度只有先不考慮數據的處理，直接得到原始數據放入數組函數，等到一定量的時候再放入文件進行存儲處理。（3）數據定時采集在程序中加入時間判斷語句，當設定的采集時間到了，就調用緩沖采集（或實時采集）數據程序，采集數據并存儲數據。 　　下面主要介紹緩沖和實時采集。在編程時，可以根據儀器的編程手冊來設置儀器參數。 　　2.2.1數據緩沖采集 　　首先，程序開始時把給定的提示信息（“Please Waiting…”）輸入到面板上顯示表明程序開始運行，請用戶等候;然后設置儀器緩沖的各個參數，如采集量，存儲個數等，數據采集存儲完后再從緩沖中讀出數據通過接口（如GPIB）傳輸到計算機中，顯示數據和圖形;最后在儀器面板上顯示采集完畢信息（“Transmission has been done!”），恢復初始顯示采集數據狀態，將得到的數據放入表格中，數據圖形顯示用LabVIEW的WAVEFORM GRAPH 控件。主要程序流程圖如圖1。 [align=center] 圖1：數據緩沖采集主要流程[/align] 　　2.2.2數據實時采集 　　數據實時采集與數據緩沖采集類似，首先設置儀器基本參數，然后編輯控制顯示兩個子函數的程序：StrChangeData和ScrDisplay。當設置完儀器采集類型，精度等參數后，則讀取儀器面板信息，分析得到數據，通過程序設置參數來控制動態顯示數據和圖形。主要程序流程如圖2。 [align=center] 圖2：數據實時采集主要流程[/align] 　　子函數介紹：StrChangeData是將包含測量數據，測量單位等信息字符串轉換成實際數據。ScrDisplay是根據用戶設置的參數（屏幕顯示個數等）實時調整顯示數據和圖形。 　　⑴、StrChangeData子函數： [align=center] 圖3：StrChangeData子函數[/align] 　　根據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據大小，數據單位量級和數據單位。將字符串連接到一個判斷中，根據儀器量程，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。然后將它和由數據字符串轉換的數據相乘，就可以得到實際數據了。子函數如圖3。 　　⑵、ScrDisplay子函數： 　　數據顯示在這里比較重要，要將設置屏幕顯示個數和數據數組大小做比較，分三種情況：（1）屏幕顯示個數大于數據數組大小，表明數據還沒采集全，直接將采集到的新數據放入數組中。（2）屏幕顯示個數等于數據數組大小，則要刷新數據，首先去掉數組中第一個數據，所有數據前移，再加入新的數據，最后刷新顯示圖形。（3）屏幕顯示個數小于數組大小，表明用戶重新調整了圖形顯示數據個數，首先要刪除數組前多余的數據（數組大小-屏幕顯示個數+1），剩下數據前移，再加入新采集的數據，最后刷新顯示圖形。 3 測試實例、結果和討論 　　在實際實驗過程中，往往會涉及到多臺儀器同時采集，每臺儀器的采集流程圖和程序構架都幾乎一樣，只是儀器內部指令不同而已，所以可以用上訴方法用一個程序同時控制幾臺儀器采集數據。實驗中用keithley的6517和2000實時采集數據，這兩臺儀器都有GPIB口，可以同時進行采集傳輸數據。下面是實驗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：實驗測試程序[/align] 　　實驗中將6517和2000的單個數據采集時間都設定為1秒，圖形顯示個數設為50，這樣同時實時采集兩路數據（電流和電壓值），數據都動態的顯示在圖形控件和數據列表中，數據存放在指定文件中。 4 結束語 　　對數據的實時采集，從具體某種硬件所編寫的應用軟件都很多，從串口到高速的GPIB口數據采集也不少，但是它們往往都是針對某個具體的硬件或者測試系統所做的，系統的討論數據采集構架的文章很少。現在隨著儀器功能的齊全，計算機處理數據速度和接口傳輸數據速度的提高，自動化控制實驗儀器不僅減少工作量，減少人為誤差，而且把數據采集和數據處理一體化，直觀地得到測量的物理量，同時利用LabVIEW軟件的數據處理能力，可以靈活地實時分析處理數據。 　　本文創新點為（1）討論了幾種數據采集的軟件控制方式，解決了一般數據采集的整體設計。（2）軟件都是結構化編寫的，可以做成dll文件和子函數，對于不同的儀器，只要修改前面的儀器驅動參數，其他的都可以調用相同的子函數或dll文件，這極大的方便了實驗室儀器測控軟件的編寫。（3）數據直接存放到數據庫里，方便數據的管理和使用。明顯優于以前傳統的數據采集。（4）根據實驗測量或時間的要求，可以設計緩沖采集、實時采集和定時采集，接口允許還可以控制多臺儀器多通道的同時實時采集。 參考文獻 　　畢虎，律方成，李燕青，李和明.Labview中訪問數據庫的幾種不同方法.微計算機信息，2006，1-1:131-134。 　　吳苗，許江寧，繆繡華，紀兵.基于Labview的設備驅動程序開發技術研究.微計算機信息，2006，2-1:153-155。 　　毛建東.基于Labview的單片機數據采集系統的設計.微計算機信息，2006，3-2:41-42。 　　周偉林，李清峰，楊華勇.基于Labview的AC1077數據采集卡的驅動.微計算機信息，2006，1-1:121-123。