CN102109539A - 一种多通道数据采集装置的数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道数据采集装置的数据处理方法。该数据处理方法中，首先在多通道数据采集装置的显示界面上设置坐标系，坐标系的横轴分别表示各个测量通道，坐标系的纵轴表示测量通道的测量数据。本发明另外公开了一种采用该数据显示处理方法的多通道数据采集装置。本数据处理方法可以在有限的平面显示的基础上表现出多个被测对象，并清楚显示在一段时间内被测量结果的变化范围，方便用户对多个被测对象的变化范围进行统计和比较，让用户可以很容易地了解批量被测量对象的整体差异特性。

Description

一种多通道数据采集装置的数据处理方法

技术领域

本发明涉及一种面向多通道数据采集装置的数据显示处理方法，同时也涉及采用该数据显示处理方法的多通道数据采集装置，属于数据显示技术领域。

背景技术

在数据显示方面，现有的多通道数据采集装置均是采用基于2维平面的2维信息表现方式。图1所示即为一款典型的多通道数据采集装置Agilent34970的输出结果示意图，该图表现了多个被测对象沿着时间横轴的离散的测量结果信息。

Agilent 34970适用于数据记录、数据采集和一般的开关与控制应用。它允许逐通道进行测量配置，以求达到最大的灵活性及快速方便设置内部的自动量程转换。对于Agilent 34970而言，被测对象是指用户期望测量的电类信号，如直流电压信号、交流电压信号、直流电流信号、交流电流信号、频率信号、温度传感器输出的电信号等。

图2所示为Agilent 34970完成多通道数据测量的外部连接示意图，图3为与之相应的内部电气连接示意图。在上述的Agilent 34970内部，用于完成多通道测量的子卡内部结构示意图如图4所示。在此仍以Agilent 34970为例，详细说明该多通道数据采集装置的具体测量过程：

1.图3中的主控板根据用户配置的任务，确定当前需要测量那个通道的信号，比如用户配置的第一个任务是：在101通道上，测量一个DCV信号。

2.主控板将上述配置转为一个命令，发送给子卡1上的控制器，以通知它将输入通道1连接到模拟总线。控制器接收到命令后将开关101吸合，将101通道的信号连接到内部模拟总线上，再吸合开关901，将输入信号连接到输出到万用表的模拟总线上，这时候万用表就和被测量的信号连接起来了。连接完成后，子卡控制器会返回设置完成的信号到主控板。

3.主控板接收到子卡控制器返回的设置完成的信号后，吸合子卡1和万用表之间的继电器，然后发送将用户配置的101通道的DCV测量的信息发送到万用表，并要求万用表返回一个测量结果。万用表接收到命令后，立即按照测量配置的要求开始测量，并把测量结果返回给主控板。

4.通过上述步骤完成一个通道的一次测量，也就是说，完成了一次对101通道的被测信号的测量。

5.主机接收到万用表返回的测量结果后，保存到内存中。

6.主机再解析用户配置的第2个任务，如果第二个任务是在102通道进行一次DCV测量，那么类似地，主机会重复步骤2、3，切换和102通道相关的开关，从而完成对102通道的一次测量。

7.以此类推，顺序完成用户配置的所有任务。并将测量结果按照测量的顺序存放在内存中。

现有可以完成多通道测量的仪器或设备还有多种，例如keithly公司的2700、3700等，但是它们呈现数据的方式都是使用一个类似于图1的标准2维图表来表达测量结果或测量趋势，其中横轴刻度表示时间的变化，纵轴刻度表示被测信号量的变化。在此情况下，多通道的测量数据直接在一个坐标系中叠加或使用不同的图分别显示不同的通道，即一个坐标系显示一个通道，这种简单的数据显示方式不便于使用者对多个被测对象的变化范围进行统计和比较，也不便于使用者观测大量被测量对象的整体差异特性。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种面向多通道数据采集装置的数据处理方法。利用该数据处理方法可以让使用者很容易地了解多个被测量对象的整体表现特性。

本发明所解决的另外一个技术问题在于提供一种采用上述数据显示处理方法的多通道数据采集装置。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种多通道数据采集装置的数据处理方法，用于显示所述多通道数据采集装置中多个测量通道的测量数据，其特征在于：

在所述多通道数据采集装置的显示界面上设置坐标系，所述坐标系的横轴分别对应表示各个测量通道，所述坐标系的纵轴表示所述测量通道的测量数据。

每个测量通道的测量数据以柱状图的方式显示。

在设置坐标系之前，每得到一个新的测量数据则首先判断该测量数据是否源于所在测量通道的第一次测量；如果是则将该测量数据赋值给所述测量通道的最大值、最小值和平均值变量，如果不是则进一步判断该测量数据是否大于所述测量通道记录的最大值，如果是则将本次测量数据赋值给记录最大值的变量，如果不是则进一步判断该测量数据是否小于所述测量通道记录的最小值，如果是则将该测量数据赋值给记录最小值的变量，如果不是的话则进一步计算所述测量通道所有测量数据的平均值，并保存在记录平均值的变量中；然后得到所有测量通道的测量数据的最大值和最小值，分别记为MAX和MIN；根据显示界面的宽度和总通道数计算每个测量通道需要的坐标系横轴像素数，根据MAX、MIN和显示界面的高度绘制坐标系。

一种多通道数据采集装置，包括主机、万用表子卡和多路开关子卡，其特征在于：

所述主机包括内部主控制板和前操作面板，以及带多个插槽的框体；所述前操作面板上有按键和显示器；

所述万用表子卡和所述多路开关子卡插接在所述插槽上；

在所述显示器的显示界面上设置坐标系，所述坐标系的横轴分别对应表示各个测量通道，所述坐标系的纵轴表示所述测量通道的测量数据。

所述万用表子卡可以由外部的万用表替代，此时所述多通道数据采集装置与PC机进行连接，并且此时的采集过程控制和结果显示均可以在PC机上进行。

本发明所提供的数据处理方法可以在有限的平面显示的基础上表现出多个被测对象，并清楚显示在一段时间内被测量结果的变化范围，方便用户对多个被测对象的变化范围进行统计和比较，让用户可以很容易地了解批量被测量对象的整体差异特性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为一款典型的多通道数据采集装置Agilent34970的输出结果示意图；

图2为Agilent 34970完成多通道数据测量的外部连接示意图；

图3为与图2相应的内部电气连接示意图；

图4为用于完成多通道测量的子卡内部结构示意图；

图5为利用本发明所提供的数据显示处理方法所实现的数据显示界面示意图；

图6为本发明所使用的多通道数据采集装置的坐标系绘制过程示意图；

图7为按照图6所示的坐标系绘制过程所生成的坐标系和参考线的示意图。

具体实施方式

鉴于现有技术基本上都采用类似于图1的标准2维图表来表现多个测量结果，其中横轴刻度表示时间的变化，纵轴刻度表示被测信号量的变化。这种简单的数据显示方式不便于使用者对多个被测对象的变化范围进行统计和比较，也不便于使用者观测大量被测量对象的整体差异特性。为此，本发明提出了一种全新的数据显示处理方法。该方法的特点是改变了2维图表的坐标构成，使坐标系的横轴分别表示不同的测量通道，而纵轴表示各测量通道的被测信号(即测量通道所采集的测量数据)的数据变化。这样所实现的数据显示界面如图5所示，其中每个测量通道的被测信号以柱状图的方式显示。这种显示方式可以在有限的平面显示的基础上清楚表现出多个被测对象，并清楚显示在一段时间内被测量结果的变化范围，方便用户对多个被测对象的变化范围进行统计和比较，让用户可以很容易地了解多个被测量对象的整体表现特性。

下面，以另外一款多通道数据采集装置为例，详细说明上述数据显示处理方法的具体实施过程。该款多通道数据采集装置在本发明中被简称为Ibis。Ibis的测量过程和保存数据的方式和前述的Agilent 34970基本一致，只是子卡数目和每个子卡的通道数目有所不同。具体而言，两者的不同之处在于：

(1)Ibis的万用表插在插槽内，还有4个插槽用来插子卡。Agilent34970的万用表插在主机内部，有3个插槽可以用来插子卡。

(2)Ibis的子卡有32/64/20通道等不同型号的，而Agilent 34970的子卡有22通道、40通道和10通道等。

Ibis由以下几个硬件部分组成：

1.Ibis主机

Ibis主机包括内部主控制板和前操作面板，以及带5个插槽的框体。前操作面板上有按键和分辨率为480*272的TFT液晶显示器。主机上共有5个插槽，用户可以根据需要选择不同的子卡插在任何一个插槽的位置。Ibis主机需要将一块万用表子卡和一块多路开关子卡分别插接在不同的插槽上，通过它们之间的配合来完成信号输入和测量的工作。

2.DMM子卡

DMM子卡是一种6位半精度的万用表子卡，是整个Ibis的测量电路部分。待用户根据需要配置好测量任务后，主机将根据用户配置将被测信号引入DMM输入端，并通过内部通信总线通知DMM完成测量并获取DMM的测量数据，结果将按照顺序带上相关测量信息保存在Ibis主机。

3.开关子卡

开关子卡用于配合将用户的被测信号引入到Ibis主机内部，根据工作方式不同可以分为很多类。用户需要根据被测对象类型选择具体的子卡来完成信号引入的工作。用户可以选择不同的子卡，以引入直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、电阻、频率和温度等测量信号用于测量。

在Ibis中至少安装一块多路开关子卡。如果使用内部的万用表子卡进行测量，至多可以安装4块多路开关卡。如果使用外部万用表进行测量，至多可以安装5块多路开关卡。目前，Ibis可选的多路开关子卡有：32路电压电阻信号测量卡，20路电压电阻信号快速测量卡，64路单端电压电阻信号测量卡，16路电流信号测量卡。用户需要根据自身测量要求和被测信号类型选择子卡，并必须将被测信号连接到每个测量通道上。

每个开关子卡包含有数目不等的通道，每一个通道可以连接一个被测信号，并配置好每个测量通道使用的测量配置后(通过前面板操作或以通过通信接口发送命令)，即可以开始进行测量。具体的测量过程如图6所示，包括如下步骤：

(1)用户根据被测对象类型，选择合适的子卡插入某个插槽；

(2)连接每个被测对象到适合测量的插槽上的通道输入端，并记录每个与被测信号连接的通道的编号；

(3)通过前面板或者通过通信接口，详细配置每一个测量通道的被测对象所使用的测量方式，同时还可以配置报警条件，一起将根据测量结果判断是否向用户发出报警信息。全部的测量配置构成一个测量任务。

(4)通过前面板或者远程控制命令，触发仪器开始按照测量配置，根据通道编号的顺序开始依次进行测量。

(5)当用户启动一个任务的测量后，主机在开始测量的条件满足后，根据用户配置的测量通道，按照通道编号的顺序，通过切换内部的继电器开关，依次将各个通道的被测模拟信号接入万用表子卡的测量输入端，并通知万用表子卡按照用户对这个测量通道的测量配置进行一次测量，测量完成后向主机返回测量结果，主机得到测量结果后，加上本次测量值使用的测量配置信息、测量时间信息等保存在非易失存储器中，同时还可以显示在前面板的液晶显示器上，或以图形方式描述测量结果，用户也可以利用PC机通过通信接口将测量值读至PC保存或显示分析。

在上述的测量过程中，如果要在Ibis上完成测量，需要一块万用表。此时可以选择安装万用表子卡，由Ibis主机和万用表子卡在主机内部进行通信，完成全部测量或统计运算；也可以不选择内部万用表(即万用表子卡)，而是通过外部万用表进行测量，这时候就需要与PC机进行连接以获得协助，并且需要用户通过命令告知Ibis如何进行开关控制以配合外部万用表，并且测量值需要用户从外部万用表获取。

在测量过程中，用户可以切换观测视图以观察测量结果，也可以通过命令查询测量结果。具体来说，用户可以根据需要通过前面板或远程命令监控测量结果，也可以在扫描过程中关闭前面板的显示而不监控。测量完成后，将数据提取到PC，然后使用Ibis配套的软件直接分析测量结果。用户也可以在测量过程中，在Ibis主机上选择期望观测的通道，可以直接观测数据也可以通过图形方式观测测量结果。

(6)在全部测量通道完成一次测量后，将测量得到的每个测量通道的结果写入到非易失性存储器保存，用户可以在测量完成后将测量数据转存到外部存储器(如U盘)或通过PC读出保存。每一个数据都对应有得到数据的时间信息和进行测量的通道编号信息，还包含是否满足用户设置的报警条件信息。

Ibis的显示内容会定时刷新，刷新频率为25Hz，即通过定时器触发，每秒钟可以执行刷新程序25次。Ibis主机中内置的刷新程序会定期判断是否确实有新的测量数据，从而决定屏幕是否需要刷新。如果需要刷新，则开始根据新的测量数据执行屏幕刷新的程序。每次刷新屏幕显示时，会判断是否有新的测量数据被保存到内存中，如果没有则依旧显示上一次的显示画面，如果有新的测量数据则整个屏幕的显示内容将会被重新计算。

如果上述的刷新程序判断出有新的测量数据，则Ibis实现屏幕刷新的具体过程如下：

首先假设有75个测量通道用于测量，通道号分别为101～132、201～232、301～311。在Ibis的显示屏上有320×250像素的空间可以显示图像。

Ibis得到一个新的测量数据后，首先判断该测量数据是否源于本测量通道的第1次测量？如果是的话则将测量数据赋值给本测量通道的最大值、最小值和平均值变量；如果不是的话则进一步判断该测量数据是否大于本测量通道记录的最大值，如果是的话则将本次测量数据赋值给记录最大值的变量，如果不是的话则进一步判断该测量数据是否小于本通道记录的最小值，如果是的话则将本次测量数据赋值给记录最小值的变量，如果不是的话则进一步计算本测量通道所有测量数据的平均值，并保存在记录平均值的变量中。由此通过比较和计算，得到本测量通道的所有测量数据的最大值、最小值和平均值，记为Max[i]，Min[i]，Avg[i]，其中i为通道号。按照上述的步骤，Ibis随后得到所有测量通道的测量数据的最大值和最小值，记为MAX和MIN。根据显示界面的宽度和总通道数计算每个通道需要的坐标系横轴像素数(必须是整数)。具体而言：

假如MAX＝5.1V，MIN＝0.9V。

根据MAX和MIN，结合Ibis的有效显示界面的像素(320×250)计算显示的坐标系，过程如下：

因为MAX＝5.1，所以取比5.1为显示上边界，0.9为显示的下边界。那么显示的跨度值为5.1-0.9＝4.2V。

4.2V/250像素，得到每个像素高度对应的电压值刻度为0.0168V。

因为有75个测量通道，而横轴坐标系有效显示像素为320像素，320/75＝4.27，因此每个测量通道使用4个像素宽度显示，那么最终采用的显示界面的横向像素为75*4＝300像素。然后根据上述计算结果画出坐标系如图6所示。

接下来，需要根据新的测量数据刷新显示结果，该显示结果如图5所示。首先根据上面步骤中计算出来的每个测量通道的Max[i]，Min[i]，Avg[i]，在每个测量通道对应的4个像素宽度的区域绘制对应通道的测量数据柱状图。其中坐标系的横轴为任务编号(或测量通道编号)，从左往右依次增大。在坐标系的横轴上，每5个任务的通道做一个标记点，并按照任务编号标注。在图5所示的实施例中，两条横线为用户可调的观察用的边界线，横线右边的数值根据横线的位置会变化。如果用户调节了两条红线中的一条，界面也会立即刷新一次。在每一个柱状图的中间部分显示了为每个测量通道的平均值，其宽度和每个测量通道的显示宽度相同。

需要说明的是，本发明所提供的数据显示处理方法并不限于在上述的Ibis中使用。事实上，将多通道数据采集装置如Agilent34970的显示界面进行修改，例如将显示界面的坐标系横轴由对应时间变化改为分别对应不同的测量通道，同样可以用于实现本发明。

以上对本发明所提供的多通道数据采集装置的数据处理方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (7)

1.一种多通道数据采集装置的数据处理方法，用于显示所述多通道数据采集装置中多个测量通道的测量数据，其特征在于：

在所述多通道数据采集装置的显示界面上设置坐标系，所述坐标系的横轴分别对应表示各个测量通道，所述坐标系的纵轴表示所述测量通道的测量数据。

2.如权利要求1所述的数据处理方法，其特征在于：

每个测量通道的测量数据以柱状图的方式显示。

3.如权利要求1所述的数据处理方法，其特征在于：

在设置坐标系之前，每得到一个新的测量数据则首先判断该测量数据是否源于所在测量通道的第一次测量；如果是则将该测量数据赋值给所述测量通道的最大值、最小值和平均值变量，如果不是则进一步判断该测量数据是否大于所述测量通道记录的最大值，如果是则将本次测量数据赋值给记录最大值的变量，如果不是则进一步判断该测量数据是否小于所述测量通道记录的最小值，如果是则将该测量数据赋值给记录最小值的变量，如果不是的话则进一步计算所述测量通道所有测量数据的平均值，并保存在记录平均值的变量中；然后得到所有测量通道的测量数据的最大值和最小值，分别记为MAX和MIN；根据显示界面的宽度和总通道数计算每个测量通道需要的坐标系横轴像素数，根据MAX、MIN和显示界面的高度绘制坐标系。

4.一种多通道数据采集装置，包括主机、万用表子卡和多路开关子卡，其特征在于：

所述主机包括内部主控制板和前操作面板，以及带多个插槽的框体；所述前操作面板上有按键和显示器；

所述万用表子卡和所述多路开关子卡插接在所述插槽上；

在所述显示器的显示界面上设置坐标系，所述坐标系的横轴分别对应表示各个测量通道，所述坐标系的纵轴表示所述测量通道的测量数据。

5.如权利要求4所述的多通道数据采集装置，其特征在于：

每个测量通道的测量数据以柱状图的方式显示。

6.如权利要求4所述的多通道数据采集装置，其特征在于：

在设置坐标系之前，每得到一个新的测量数据则首先判断该测量数据是否源于所在测量通道的第一次测量；如果是则将该测量数据赋值给所述测量通道的最大值、最小值和平均值变量，如果不是则进一步判断该测量数据是否大于所述测量通道记录的最大值，如果是则将本次测量数据赋值给记录最大值的变量，如果不是则进一步判断该测量数据是否小于所述测量通道记录的最小值，如果是则将该测量数据赋值给记录最小值的变量，如果不是的话则进一步计算所述测量通道所有测量数据的平均值，并保存在记录平均值的变量中；然后得到所有测量通道的测量数据的最大值和最小值，分别记为MAX和MIN；根据显示界面的宽度和总通道数计算每个测量通道需要的坐标系横轴像素数，根据MAX、MIN和显示界面的高度绘制坐标系。

7.如权利要求4所述的多通道数据采集装置，其特征在于：

所述万用表子卡由外部的万用表替代，此时所述多通道数据采集装置与PC机进行连接。

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