CN100590557C - 多通道数据采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的多通道数据采集系统，包括采集计算机、采集显示器及采集端打印机，采集计算机安装有多个A/D采集卡和一缓存器，在每个A/D采集卡输入端设有电压隔离调理器，采集计算机通过以太网后端连接有控制计算机和回显计算机，控制计算机安装有双屏显示卡，并分别接至主、从显示器以及控制端打印机，回显计算机接有回显显示器以及回显端打印机。本发明还提供了多通道数据采集的方法。本发明优点在于可测量多个通道，适合多信号记录场合，数据和波形的显示和打印方便，具有较高的自动化程度和准确度，有利于实现采集智能化，特别适用于火箭发射、武器试验、石油化工等危险和污染严重的现场信号检测与记录的场合。
Description
技术领域
本发明涉及控制装置，特别涉及一种多通道数据采集系统及其方法。
背景技术
目前，传统型模拟记录仪的结构简单、功能单一，存在以下不足：(1)可靠性差，故障率高。存在着卡纸、接触不良、断线等易发故障和大量日常维护工作；(2)测量通道少。一般每台传统型模拟记录仪只能同时记录6-12路信号。(3)成本高。单台12路笔录仪所需经费为20余万元，并且笔录仪所需专用记录纸每米10元。(4)智能性差。当测试数据出现异常时必须由经验丰富的技术人员进行判读，对测试人员的要求高。传统的记录仪功能固化，不便于实现数据分析、处理、存储及显示。由于其结构与功能的局限性，无法满足运载火箭测试发射试验等过程的智能化、数据传输网络化和在线数据分析处理的需要。
国产的一些新型数据记录仪多数都是以单独仪器的形式存在，存在以下不足：(1)一台记录仪往往只有6-8个通道，不适合信号较多的记录场合，扩充不方便；(2)显示屏幕较小，观测波形不方便；(3)大多数不具有远程实时传输记录的能力，不能远程控制采集过程的启停；(4)波形打印不方便，需要配置专门的打印机，不能使用通用的打印机。
另外，某些大型数据采集记录系统虽然采集通道可达上百路，但是数据处理功能单一，一般仅仅用于显示数据，在采集过程中不能随意启停某些路，然后继续采集。事后处理简单，不能任意组合各路信号进行对比观察，并且价格极其昂贵。
发明内容
本发明的目的是克服现有的技术存在的缺陷，提供一种可测量多个通道，适合多信号记录场合，数据和波形的显示和打印方便，利于实现采集智能化的多通道数据采集系统及其方法。
为达到上述目的，本发明提供的多通道数据采集系统，包括采集计算机、采集显示器及采集端打印机，所述采集计算机安装有多个A/D采集卡和一缓存器，在每个所述A/D采集卡输入端设有电压隔离调理器，每个所述电压隔离调理器设有多个电压隔离调理模块，多路数据采集信号依次经所述电压隔离调理器、A/D采集卡和缓存器存储于所述采集计算机的硬盘存储器中，所述采集计算机接至所述采集显示器和采集端打印机；所述采集计算机通过以太网后端连接有控制计算机和回显计算机，所述以太网设有交换机，所述采集计算机、控制计算机和回显计算机分别设有采集计算机网卡、控制计算机网卡和回显计算机网卡，所述采集计算机网卡、控制计算机网卡和回显计算机网卡与所述交换机分别通过光纤相连接；所述控制计算机安装有双屏显示卡，所述控制计算机分别接至一主显示器和一从显示器和控制端打印机；所述回显计算机接有回显显示器以及回显端打印机；该多通道数据采集系统的采集方法，通过采集计算机对数据进行采集处理、实时存储、显示和打印，该采集方法执行如下步骤：
①启动，进行程序及其界面初始化；
②判断是否进行数据的采集，如果不进行数据的采集，而是读取原有的存储数据，则调用文件操作模块进行数据还原；如果开始采集数据，则调用硬件设置模块并进行硬件设置模块的配置，调用数据采集与显示模块进行实时的采集与显示；
③数据还原或采集结束后，调用回放操作模块进行数据的回放显示；
④如用户进行数据处理，则调用数据处理模块进行数据处理与分析；
⑤如用户进行数据保存，调用文件存储操作模块进行数据的存储；
⑥如用户进行数据打印，则进行打印操作；
⑦结束；
在其中所述采集方法的步骤②中，数据采集与显示模块执行如下步骤：
①启动，创建新文档；
②创建用于同步绘图显示线程和采集线程的事件对象；
③启动绘图显示线程；
④进入绘图显示线程，等待采集线程发送的同步事件；
⑤开始采集，启动各A/D采集卡自身的采集线程，进行多卡同时采集；
⑥在采集线程内读取经A/D采集卡转换后的数据；
⑦采集数据读取完毕后，采集线程向绘图显示线程发送同步事件，告知其已有新增数据；
⑧绘图显示线程等到采集线程发送的同步事件后，对显示窗口进行重新绘图；
在其中所述采集方法的步骤②和③中，文件操作模块和回放操作模块执行如下步骤：
①文件操作模块读入描述数据的元数据，获得设置的通道参数；
②文件操作模块同时根据元数据打开相应的数据文件；
③文件操作模块同时根据元数据打开相应的特征点文件；
④用户选择要回放的通道集合，决定是否寻找特征点；
⑤回放操作模块根据用户的选择并分析读入数据；
⑥回放操作模块以文本方式或者图形方式显示通道数据；
在其中所述采集方法的步骤④中，数据处理模块执行如下步骤：
①回放开始时用户选择要回放的通道；
②根据用户选择的通道，读入相应通道的数据并判定特征点，提供进度显示并允许用户中断；
③用户确定回放的时间起点；
④用户确定回放的时间比例；
⑤根据用户确定的时间起点和比例，重新读入数据；
⑥将数据从数据块形态转化为通道数据点数组形态，执行下一步；如果通道形态的数据需要导出为文件，则将通道形态的数据导出为文本文件或者excel文件；
⑦用户确定图形显示比例；
⑧用户确定显示模式；
⑨根据现有的通道数据重新显示数据；
在其中所述采集方法的步骤⑤中，文件存储操作模块执行如下步骤：
①回放开始后，根据用户选择回放的通道，在独立的线程中读入相应通道的数据，并提供进度显示和允许用户中断；
②将数据从数据块形态转化为通道数据点数组形态；
③用户设置信号数据保存的约束条件：起始时间、结束时间和拣取间隔；
④对需保存数据的起始时间点进行定位；
⑤按照用户设定的拣取间隔，读取数据并追加至新保存文件中；
⑥判断是否到达用户设定的数据结束时间点，如果是，则结束读取，完成保存。
本发明多通道数据采集系统，其中所述电压隔离调理器和A/D采集卡各为2个，每个所述电压隔离调理器设有32个电压隔离调理模块，每个所述A/D采集卡为32通道PCI总线模/数转换卡。
本发明多通道数据采集系统，其中所述电压隔离调理模块包括依次相连的放大电路、隔离电路和滤波电路，电压隔离调理模块采用4种不同的模块之一，其输入、输出范围分别是：
电压隔离调理模块1：输入：0～±10V；输出：-5～+5V；
电压隔离调理模块2：输入：0～25V；输出：0～+5V；
电压隔离调理模块3：输入：0～40V；输出：0～+5V；
电压隔离调理模块4：输入：0～±15V；输出：-5～+5V。
本发明多通道数据采集系统的优点在于：将先进的计算机辅助技术、虚拟仪器技术、数字信号处理技术和现代电子仪器测试技术成功地应用于多通道设备的测试中，系统界面友好、操作简单灵活，数据存储和处理非常方便。测试精度远高于传统笔录仪，检测的数据与信号波形可实时显示存贮和打印输出，可以方便地观察各通道测试曲线的趋势及幅值，可对原始数据进行实时存储、转换、比较和事后分析。系统具有较高的自动化程度和准确度，在计算机的控制下，实现对被测信号的实时观测，整个过程可以不需要人为干预，大大减轻测试的强度，也避免了人为观测的误差。
同时，系统扩展性好，适应性强，具有较高的通用性、兼容性、容错性和可维护性。用户只需将软件稍微改动就可增加本系统的功能，而且各种操作平台都可以运行，为以后的升级扩展留有较大的空间。
由于采用网络技术实现远程控制，特别适用于火箭发射、武器试验、石油化工等危险和污染严重的现场信号检测与记录的场合。
下面结合实施例参照附图进行详细说明，以求对本发明的目的、特征和优点得到更深入的理解。
附图说明
图1为本发明多通道数据采集系统的方框图；
图2为电压隔离调理器的电路图；
图3为电压隔离调理器的电源底板图；
图4为控制计算机正在执行数据采集的界面图；
图5为同一个信号源在不同时间范围下的显示效果图；
图6为数据回放选择通道对话框界面图；
图7为数据回放选择通道后的曲线示例图；
图8为数据回放选择另一个通道后的曲线示例图；
图9为正在寻找所选通道特征点的界面图；
图10为标注了特征点的曲线图；
图11为数字方式显示界面图；
图12为数据保存对话框界面图；
图13为保存数据进行中界面图；
图14为系统数据信息采集流程图；
图15为采集计算机模式软件运行流程图；
图16为远程模式-控制计算机软件运行流程图；
图17为远程模式-采集计算机软件运行流程图；
图18为远程模式-回显计算机软件运行流程图；
图19为数据采集与显示模块运行流程图；
图20为文件操作模块和回放操作模块运行流程图；
图21为数据处理模块运行流程图；
图22为文件存储操作模块运行流程图。
具体实施方式
参见图1，系统由前端装置和后端装置两部分组成，之间通过局域网的交换机和光缆连接。
首先，以实施例说明本发明多通道数据采集系统的构成。
本发明多通道数据采集系统，前端装置包括采集计算机、采集显示器及采集端打印机，采集计算机安装有多个A/D采集卡和一缓存器，在每个A/D采集卡输入端设有电压隔离调理器，多路数据采集信号依次经电压隔离调理器、A/D采集卡和缓存器存储于采集计算机的硬盘中，采集计算机接至采集显示器和采集端打印机。
采集计算机通过局域网后端连接有控制计算机和回显计算机，采集计算机、控制计算机和回显计算机分别设有采集计算机网卡、控制计算机网卡和回显计算机网卡，采集计算机网卡、控制计算机网卡和回显计算机网卡与交换机分别通过光纤相连接。控制计算机安装有双屏显示卡，所述控制计算机分别接至一主显示器和一从显示器和控制端打印机。回显计算机接有回显显示器以及回显端打印机。
其中电压隔离调理器和A/D采集卡各为2个，每个电压隔离调理器设有32个电压隔离调理模块，每个A/D采集卡为32通道PCI总线模/数转换卡，采用型号为100K PCI-1713A/D的采集卡。
参见图2，电压隔离调理器包括依次相连的放大模块、隔离模块和滤波模块，隔离模块采用4种不同的模块之一，其输入、输出范围分别是：
隔离模块1：输入：0～±10V；输出：-5～+5V；
隔离模块2：输入：0～25V；输出：0～+5V；
隔离模块3：输入：0～40V；输出：0～+5V；
隔离模块4：输入：0～±15V；输出：-5～+5V。
参见图3，每32个电压隔离调理器插在一块电源底板上。该底板可提供稳定的±12V和24V电源。
在本发明多通道数据采集系统的实施例中，被测信号经两个电压隔离调理机箱转换后送入A/D采集卡的输入端，再由采集计算机对数据进行采集处理。各路输入信号通过调理模块对输入信号和后端设备进行隔离，并且根据A/D卡的输入电压要求对各信号电压进行变换，信号经隔离变换后输入到A/D采集卡进行采集并通过采集软件对A/D卡采集的信号进行处理，实时显示并存储数据。
采集的模拟量信息经电压隔离调理器将转换后的数字量信息通过光缆和交换机适时传送给控制计算机和回显计算机。后端设备的两台电脑均采用HP工作站XW4200(含显示器)，控制计算机内置双屏卡(型号为COLORGAPHIC Xentara GT2)用于控制2个显示器。
控制计算机通过网络完成对前端采集处理系统的远程控制，同时通过网络调用采集计算机的数据，完成信号的显示并实现显示模式下对信号的各种观察要求，在采集结束后可对采集计算机采集的数据按需要进行回放显示。
控制计算机可以控制双屏实时显示，主显示器始终同时显示64路信号，从显示器可以任意选择显示64路信号中的任意通道，便于对特定通道放大观察，可及时发现异常数据。
在这种测试模式下，前端在采集过程中可以实现无人值守，由操作者通过控制计算机控制前端工作，并可实现远程关机。
下面，对本发明多通道数据采集系统的方法，即控制程序的流程说明如下。
实施例二单机模式
参见图15，单机模式采用通过采集计算机对数据进行采集处理、实时存储、显示和打印。
①启动，进行程序及其界面初始化；
②判断是否进行数据的采集，如果不进行数据的采集，而是读取原有的存储数据，则调用文件操作模块进行数据还原；如果开始采集数据，则调用硬件设置模块并进行硬件设置模块的配置，调用数据采集与显示模块进行实时的采集与显示；
③数据还原或采集结束后，调用回放操作模块进行数据的回放显示；
④如用户进行数据处理，则调用数据处理模块进行数据处理与分析；
⑤如用户进行数据保存，调用文件存储操作模块进行数据的存储；
⑥如用户进行数据打印，则进行打印操作
⑦结束。
参见图19，其中在步骤②中，数据采集与显示模块执行如下步骤：
①启动，创建新文档；
②创建用于同步绘图显示线程和采集线程的事件对象；
③启动绘图显示线程；
④进入绘图显示线程，等待采集线程发送的同步事件；
⑤开始采集，启动各A/D采集卡自身的采集线程，进行多卡同时采集；
⑥在采集线程内读取经A/D采集卡转换后的数据；
⑦采集数据读取完毕后，采集线程向绘图显示线程发送同步事件，告知其已有新增数据；
⑧绘图显示线程等到采集线程发送的同步事件后，对显示窗口进行重新绘图。
参见图20，其中在步骤②和③中，文件操作模块和回放操作模块执行如下步骤：
①文件操作模块读入描述数据的元数据，获得设置的通道参数；
②文件操作模块同时根据元数据打开相应的数据文件；
③文件操作模块同时根据元数据打开相应的特征点文件；
④用户选择要回放的通道集合，决定是否寻找特征点；
⑤回放操作模块根据用户的选择并分析读入数据；
⑥回放操作模块以文本方式或者图形方式显示通道数据。
参见图21，其中在步骤④中，数据处理模块执行如下步骤：
①回放开始时用户选择要回放的通道；
②根据用户选择的通道，读入相应通道的数据并判定特征点，提供进度显示并允许用户中断；
③用户确定回放的时间起点；
④用户确定回放的时间比例；
⑤根据用户确定的时间起点和比例，重新读入数据；
⑥将数据从数据块形态转化为通道数据点数组形态，执行下一步；如果通道形态的数据需要导出为文件，则将通道形态的数据导出为文本文件或者excel文件；
⑦用户确定图形显示比例；
⑧用户确定显示模式；
⑨根据现有的通道数据重新显示数据。
参见图22，其中在步骤⑤中，文件存储操作模块执行如下步骤：
①回放开始后，根据用户选择回放的通道，在独立的线程中读入相应通道的数据，并提供进度显示和允许用户中断；
②将数据从数据块形态转化为通道数据点数组形态；
③用户设置信号数据保存的约束条件：起始时间、结束时间和拣取间隔；
④文件存储操作模块对需保存数据的起始时间点进行定位；
⑤按照用户设定的拣取间隔，读取数据并追加至新保存文件中；
⑥判断是否到达用户设定的数据结束时间点，如果是，则结束读取，完成保存。
实施例三远程控制计算机模式
参见图16和图17，远程控制计算机模式采用通过网络相连接的采集计算机和控制计算机对数据进行采集处理、实时存储、显示和打印。
一.采集计算机：
①启动，进行程序及其界面初始化和网络初始化；
②等待控制计算机发送采集参数与开始指令，在控制计算机指令采集计算机开始并发送参数后，进行数据采集；
③对采集的数据进行实时处理与显示；
④对采集的数据进行实时保存；
⑤对采集的数据进行远程传输；
⑥如果采集过程中收到控制计算机发来新的采集参数或指令，则进行相应的参数更改或执行新的指令；
⑦判断是否收到控制计算机的停止采集指令，如果没有，则继续采集；否则，停止采集；
⑧采集结束后，调用回放操作模块进行数据的回放显示；
⑨如用户进行数据处理，则调用数据处理模块进行数据处理与分析；
⑩如用户进行数据保存，则调用文件存储操作模块进行数据的存储；
二.控制计算机：
①启动，进行程序及其界面初始化和网络初始化；
②控制计算机指令采集计算机开始并发送采集参数；
③控制计算机接收采集计算机发送的数据；
④控制计算机对所接收的采集数据进行处理和实时显示；
⑤控制计算机对所接收的采集数据进行实时保存；
⑥判断用户是否更改采集参数或发送指令，如果是，则向采集计算机发送更改采集参数或指令；
⑦判断用户是否停止采集，如果是，则向采集计算机发送停止采集的指令；
⑧采集结束后，调用回放操作模块进行数据的回放显示；
⑨如用户进行数据处理，则调用数据处理模块进行数据处理与分析；
⑩如用户进行数据保存，则调用文件存储操作模块进行数据的存储；
结束。
其中采集计算机步骤②、③、④、⑤和⑨，与实施例二同。
实施例四远程控制计算机-回显计算机模式
参见图16、图17和图18，远程控制计算机-回显计算机模式采用通过网络相连接的采集计算机、控制计算机和回显计算机对数据进行采集处理、实时存储、显示和打印。
一.采集计算机：
①启动，进行程序及其界面初始化和网络初始化；
②等待控制计算机发送采集参数与开始指令，在控制计算机指令开始并发送参数后，采集计算机进行数据采集；
③对采集的数据进行实时处理与显示；
④对采集的数据进行实时保存；
⑤对采集的数据进行远程传输；
⑥如果采集过程中收到控制计算机发来新的采集参数或指令，则进行相应的参数更改或执行新的指令；
⑦判断是否收到控制计算机的停止采集指令，如果没有，则继续采集；否则，停止采集；
⑧采集结束后，调用回放操作模块进行数据的回放显示；
⑨如用户进行数据处理，则调用数据处理模块进行数据处理与分析；
⑩如用户进行数据保存，则调用文件存储操作模块进行数据的存储；
如用户进行数据打印，则进行打印操作；
二.控制计算机：
①启动，进行程序及其界面初始化和网络初始化；
②控制计算机指令采集计算机开始并发送采集参数；
③控制计算机接收采集计算机发送的数据；
④控制计算机对所接收的采集数据进行处理和实时显示；
⑤控制计算机对所接收的采集数据进行实时保存；
⑥判断用户是否更改采集参数或发送指令，如果是，则向采集计算机发送更改采集参数或指令；
⑦判断用户是否停止采集，如果是，则向采集计算机发送停止采集的指令；
⑧采集结束后，调用回放操作模块进行数据的回放显示；
⑨如用户进行数据处理，则调用数据处理模块进行数据处理与分析；
⑩如用户进行数据保存，则调用文件存储操作模块进行数据的存储；
三.回显计算机：
①启动，进行程序及其界面初始化和网络初始化；
②等待控制计算机发送采集参数与开始指令，在控制计算机指令开始并发送参数后，采集计算机进行数据采集；
③接收采集计算机发送的数据；
④对所接收的采集数据进行实时处理与显示；
⑤对所接收的采集数据进行实时保存；
⑥判断是否收到新的采集参数或指令，如果是，则更改显示参数；
⑦判断是否收到停止指令，如果是，则停止接收数据与显示；否则，继续接收数据与显示；
⑧采集结束后，调用回放操作模块进行数据的回放显示；
⑨如用户进行数据处理，则调用数据处理模块进行数据处理与分析；
⑩如用户进行数据保存，则调用文件存储操作模块进行数据的存储；
其中采集计算机步骤②、③、④、⑤和⑨，与实施例二同。
下面详细说明系统的工作过程。
该产品具有本地和远程两种工作方式。采用本地工作方式时只需在前端采集计算机上进行控制操作；远程工作方式时由控制计算机通过网络完成对前端采集处理系统的远程控制，同时通过网络调用前端采集计算机的数据，完成信号的显示并实现显示模式下对信号的各种观察要求；在采集结束后可对前端采集计算机采集的数据按需要进行回放显示。远程工作模式下，前端采集处理单元的启动停止、数据采集上传等操作均由后端控制计算机控制，并可实现远程关机。
本地工作方式：
1)模拟信号隔离调理
待测的64路模拟信号按量程分为0～40V，0～25V，-15V～+15V，-10V～+10V四种，每一路信号分别接入隔离调理机箱中的一个隔离调理模块。隔离调理模块根据输入信号的幅度预先进行调节，可将四种输入电压范围的信号预先按比例衰减到PCI-1713A/D采集卡允许的输入信号范围-5V～+5V，衰减比例分别为8∶1、5∶1、3∶1和2∶1。以第一路信号为例，第一路信号电压范围0～40V，假设实际输入电压为30V，经过隔离调理之后输出为3.75V。
2)模数转换
第一路信号经过隔离调理之后输入A/D采集卡，采集卡1ms采样一次，采样之后将采样值存入缓存区，并通过发中断通知采集主程序读取采样值。A/D卡分辨率为12位，采样值为-2048～+2047，这个数值与采集卡输入的-5V～+5V对应。4V经过A/D转换之后数字量值为1535。这样经过一次采样，64路信号共形成64个数字量值“1535……”。
3)中断方式采集并存储
当采样获得的数据形成FIFO半满时，采集程序响应中断，立即将64K数字量值，以追加方式存入硬盘的本次采集默认的数据文件中。两块采集卡各产生一个后缀为“.pci”的数据文件，文件采用时间命名法并在末尾加“0”或“1”标识两块卡产生的不同文件。例如第一块卡的一次采集数据文件为0711071025220.pci。
4)数据的实时显示处理
采集线程通过A/D卡驱动读入采样数据到缓冲，接着被采集程序的数据处理模块和实时显示模块调用。数据处理模块完成数据的还原、背景网格绘制和视图相关操作，实时显示模块完成对采样的数据实时显示。视图是采集窗口区划分成的若干个矩形区域，用于显示输出信号，可以动态设定实时显示的时间范围，暂停视图刷新和标定实时数据点坐标。第一通道采样值3071根据衰减比例，经过公式(1536/2048)×5×8换算成实际电压值为30V，送到屏幕显示出来。
5)数据回放
详细的工作过程见下面远程工作方式的数据采集过程和数据回放过程。
6)打印数据和屏幕曲线
Windows提供了虚拟设备驱动，MFC的CPrintInfo可以获得打印设备信息，通过CDC在打印机上进行绘图操作。采集计算机、控制计算机和回显计算机的打印模块功能方法相同。
在远程工作方式：
1.建立网络连接
采集计算机、控制计算机和回显计算机接入局域网，之间通过以太网协议进行通信。三机程序全都运行之后，控制计算机和回显计算机程序通过数据传输客户端模块的网络连接对话框作为和采集计算机程序的连接工具。在对话框中输入采集计算机的IP地址，单击“连接”按钮，程序将会向指定IP发送请求连接命令，采集计算机程序的数据传输服务模块接收到连接请求之后返回回答信号，连接成功。如果输入采集计算机的IP地址不正确，数据传输客户端模块接收不到回答信号，提示连接失败。
2.采集参数与控制命令传递
参见图14和图4，系统在控制计算机、采集计算机和回显计算机之间传递采集数据和指令的过程是：控制计算机发出的指令(启动/停止采集、远程参数设置)传递给采集计算机，采集计算机将指令同步传递给回显计算机。数据采集过程中，采集计算机通过中断获得数据，并将获得的数据实时发送到控制计算机和回显计算机。控制计算机接收采集计算机发送的数据，完成存盘的同时通知回显计算机处理数据(读取数据实时显示或者回放数据)，回放显示计算机实现对前端测试数据的任意读取、处理、显示。
3.数据采集过程
采集计算机采集的数据在每次FIFO半满中断后送实时处理显示并存盘的同时，将采集的数据通过以太网发送到控制计算机和回显计算机。控制计算机和回显计算机的数据传输客户端模块接收到数据之后进行显示存储。
详细的操作过程如下：
在数据采集过程中，为便于用户更加准确方便的查看分析试验数据，在控制计算机、采集计算机和回显计算机上，用户均可以执行视图的相关操作，使用回放功能查看刚刚采集的数据等。
(1)视图的相关操作
1)选择视图
在对视图的相关参数进行设置时，需要对视图进行选择。选择采集窗口中的某一视图可以通过2种方法，一种是从采集窗口通过鼠标右键直接选择，另一种是通过工具栏上的视图下拉选择框选择。
·从采集窗口选择
在采集计算机或回显计算机的采集界面中，用鼠标右键单击需要设置的视图区域，此时滑动条将自动移动到该视图的时间范围，右侧为该视图全屏显示时的最大时间范围值，默认的最大时间范围为60秒。同时“暂停”按钮更新为该视图的状态。参见图4，在视图6上单击右键后的效果，其时间值为27秒，暂停按钮没有选中，说明这个视图内显示的波形没有暂停。
在任意视图上双击鼠标右键，将最大化该视图。
·从视图选择框选择
在采集计算机或回显计算机中，可在工具条的组合框中选择需要设置的视图，选中之后的效果和直接从数据区用鼠标右键选择后的效果完全相同。
2)动态设定实时显示的时间范围
在实时采集和显示的过程中，为方便查看数据，允许用户自由改变每个视图的时间范围(1～60秒)，对于实时性要求高的视图(例如，包含脉冲)，可以设置比较小的时间范围，对于趋势性要求高的视图，可以设置比较大的时间范围。
每个视图拥有独立的时间范围，可以独立设置，设置后将自动保存到注册表，下次运行程序后自动载入，初始默认值为1秒。
设置某视图的时间范围时，首先按照前面介绍的方法选中要进行操作的视图，然后移动工具栏上的滑动条改变该视图时间范围，文本框中显示当前的时间范围值，时间范围单位为“秒”。如果程序当前处于工作状态，拖动滑块的同时视图将根据新的时间范围刷新显示；如果程序当前处于停止状态，需要在窗口区的任意位置单击鼠标左键或右键，所选视图的时间范围才会根据新的时间范围刷新显示。
参见图5，表明了同一个信号源在不同时间范围下的显示效果。通道14和通道15接入同一信号，通道14所在的视图3的时间范围值为10秒，而通道15所在的视图4为32秒。
在使用此项功能时可以将时间范围要求相近的通道放到一个视图中，以避免频繁设置时间范围。
3)暂停视图刷新
在实时图形显示过程中，为了更好地观察波形，可以暂停视图的刷新。此时，程序将保持当时的数据快照，供使用者静态分析。暂停视图刷新不影响后台的数据采集。当取消暂停设置，视图将继续实时显示。
操作方法是首先选择要暂停的视图，在“暂停”按钮为未选中的状态，单击该按钮可以将当前选中的视图置为“暂停刷新”状态；在“暂停”按钮为选中的状态，单击该按钮可以将当前选中的视图置为正常状态。这里应注意，当选中“暂停”按钮之后，不要再双击该视图进行最大化显示，否则最大化窗口将显示空白屏幕。因为选择“暂停”之后，程序将会停止刷新被暂停的视图。要避免这个问题，用户可以最大化显示之后再暂停该视图。
4)实时数据点坐标
在数据采集过程中或在数据回放过程中，在屏幕上曲线的任意位置单击鼠标左键，将会在单击点出现十字形标记点，同时标记点旁边显示这一点的时间值和幅值。显示的时间坐标为相对起飞时刻(起飞时刻定义为0秒，之前时间为负值)的相对坐标，单位为“秒”。
当鼠标在“数据采集”或“数据回放”窗口数据曲线区域移动时，右下角状态栏将显示鼠标当前所在位置的时间坐标、幅值坐标。通过左键单击鼠标，可以标记特殊数据点。
在数据曲线的显示区域移动鼠标，状态栏将显示当前坐标。在数据曲线的显示区域单击鼠标左键，将增加标记点。标记点可以随曲线打印输出。
不断重复上述动作，将增加更多的标记点，原则上程序没有限制标记点个数，可以增加任意多个标记点。在数据曲线的显示区域单击鼠标右键，将清除所有标记点。
由于在一个视图中包含多个通道的曲线，而每个通道可能拥有不同的调理范围，所以视图的幅值范围取包含视图中所有通道的调理范围的最大值，应当避免将调理范围相差悬殊的通道放在一个视图，以避免引起曲线幅值变化不明显。
(2)更改多屏机设置
在采集过程中，多屏机可以使用“设置”菜单更改通道参数及外观等，具体设置方法见多屏机设置部分。
此功能给用户极大的自由空间，用户可以在采集过程中改变视图数量，可随时将感兴趣的通道组合在一个视图内进行观察，实时调整参数使之更便于对试验数据曲线的观察。
(3)数据回放
程序允许用户在采集过程中对当前采集的数据或以前的数据进行回放，便于用户及时查找问题。
(4)信号报警
采集过程中，当某路信号超出所设定的报警限(即通道参数中的上限值和下限值)，屏幕上相应通道的颜色将变为报警色，同时鸣放报警音，恢复正常后报警色和报警音将自动消失。
(5)停止采集
在控制计算机或采集计算机单击【操作】/【停止采集】或直接按下
按钮结束采集。
如果在控制计算机或采集计算机的菜单【设置】/【通道】的“程序终止”栏中设置了整个采集过程的时间，则时间到达后会自动结束采集。如果在“程序终止”栏中设置时间值为“0”，则不会自动结束采集，需手动结束采集。在任何时间均可单击【操作】/【结束采集】或按下
按钮结束采集。不管采用那种方法结束采集，均能自动将采集数据存入所设的路径。一次采集生成3个文件，其中一个是连接文件，后缀为.par，另外两个是两块采集卡各自的数据文件，后缀为.pci，系统默认开始工作的时间作为所存储文件的文件名。例如，开始采集时间是06年3月17日23时44分20秒，则3个文件依次为：060317234420.par，0603172344200.pci，0603172344201.pci。两个数据文件文件名最后一位数字“0”和“1”用于标识两块采集卡。采集一个小时，每一个.pci数据文件的大小约为225M。
4.数据回放
#选择文件、通道：
控制计算机、多屏机、回显计算机和采集计算机都有数据回放功能。允许同时打开多个文件，选择不同的通道同时观察。下面以在回显计算机上打开文件进行说明，观察在实验中的两次采集数据中14号通道的信号曲线。
单击菜单【文件】/【打开】，选择其中一个连接文件“060317234420.par”，单击“确定”后出现空白坐标画面，此时菜单栏和快捷工具栏均发生了变化。
参见图6，单击“通道”菜单出现相应的对话框，此时对话框的“文件”一栏显示已打开的数据文件路径。选择数据文件和所选择的通道，则屏幕上就出现此文件中所选通道的曲线。如果只打开了一个文件则不需要再选择文件，如果打开的是2个以上的文件，则再选择通道前都要先选择文件。
点击要观测的14号通道前的方框，选中的通道框出现“√”，之后单击确定。参见图7，此时坐标平面上将会出现14号通道的正弦曲线。
再次单击菜单【文件】/【打开】，选择第二个数据文件060317234519.par，单击确定，弹出图6所示的对话框，再次单击“通道”菜单出现相应的对话框。
此时文件下拉框出现两个文件，选中第二个数据文件，之后再选择14号通道并单击确定。参见图8，此时坐标平面将增加第二个文件的14号通道的方波信号。时间轴线总时间显示的是采集时间最长的数据文件的时间值。按照前面介绍的方法可以对曲线进行标定，标定曲线之后，移动曲线。如果标定的点距离较近，文字会相互重叠，可以单击放大按钮将曲线放大之后再进行标定。
#数据查看：
1)数据查看方式
数据查看方式有图形、数字两种模式，可通过快捷工具栏中的
按钮进行图形、数字的自由切换。
参见图8，在图形显示模式下，单击按钮，鼠标指针形状变为十字，在数据曲线的显示区域单击鼠标左键，将增加标记点(鼠标单击点的电压和时间)，单击鼠标右键将会取消所有标记点。标记点可以随曲线打印输出。标记点详细介绍见数据采集部分。
参见图11，在数字显示模式下，可以显示任意选定的一秒钟内采集的1000个点的原始数据。此时要注意显示比例应定在1∶1，否则显示的数据将不是一秒钟内连续1000个点数据，而是按照比例隔点取的数据(例如1∶100是每隔100个点取一个数)。屏幕上方从左至右依次显示1000个点的序号，序号下面对应显示选定文件的相应通道在各时间点的原始采集数据。
2)曲线的放大与缩小
3)曲线平移
系统支持曲线的平移操作。当按下按钮时，左键双击屏幕左上角通道名称，将选中或者取消待平移的曲线(可以选中多条)，选中的曲线，名称前显示“x：00，y：00”。通过方向键“←”、“→”等可以上、下、左、右平移选中的曲线集合。此时在该曲线名称前显示x方向的平移像素和y方向平移像素的数值。
4)寻找特征点
“寻找特征点”复选项用于寻找通道内15～30ms宽度的负脉冲信号。选择了此复选框，单击“确定”之后，程序将会在选择的通道中搜索符合条件的脉冲信号，每个通道的搜索进度显示在进度条中。此功能可以便于用户快速并且无遗漏地找到时序等特征信号。
如果选择通道时选择了“寻找特征点”复选项，相应通道图像上的特征点位置将出现一条标志线。以某次测试数据为例，使用此功能观察信号ts3里面的脉冲信号。
按照前面的方法打开测试数据文件，选择ts3通道，并选择“寻找特征点”复选项，单击“确定”按钮。参见图9，程序开始依次寻找ts3通道内的脉冲信号。
在查找的过程中，用户可以通过按“取消”按钮，取消查找，下次再寻找特征点时程序会接着上次的开始查找。程序在数据文件存储路径下生成一个后缀为.pea的文件，用来保存特征点信息。以后再查这几个通道的特征点，则可立即显示，省略了查找时间。
寻找完之后，参见图10，曲线上的所有特征点位置都用虚线画了一条竖线，这就是特征点的标志线。
在图像的任意位置双击鼠标右键，图像将以双击点为起点在屏幕上重新显示(1∶1比例显示除外)，此功能可方便地对图像迅速定位。也可以通过拖动时间滑标对事件发生的时间迅速定位。时间轴线末端显示数据采集的总时间(参见图11中2288)，右端设有时间输入框，用户可以直接输入和修改时间，根据时间精确定位曲线。输入时间值之后，要单击右侧的
按钮，程序这时才能响应输入的时间值，调入这一时间值对应的曲线。单击
按钮可以以“秒”为单位递增或递减。跟随鼠标移动，屏幕右下角显示当前幅值和时间。
在各种比例下，可以先用鼠标单击图形显示区任意位置，再通过键盘上的“＜”“＞”键向前或向后滚动屏幕查看图像，按键一次的移动距离根据所选择的比例而改变，例如：选择1∶1显示，一次移动1秒距离；选择1∶10显示，一次移动10秒距离。请注意，通过键盘“＜”“＞”键操作时，鼠标需要在图形显示区任意位置单击，使焦点位于图形显示区时，按键才会生效。
参见图11，是数字显示方式，图中第一行(123.....20)为采样点序号，如果取1∶1比例显示，则数字的单位为毫秒。则这些数字分别表示为1毫秒，2毫秒....等等，如果取1∶10比例显示，则为10毫秒，20毫秒....等等。
第二行显示数据文件名字和通道号，图11中为051103144129.par ch50(TS3)。如果该通道有特征点，且已经寻找过，则特征点的数值信息标注在相应通道的后面，接着按时间顺序依次标注各个特征点的时间值，鼠标右键双击标注的特征点时间，将会自动转到图形显示模式下相应特征点的位置处。
第三行显示相应时间下的采样数据值。
第四行和第五行是另外一路通道的文件名和数据。
本例只选择了二个通道显示，如果选择更多的通道，则将按顺序显示通道文件名和数据。
5)寻找起飞时间
如果在采集信号中设置了QF或TS3(字母必须大写)，则系统自动寻找判断起飞时间，在数据回放快捷工具栏中总采集时间后面的数字即为起飞时间，见图34。如果同时打开2个以上具有起飞时间的文件，则在工具栏中只显示时间最长的文件的总采集时间。
#数据保存
软件除可自动保存每次的采集数据外，还可按用户的要求把数据文件保存为.txt文本文件，此文件可以用EXCEL打开，数据格式如表1。此功能允许重新设置数据保存的起始、终止时间点、数据采样点的间隔，保存文件存储路径，允许同时保存多个文件的多个通道。
表1保存的数据文件格式
| 信号1 | 信号2 | …… | 信号n |
| 0.001s数据 | 0.001s数据 | …… | 0.001s数据 |
| 0.002s数据 | 0.002s数据 | …… | 0.002s数据 |
| …… | …… | …… | …… |
| n秒数据 | n秒数据 | …… | n秒数据 |
单击主界面菜单【文件】/【打开】选择一个数据文件，进入回放界面后，还可以继续选择几个需要的数据文件，当要保存时，选择【文件】/【另存为】，对话框参见图12。设置完对话框中的内容之后单击“开始”，开始保存，进度条显示保存进度，此时可以单击“停止”取消操作。
5.采集数据的传递
数据采集进行中，采集计算机通过中断获得数据，通过程序的数据传输服务模块，直接在每次中断后将存在缓存中的数据实时发送到控制计算机和回显计算机，控制计算机和回显计算机的数据传输客户端模块负责接收并存储到硬盘。控制计算机接收采集计算机发送的数据，完成存盘的同时通知多屏机处理数据(读取数据实时显示或者回放数据)。
6.网络交换过程
采集计算机、控制计算机和回显计算机之间通过以太网协议进行通信，在应用层存在两条通道：用于传输高速实时采集数据的数据通道和用以传送控制命令的命令通道。
Claims (3)
1.一种多通道数据采集系统，包括采集计算机、采集显示器及采集端打印机，其特征在于：所述采集计算机安装有多个A/D采集卡和一缓存器，在每个所述A/D采集卡输入端设有电压隔离调理器，每个所述电压隔离调理器设有多个电压隔离调理模块，多路数据采集信号依次经所述电压隔离调理器、A/D采集卡和缓存器存储于所述采集计算机的硬盘存储器中，所述采集计算机接至所述采集显示器和采集端打印机；所述采集计算机通过以太网后端连接有控制计算机和回显计算机，所述以太网设有交换机，所述采集计算机、控制计算机和回显计算机分别设有采集计算机网卡、控制计算机网卡和回显计算机网卡，所述采集计算机网卡、控制计算机网卡和回显计算机网卡与所述交换机分别通过光纤相连接；所述控制计算机安装有双屏显示卡，所述控制计算机分别接至一主显示器和
从显示器和控制端打印机；所述回显计算机接有回显显示器以及回显端打印机；该多通道数据采集系统的采集方法，通过采集计算机对数据进行采集处理、实时存储、显示和打印，该采集方法执行如下步骤：
①启动，进行程序及其界面初始化；
②判断是否进行数据的采集，如果不进行数据的采集，而是读取原有的存储数据，则调用文件操作模块进行数据还原；如果开始采集数据，则调用硬件设置模块并进行硬件设置模块的配置，调用数据采集与显示模块进行实时的采集与显示；
③数据还原或采集结束后，调用回放操作模块进行数据的回放显示；
④如用户进行数据处理，则调用数据处理模块进行数据处理与分析；
⑤如用户进行数据保存，调用文件存储操作模块进行数据的存储；
⑥如用户进行数据打印，则进行打印操作；
⑦结束；
在其中所述采集方法的步骤②中，数据采集与显示模块执行如下步骤：
①启动，创建新文档；
②创建用于同步绘图显示线程和采集线程的事件对象；
③启动绘图显示线程；
④进入绘图显示线程，等待采集线程发送的同步事件；
⑤开始采集，启动各A/D采集卡自身的采集线程，进行多卡同时采集；
⑥在采集线程内读取经A/D采集卡转换后的数据；
⑦采集数据读取完毕后，采集线程向绘图显示线程发送同步事件，告知其已有新增数据；
⑧绘图显示线程等到采集线程发送的同步事件后，对显示窗口进行重新绘图；
在其中所述采集方法的步骤②和③中，文件操作模块和回放操作模块执行如下步骤：
①文件操作模块读入描述数据的元数据，获得设置的通道参数；
②文件操作模块同时根据元数据打开相应的数据文件；
③文件操作模块同时根据元数据打开相应的特征点文件；
④用户选择要回放的通道集合，决定是否寻找特征点；
⑤回放操作模块根据用户的选择并分析读入数据；
⑥回放操作模块以文本方式或者图形方式显示通道数据；
在其中所述采集方法的步骤④中，数据处理模块执行如下步骤：
①回放开始时用户选择要回放的通道；
②根据用户选择的通道，读入相应通道的数据并判定特征点，提供进度显示并允许用户中断；
③用户确定回放的时间起点；
④用户确定回放的时间比例；
⑤根据用户确定的时间起点和比例，重新读入数据；
⑥将数据从数据块形态转化为通道数据点数组形态，执行下一步；如果通道形态的数据需要导出为文件，则将通道形态的数据导出为文本文件或者excel文件；
⑦用户确定图形显示比例；
⑧用户确定显示模式；
⑨根据现有的通道数据重新显示数据；
在其中所述采集方法的步骤⑤中，文件存储操作模块执行如下步骤：
①回放开始后，根据用户选择回放的通道，在独立的线程中读入相应通道的数据，并提供进度显示和允许用户中断；
②将数据从数据块形态转化为通道数据点数组形态；
③用户设置信号数据保存的约束条件：起始时间、结束时间和拣取间隔；
④对需保存数据的起始时间点进行定位；
⑤按照用户设定的拣取间隔，读取数据并追加至新保存文件中；
⑥判断是否到达用户设定的数据结束时间点，如果是，则结束读取，完成保存。
2.根据权利要求1所述的多通道数据采集系统，其特征在于：其中所述电压隔离调理器和A/D采集卡各为2个，每个所述电压隔离调理器设有32个电压隔离调理模块，每个所述A/D采集卡为32通道PCI总线模/数转换卡。
3.根据权利要求1或2所述的多通道数据采集系统，其特征在于：其中所述电压隔离调理模块包括依次相连的放大电路、隔离电路和滤波电路，电压隔离调理模块采用4种不同的模块之一，其输入、输出范围分别是：
电压隔离调理模块1：输入：0～±10V；输出：-5～+5V；
电压隔离调理模块2：输入：0～25V；输出：0～+5V；
电压隔离调理模块3：输入：0～40V；输出：0～+5V；
电压隔离调理模块4：输入：0～±15V；输出：-5～+5V。
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