轮机工程--浅析基于数据采集卡的船舶机舱监控系统设计(编辑修改稿)

轮机工程--浅析基于数据采集卡的船舶机舱监控系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

提供一些便捷功能，尤为实用，如图 25 所示。 图 25 前面板工具栏 其中各个按钮的主要用途如下：  运行：单击可运行当前 VI，运行中该按钮变为 ，如果该按钮变为，表示当前 VI 中存在错误，无法运行，单击该按钮即可弹出对话框显示错误原因。  连续运行：单击可重复连续运行当前 VI  中止执行：当 VI 运行时变亮为 ，可单击终止当前 VI 运行  暂停：单击可暂停当前 VI 运行，再次单击继续运行  文本设置：对选中文本的字体、大小、颜色、风格、对齐方式等进行设置  对齐对象：使用不同方式对选中的若干对象进行对齐  分布对象：使用不同方式对选中的若干对象间隔进行调整  调整对象 大小：使用不同方式对选中的若干前面板的大小进行调整，也可精确指定某控件的尺寸  重新排序：调整选中对象的上下叠放次序  显示 /隐藏即时帮助窗口：单击后可显示 /隐藏一个小悬浮窗口，其中是关于鼠标所指定对象的帮助内容 （ 2） 框图工具栏 框图界面上方的工具栏与前面板工具栏类似，如图 26 所示。 图 26 框图工具栏 框图工具栏中与前面板工具栏不同部分的按钮用途如下：  高亮显示执行过程：单击该按钮，变为 后， VI 运行时变慢，并可观察到数据流在框图中的流动过程，对初学者理解数据流运行方式尤为有用  保存连线 值：单击后变为 ，可使 VI 运行后为各条连线上的数据保留值，可用探针直接观察数据值  单步进入：调试时使程序单步进入循环或子 VI  单步通过：调试时程序单步执行完整个循环或子 VI  单步退出：单步进入某循环或者自 VI 后，单击此按钮可使程序执行完该循环或者子 VI 剩下的部分并跳出 [7] 工具选板 在前面板和程序框图中都可以看到工具选板。 工具选板上的每一个工具都对应于鼠标的一个操作模式。 光标对应于选板上所选择的工具图标。 可选择合适的工具 对前面板和程序框图上的对象进行操作和修改。 如果自动工具选择已打 开，当光标移动到前面板或程序框图的对象上时，LabVIEW 将自动从工具选板上选择相应的工具。 请打开工具选板，选择查看工具选板。 LabVIEW 将记住工具选板的位置和大小，因此当 LabVIEW 重启时选板的位置和大小保持不变。 简体中文版的工具选板如图 27 所示。 利用工具选板可以创建、修改 LabVIEW 中的对象，并对程序进行调试。 工具选板是 LabVIEW 中对对象进行编辑的工具。 图 27 工具选板 工具选板中各种不同工具的图标及其相应的功能如下：  自动 /手动选择切换， 当按下自动选择按钮，鼠标经过前、后面板上的对象时，系统会自动选择工具选板中相应的工具，方便用户操作。 当用户选择手动时，需要手动选择工具选板中的相应工具  操作工具，用来操纵前面板中的控制量和指示器。 当用它指向数值或者字符量时，它会自动变成标签工具  位置、尺寸、选择工具，用来选取对象，改变对象的位置和大小  标签工具，用于输入标签文本或者创建标签  连线工具，用于在后面板中连接两个对象的数据端口，当用连线工具接近对象时，会显示出其数据端口以供连线之用。 如果打开了帮助窗口时，那么当用连线工具至于某连线上时， 会在帮助窗口显示其数据类型  对象弹出菜单工具，当用该工具单击某对象时，会弹出该对象的快捷菜单  滚动窗口工具，使用该工具，无须滚动条就可以自由滚动整个图形  颜色设置工具，用来设置窗口对象的前景色和背景色 [8] LabVIEW 和数据采集 数据采集是指从系统外部采集数据并进行转换后传输到系统内部的过程，能够提供这一功能的完整系统被称为数据采集系统（ Data Acquisition System）。 一个通用 DAQ 测量系统其主要的测量任务实质上是由安装在计算机上的软件完成的，而 DAQ 硬件知识将输入信号转换成计 算机所能操作的数字信号。 这意味着一个 DAQ 设备能执行多种测量任务，不同的测量任务仅仅是软件的不同。 [9] 对于基于计算机的数据采集系统来说，所采集的数据信号一般为电信号（如电压、电流等），所能处理的信号一般为数字信号，所以需要将外部的模拟物理量转换为以电信号表示的数字量后交分析程序处理，这一转换过程称为模拟输入；而有时系统需要向外部提供激励，所以有的数据采集系统也提供模拟输出功能，将内部的数字激励信号转换为模拟输出信号。 典型数据采集系统如图 28所示。 [7] 图 28 典型的基于 PC的 DAQ系统 （ 1）传感器和变换器 数据采集系统的中的传感器和变换器的主要功能是将系统外部的各种类型的物理量转换为电信号，供数据采集系统进行采集和处理。 常见的信号类型有 5类，其中模拟信号包括直流（ DC）信号、时域信号和频域信号；数字信号包括通断和脉冲序列两种类型。 对同一个信号可以采用多种测量角度。 （ 2）信号调理 从传感器得到的信号可能会很微弱，或者包含大量噪声，或者是非线性等，这种信号在进入采集卡之前必须经过信号调理。 信号调理的方法主要包括放大、传感器和变换器 数 据 采 集 设 备 信 号 调 理 PC 机 软 件 衰弱、隔离、多路复 用、滤波、激励和数字信号调理等。 （ 3）数据采集设备 数据采集设备的功能是将数据转换为计算机课处理的数字信号，并传递到计算机中去。 通常情况下数据采集设备是一个数据采集卡，与计算机的连接可以采用多种方式。 NI 的数据采集设备支持的总线类型包括 PCI、 PCI Express、 PXI、 PCMCIA、 USB、 CompactFlash、 Ether 以及火线等各种总线。 数据采集卡的功能包括模拟输入、模拟输出、数字 I/O、触发采集和定时 I/O。 ① 模拟输入 模拟输入主要考虑的基本参数包括通道数、采样速率、分辨率和输入 范围等。 通道数 —— 对于采用单端和差分两种输入方式的设备，模拟输入通道数可以分为单端输入通道数和差分输入通道数。 在单端输入中，输入信号均以共同的地线为基准。 对于差分输入，每一个输入信号都有自有的基准地线；由于共模噪声可以被导线所消除，从而减小了噪声误差。 采样速率 —— 这一参数决定了每秒钟进行模数转换的次数。 一个高采样速率可以在给定时间下采集更多数据，因此能更好地反映原始信号。 分辨率 —— 模数转换器用来表示模拟信号的位数即是分辨率。 分辨率越高，信号范围被分割成的区间数目越多，因此，能探测到的电压变量就越小。 在 恰当地设计模拟输入电路其他部分的情况下，可以对模拟信号进行非常准确的数字化。 输入范围 —— 输入范围是 ADC 可以量化的最小和最大电压。 NI 公司的多功能数据采集设备对量程范围进行选择，可以在不同输入电压下进行配置。 ② 模拟输出 模拟输出用来为数据采集系统提供激励源。 数模转换器（ DAC）的一些技术指标决定了所产生输出信号的质量：稳定时间、转换速率和输出分辨率。 稳定时间 —— 稳定时间是指输出达到规定精度时所需要的时间。 稳定时间通常由电压上的满量程变化来规定。 转换速率 —— 转换速率是指数模转换器所产生的输出信号的最大变化速率。 稳定时间和转换速率一起决定模数转换器改变输出信号值的最大变化速率。 输出分辨率 —— 输出分辨率与输入分辨率相似，它是产生模拟输出的数字码的位数。 较大的位数可以缩小输出电压增量的量值，因此可以产生更平滑的变化信号。 对于要求动态范围宽、增量小的模拟输出应用，需要有高分辨率的电压输出。 ③ 触发采集 许多数据采集的应用过程需要基于一个外部事件启动或停止一个数据采集的工作。 数字触发使用外部数字脉冲来同步采集与电压生成。 模拟触发主要用于模拟输入操作，当用一 个输入信号达到一个指定模拟电压值时，根据相应的变化方向来启动或停止数据采集的操作。 NI 公司为数据采集产品开发了 RTSI 总线。 该总线使用一种定制的门阵列和一条带形电缆，能在一块数据采集卡上的多个功能之间或者两块甚至多块数据采集卡之间发送定时和触发信号。 通过该总线，可以同步模数转换、数模转换、数字输入、数字输出和计数器 /计时器的操作。 ④ 数字 I/O（ DIO） DIO 接口经常被用来控制过程、产生测试波形、与外围设备进行通信。 在每一种情况下，最重要的参数有可应用的数字线的数目、在这些通路上能接收和提供数字数据的速率 、通路的驱动能力。 一个常见的 DIO 应用时传送计算机和设备之间的数据，这些设备包括数据记录器、数据处理器及打印机。 ⑤ 定时 I/O 计数器 /定时器在许多应用中具有很重要的作用，包括对数字时间产生次数的技术、数字脉冲计时以及产生方波和脉冲。 应用一个计数器 /计时器最重要的指标是分辨率和时钟频率。 分辨率是计数器所应用的位数。 越高的分辨率以为着计数器可以计数的位数越高。 始时钟频率越高，计数器递增得也越快，因此对于输入可探测的信号频率越高，对于输出则可以产生更高频率的脉冲和方波形。 （ 4） PC 与软件 软件使 PC 机 和数据采集硬件形成一个完整的数据采集、分析和显示系统。 软件层中的驱动软件可以直接对数据采集硬件的寄存器编程，管理数据采集硬件的操作并把它和处理器中断， DMA 和内存这样的计算机资源合在一起。 驱动软件隐藏了复杂的硬件底层编程细节，为用户提供容易理解的接口 [6]。 第三章 机舱监控系统软件设计 系统组成 本机舱监控系统基于 设计，系统对船舶主柴油机、辅柴油机、电站、主锅炉、辅锅炉、齿轮箱等部分进行监控。 系统主要由用户登录、数据采集两大部分组成，其中数据采集部分分为开关量和模拟量采集两 部分。 模拟量采集部分采集了压力、温度、电压等信号。 设计步骤 用户登录 用户登录界面用于。