专利名称：一种基于虚拟技术的全功能数据采集系统的制作方法
技术领域：
本发明属于信息技术领域，是一种创新型虚拟技术仪器，是“国家中长期科学和技术发展规划纲要”中重点发展的前沿技术之一，是近几年长足发展的多学科高新技术。这种号称“软件就是仪器”的测控系统，可广泛用于国防安全、工程检测、现代工业过程控制、基础科学研究、航空航天、石油化工、钢铁、交通、水利/电力、环境监控、地震等领域；以及大型机械或土建工程设计理论验证、优选设计方案、竣工验收和事故分析等。
背景技术：
虚拟仪器技术是信息时代的前沿技术，是获取准确可靠环境信息(即数据采集)的重要手段。由于近十年来全球软件技术的高速发展，使传统仪器发生了划时代的革命，即进入了“软件就是仪器”时代。五花八门的传统仪器都是单一的专用功能，即功能由厂家设计的；而虚拟仪器的功能是由用户设计的，很多硬件功能由软件来完成，可以以一抵百，还有大量硬件不可能完成的分析处理功能，这样就极大的降低了仪器成本。因此‘无所不能’的虚拟技术在短短几年时间就得到各领域的广泛应用。在虚拟仪器领域，美国国家仪器有限(简称NI)公司是开山鼻祖，又是独霸全球市场的著名企业，号称500强制造企业有九成选用了NI虚拟仪器技术LabvIEW编程工具包。时至今日，我国有一些高校(如重大、哈工大)、一些企业(如东方振动所、东华公司)也涉入其中，但存在水平差异如把仪器比作房间，NI提供的是砖块，掌握NI技术的瓦匠就可以构筑各种用途的功能房间，但成为“NI瓦工”，即使IT工程师也得几个月时间才能毕业；而国内技术给予的是专用功能房间，改变用途再买新房，即功能不能由用户随心所欲的设计，即初级虚拟技术。时至今日，全球尚没有提供上述两类之间的产品—“预制混凝土板”，没有“瓦工技能”也可以像用积木玩具一样任意构筑各种功能房间，又不必不断花钱买新房。如用专业语言表述NI LabVIEW提供的是一个用于设计、控制和测试的行业标准图形化开发平台；国内现有技术提供的是种类繁多的单一用途软件包，类似传统仪器概念的虚拟仪器；而本发明提供的是图形化组态软件，百余个功能软件模块几十个数学和分析函数、各种采集、记录、显示、运算、处理、统计、控制功能软件模块，每个模块又可以用鼠标使其千变万化(魔方式积木)，操作者可以不编程，只用鼠标从模块库中点击调出所需模块，在屏上用鼠标链接，即可进行随心所欲的实时采集、分析和处理。
发明内容
本发明的目的是提供目前国内外市场上空白的一种多用途、高精度、易操作的便携式虚拟仪器系统。其特点是1.纯动态和纯静态两类数据采集仪器兼容，目前市场上的虚拟仪器都是动态的，如NI公司从不生产静态仪器(要求漂移小于几微伏)，而本发明长期漂移小于1微伏，频响范围从DC至20kHz。
2.万能型硬件目前市场上的虚拟仪器，都是即插即用的专用板卡，如测振、线/角位移、温湿度、速度、加速度、拉/压力、流量、噪声、脉冲、电压/电流等大信号(mv级)专用板卡和应变(放大倍数极高、极低噪声的微小信号)板卡等。用户必须购买多种硬件才能变换采集信号品种。本发明则一机多用，只需程控方式变更采集信号种类，节省大量硬件成本。
3.易操作型虚拟仪器组态软件NI公司虚拟仪器提供的图形化开发平台，要求操作者有较高的编程水平；国产的虚拟仪器提供的是单一用途的软件包套件，易操作但不能随心所欲地设计其功能；本发明提供的是不需编程的组态软件模块，操作者可在现场，在不更换硬、软件的情况下，用鼠标即可任意设计仪器用途和功能。
具体实施例方式
本发明分硬件和软件两部分创新措施一.在硬件部分1.在数据采集器中每通道中设有恒压源和可调恒流源，可配接恒压/恒流两类传感器；通过端子的不同接法，可以采集各种类型的环境参数。
2.通过嵌入式低噪声、高精度信号调理器，可实现程控放大倍数为1、10、100、1000四档。通过A/D单元中的程控放大器可设倍数为1、2、4、8四档。采用多核(MCU)协调前沿技术、超大规模门阵列技术、A1M9处理技术、高速A/D技术等集合创新，使得本系统就可以编程选择从1至8000倍放大，可满足全部环境参数需要的量程。从而在同一硬件上实现获取环境信息种类的‘无所不能’。
3.通过嵌入式8阶可编程抗混滤波器，截止频率从1.52593Hz至20kHz范围内有32763种选择。试验证明，当截止频率定为3Hz以下时，本系统可实现信号长期漂移小于1微伏。这样就可以进行纯静态数据采集，这一创新技术，使本系统闯入现有的虚拟技术仪器不能进入的低漂移静态数采应用领域，实现了纯动/纯静态兼容无所不能的数采功能。
二.软件部份通过多年研究国内外虚拟仪器软件实践，把以太网/USB两种接口标准底层驱动程序、Ni等公司和本系统底层驱动捆绑到一起，做成一个Windows下集成的可执行文件，完成在注册表中的注册，使得本系统虚拟仪器软件能够识别、并可以有选择的驱动。这种创新技术，通过在注册表中选择，既可调用本系统鼠标操作的创新软件，又可以调用他方软件，实现多方兼容无所不包的虚拟技术组态大型图形化仪器软件。
权利要求
1.一种基于虚拟技术的全功能数据采集系统，由多功能纯静/动态数据采集器、程控高精度信号调理器、带USB/以太网接口的16位A/D模数转换器、PC机和大型豪华组态图形化分析、处理软件及电源组成。
2.根据权利要求1所述的本发明，其特征在于多功能数据采集器，内嵌有恒压源、恒流源和通道转换器，每通道根据需要可接入恒压或恒流振动传感器、应变计、热电阻、热电偶、噪声传感器、流量/压力传感器、电压/电流等信号，每八通道为一单元，本系统最多可容256个通道。
3.根据权利要求1所述的本发明，其特征还在于嵌入式八阶可编程控抗混滤波器，截止频率从1.52593Hz到20kHz范围内有32763种可选，从而保证纯静态/纯动态兼容。嵌入式程控信号调理器，放大倍数有1.10.100.1000四种可选。
4.根据权利要求1所述的本发明，其特征还在于嵌入MCU的16位A/D转换器DAQ2005，有16个单端和8个双端输入，4路D/A输出，32路可编程开关量，采样频率为250kHz/1MHz，本单元可单独在工业过程控制中应用。
5.根据权利要求1所述的本发明，其特征还在于嵌入式A/D单元中编写了多种著名软件的内核最底层驱动和用户层动态链接库程序，和以太网/USB接口驱动捆绑在一起，在注册表中注册。这样调用本系统的PC机内的多种大型豪华组态软件，就可以进行现场实时采集数据和分析、处理与控制。
6，根据权利要求1所述的本发明的大型组态图形化软件，每个功能软件模块，应用多线程技术，使线程间同步与数据共享，保证模块间自由通信，可用鼠标拖入PC屏上任意位置并任意链接。
全文摘要
本发明是一种基于虚拟技术的全功能数据采集系统。可广泛用于工程检测、工业过程控制、基础科学研究和能源、石化、土建、交通、机械、航天航空等领域。其主要特征是由纯动/纯静态多功能数据采集器、程控抗混滤波器、带有USB/以太网接口的16位高精度A/D模数转换器、大型豪华组态虚拟仪器软件、PC机与AC/DC、DC/DC电源组成。其创新点在于1.通过程控抗混滤波器实现纯静态(OHz)和纯动态(20kHz)数采信号兼容；通过程控信号调理器实现多种采集参数兼容。2.易操作的组态虚拟仪器图形化软件，还可以与进口仪器硬、软件互换。
文档编号G05B19/02GK101051219SQ20061006698
公开日2007年10月10日 申请日期2006年4月4日 优先权日2006年4月4日
发明者李佳林 申请人:李佳林