基于CompactRIO的多通道数据采集系统的开发与设计

摘要

随着科技发展日新月异，各种新技术不断涌现。近年虚拟仪器技术慢慢地渗透到我们的生活中，覆盖到各种领域，逐渐趋于成熟。由于虚拟仪器技术具有成本低、可靠性高等优点，从而得到了国内外的广泛应用。本论文基于CompactRIO数据采集设备硬件平台，采用LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）软件平台，运用虚拟仪器概念以及其相关技术手段开发设计了一个多通道数据同步采集系统。论文主要内容分为如下几个部分：
　　1、首先简要介绍了虚拟仪器技术的概念、虚拟仪器的构成、特点以及相关技术的国内外发展状况。说明了研究本设计的目的和意义。相比于传统的数据采集设备的开发，基于虚拟仪器技术的“测控-传输”数据采集系统的开发成本低，且可紧密结合数据采集的实际应用需求。
　　2、介绍了本设计所需要的软硬件平台，包括LabVIEW编程语言和CompactRIO采集系统，如LabVIEW的功能以及如何简单高效地编程实现预定目标功能、CompactRIO的主要构成以及如何利用LabVIEW语言来驱动设备并稳定地进行数据采集工作。
　　3、结合具体的应用背景依据数据采集的技术要求选择了合适的采集卡进行采集，明确了系统的主要功能，制定了采集系统的整体开发设计思路，主要包括设置定时采集的开始和停止时间、采集数据的存储以及实时数据的波形显示等功能。此外系统还具有对信号进行滤波、放大，频谱分析，参数控制与测量等信号处理的功能。
　　4、利用LabVIEW编程语言分别实现在CompactRIO底层的FPGA编译工作，RT上的功能实现以及在HOST端上位机的显控设置。
　　5、在实验室以及水池进行仿真调试，在海上进行数据采集。最后研究信号处理算法，包括信号处理中消除趋势项算法研究；FFT理论研究；LOFAR谱图算法分析以及背景均衡算法研究。对海试数据进行处理分析。数据结果表明，本设计能够完成预期既定目标。不仅对虚拟仪器有了更进一步的了解，而且也验证了其性能较为优越，具有一定的实用价值。

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第1章 绪论

1.1 前言

1.2 研究目的与意义

1.3 虚拟仪器的发展形势

1.4 本设计的研究工作

第2章 采集系统的软硬件平台介绍

2.1 虚拟仪器的基本概念

2.2 虚拟仪器开发语言

2.3 虚拟仪器的软件开发平台—LabVIEW

2.4 虚拟仪器的硬件开发平台—CompactRIO

2.5 本章小结

第3章 采集系统的理论研究

3.1 数据采集理论

3.2 数据采集系统的硬件平台

3.3NI CompactRIO硬件应用

3.4 本设计总体思想及框图

3.5 本章小结

第4章 ComapactRIO采集系统软硬件平台的功能实现

4.1 程序模块化设计概述

4.2 内置FPGA底层程序功能介绍

4.3 RT上程序功能介绍

4.4 Host端程序功能介绍

4.5 本系统具体功能实现

4.6 采集系统波形图

4.7 本章小结

第5章 采集系统的试验结果与分析处理

5.1 采集系统的数据处理

5.2 信号处理的消趋势算法介绍与LabVIEW编程

5.3 FFT频谱分析模块与加窗处理

5.4 LOFAR算法及海试数据处理分析

5.5 背景均衡算法及海试数据处理分析

5.6 海试数据处理分析

5.7 本章小结

结论

参考文献

致谢