CN102594356A - 一种同步采集的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步采集的实现方法，能够达到降低器件成本的目的；该方法为：将计算机与低采样速率仪器相连，在计算机上进行界面设计得到同步采集软件设置界面，在该界面上进行参数设置；将所设置的字符串的时间格式转换为以秒为单位的时间数据；对每个通道进行数据采集；将采集的数据存储在二维数组内，根据所选用的ADC的模数转换原则，将二维数组内的数字量转换并得到各通道未同步前波形的Y轴采样幅值；计算每个Y轴采样幅值的实际采样时间，记为X轴数据；针对被同步通道，采用多项式曲线拟合函数对X、Y轴数据进行多项式拟合，得到被同步通道的拟合曲线；将基准通道的各X轴数据代入到所述拟合曲线，实现各通道波形的对齐。

Description

一种同步采集的实现方法

技术领域

本发明属于虚拟仪器领域，特别涉及一种同步采集的实现方法。

背景技术

在虚拟仪器领域，同步采集被广泛地应用，通常采用两种方法实现同步采集：同步采样保持方法和多模拟数字转换方法。其中，同步采样保持方法是指在多通道的多路复用体系结构中，加入采样保持电路，多通道共用一组放大器、ADC。而采用采样保持电路，会使得数据同步过程较为复杂以及出现时间的延迟等缺陷，这样就大大降低了每个通道的扫描速率，采样率降低约为30％。对于低采样速率的应用而言，若采用同步采样保持方法会进一步降低通道的扫描速率。多模拟数字转换方法提供了100％的吞吐量，而由于每个通道应用独立的放大器、ADC，其硬件成本高，相对于同步采样保持方法大约贵20％。对于低采样速率的应用而言，若采用多模拟数字转换方法来实现同步采集，则在资源和成本上都是一种浪费。

因此，在低采样速率的应用方面，需要提出一种方法，该方法能够具备较高的通道扫描速率并且成本低的特点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种同步采集的实现方法，能够达到降低器件成本的目的。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明所提供的方法，应用于采用低采样速率仪器作为数据采集设备的情况，低采样速率仪器中包含多个采集通道，所有通道共用一个模数转换器ADC。该方法的具体步骤为：

S00、设置参数

将计算机与所述低采样速率仪器相连，在计算机上采用界面开发工具LabWindows/CVI软件进行同步采集软件设置界面设计；计算机通过同步采集软件设置界面接收用户输入的参数，包括：(1)低采样速率仪器中需要同步的两个通道A和B，其中一个通道选定为基准通道，另一个通道为被同步通道，(2)每个通道的采样点数，(3)每个通道的采集开始时间和采集时间跨度；(3)各类时间参数的格式，可选格式为HH:MM和HH:MM:SS，HH、MM、SS分别表示时、分、秒，以及24小时制和12小时制。

S01、时间格式转换

定义转换函数StrToSec，该转换函数为静态整型变量，用以将同步采集软件设置界面的字符串的时间格式转换为以秒为单位的时间数据。

S02、采集数据的获取

开始数据采集后，计算机调用“数据读取”驱动函数，该驱动函数配置低采样速率仪器通过ADC采集通道A和B的数据，针对每个通道，在采集开始时间处开始采集，采集数据量达到设定的采样点数后停止采集。其中，采集时间分辨率根据采集时间跨度和采样点数进行计算。采集操作采用LabWindows/CVI中提供的VISA函数库中的寄存器通信函数viMoveIn32读取ADC的采集数据。

将采集的两通道的数据存储在二维数组内，该二维数组的行为通道号，列为采样点序号；根据所选用的ADC的模数转换原则，将二维数组内的数字量转换回其对应的实际模拟信号的幅值大小，即各个通道未同步前波形的Y轴采样幅值数据。

S03、波形对齐

①针对A、B通道中的每一个，根据在步骤S00中为通道设定的采集开始时间和步骤S01采用的所述采集时间分辨率，计算每个Y轴采样幅值的实际采样时间，记为X轴数据。

②针对被同步通道，采用LabWindows/CVI中的多项式曲线拟合函数PolyInterp，对X、Y轴数据进行多项式拟合，得到被同步通道的拟合曲线。

③将基准通道的各X轴数据代入到被同步通道的拟合曲线，得到与基准通道同步的被同步通道的Y轴数据记为同步幅值数据Y’。

④以基准通道的实际采样时间作为显示界面的X轴数据，以基准通道的Y轴采样幅值数据作为显示界面的Y轴数据绘制基准通道波形。

以基准通道的实际采样时间作为显示界面的X轴数据，以被同步通道的同步幅值数据Y’作为显示界面的Y轴数据绘制被同步通道波形。

两个波形的绘制过程中，如果基准通道的采集开始时间提前于被同步通道的采集开始时间，则从被同步通道的采集开始时间之后的第一个X轴数据开始绘制。如果基准通道的采集开始时间滞后于被同步通道的采集开始时间，则只绘制被同步通道的采集结束时间之前的数据点。

并且，在所绘制的波形界面中采用S00时间参数的格式作为X轴数据的显示格式；则在显示之前，将以秒为单位的数据转换成HH:MM:SS或者HH:MM的时间格式。

有益效果：

本发明所提供的方法，对低采样速率的应用而言，在多通道采集过程中，选取一个通道作为基准通道，将所设置的各个通道未同步前波形的Y轴采样幅值数据所对应的实际采样时间作为X轴数据，针对被同步通道，采用LabWindows/CVI中的多项式曲线拟合函数PolyInterp，对X、Y轴数据进行多项式拟合，得到被同步通道的拟合曲线；将基准通道的各X轴数据代入到被同步通道的拟合曲线，得到与基准通道同步的被同步通道的Y轴数据，从而实现了被同步通道的波形与基准通道的波形对齐。

本发明所提供的方法在进行数据处理时，采用LabWindows/CVI软件编程方法，最终实现了同步采样，该方法简单易用，方便实现，无需硬件支持，这就大大降低了硬件设计所带来人力、物力、资源等成本的消耗。

附图说明

图1为同步采集软件设置界面；

图2为各通道所采集的波形；

图3为同步后的波形。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明所提供的方法，应用于采用低采样速率仪器作为数据采集设备的情况，低采样速率仪器中包含多个采集通道，所有通道共用一个模数转换器ADC。该方法的具体步骤为：

S00、设置参数

将计算机与所述低采样速率仪器相连，在计算机上采用界面开发工具LabWindows/CVI软件进行同步采集软件设置界面设计；计算机通过同步采集软件设置界面接收用户输入的参数，包括：(1)低采样速率仪器中需要同步的两个通道A和B，其中一个通道选定为基准通道，另一个通道为被同步通道，(2)每个通道的采样点数，(3)每个通道的采集开始时间和采集时间跨度；(3)各类时间参数的格式，可选格式为HH:MM和HH:MM:SS，HH、MM、SS分别表示时、分、秒，以及24小时制和12小时制。

同步采集软件设置界面进一步包括时间分辨率，在采用本发明所提供的方法实现波形对齐后，在该同步采集软件设置界面以HH:MM:SS时间格式显示时间分辨率。

同步采集软件设置界面还包括通道间采集时间间隔，在采用本发明所提供的方法实现波形对齐后，在该同步采集软件设置界面以HH:MM:SS时间格式显示需同步的两个通道间的采集时间间隔。

所设计的同步采集软件设置界面如图1所示，对低采样速率仪器，当该仪器的多个通道工作时，选取其中两个通道作为同步对象，例如选取通道1(CH1)为基准通道，选取通道2(CH2)为被同步通道，记录CH1的启动采集时刻t1＝Timer()，记录CH2的启动采集时刻t2＝Timer()，则这两个通道的启动采集时间间隔为t0＝t2-t1。

在启动CH1和CH2采集时，便可计算出t0，t0为CH1和CH2为同步之前的启动采集时间间隔，在两个通道的波形数据显示过程中，应引入变量t0，用以确定两个通道分别对第一个采样点获取的相对时间间隔，即两个通道间的采集时间间隔，从而确定了两个通道的波形相对位置。

S01、时间格式转换

定义转换函数StrToSec，该转换函数为静态整型变量，用以将同步采集软件设置界面的字符串的时间格式转换为以秒为单位的时间数据。转换方法为：采用字符串函数strtok将HH:MM:SS或者HH:MM时间格式以“:”进行分割：当时间字符串为HH:MM:SS时，该字符串被分割为HH、MM、SS，并得到相应的时间大小，具体为：如果采用12小时制，则时间大小为3600×(12+HH)+60×MM+SS；如果采用24小时制，则时间大小为3600×HH+60×MM+SS。当时间字符串为HH:MM时，该字符串被分割为HH、MM，并得到相应的时间大小。具体为：如果采用12小时制，则时间大小为3600×(12+HH)+60×MM；如果采用24小时制，则时间大小为3600×HH+60×MM。

如图1所示，同步采集软件设置界面的时间设置部分的开始时间、时间分辨率、采集时间跨度的显示格式均为时间字符串HH:MM:SS，可将这些设置参数转换为以秒为单位的数据。

S02、采集数据的获取

开始数据采集后，计算机调用“数据读取”驱动函数FetchReadings，该驱动函数配置低采样速率仪器通过ADC采集通道A和B的数据，针对每个通道，在采集开始时间处开始采集，采集数据量达到设定的采样点数后停止采集。其中，采集时间分辨率根据采集时间跨度和采样点数进行计算。采集操作采用虚拟仪器软件结构(Visual Instrument Software Architecture，VISA)定义的数据类型，如ViStatus_VI_FUNC、ViSession、ViUInt32。通过调用LabWindows/CVI中提供的VISA函数库中的寄存器通信函数viMoveIn32读取ADC的采集数据。将采集的两通道的数据存储在二维数组内，该二维数组的行为通道号，列为采样点序号。根据所选用的ADC的模数转换原则，将二维数组内的数字量转换回其对应的实际模拟信号的幅值大小，即各个通道未同步前波形的Y轴采样幅值数据。如图2中的通道1和通道2的Y轴采样点数据。

S03、波形对齐

①针对A、B通道中的每一个，根据在步骤S00中为通道设定的采集开始时间和步骤S01采用的所述采集时间分辨率，计算每个Y轴采样幅值的实际采样时间，记为X轴数据。

②针对被同步通道，采用LabWindows/CVI中的多项式曲线拟合函数PolyInterp，对X、Y轴数据进行多项式拟合，得到被同步通道的拟合曲线。

③将基准通道的各X轴数据代入到被同步通道的拟合曲线，得到与基准通道同步的被同步通道的Y轴数据记为同步幅值数据Y’。

④以基准通道的实际采样时间作为显示界面的X轴数据，以基准通道的Y轴采样幅值数据作为显示界面的Y轴数据绘制基准通道波形。

以基准通道的实际采样时间作为显示界面的X轴数据，以被同步通道的

同步幅值数据Y’作为显示界面的Y轴数据绘制被同步通道波形。

两个波形的绘制过程中，如果基准通道的采集开始时间提前于被同步通道的采集开始时间，则从被同步通道的采集开始时间之后的第一个X轴数据开始绘制。如果基准通道的采集开始时间滞后于被同步通道的采集开始时间，则只绘制被同步通道的采集结束时间之前的数据点。

并且，在所绘制的波形界面中采用S00时间参数的格式作为X轴数据的显示格式；则在显示之前，将以秒为单位的数据转换成HH:MM:SS或者HH:MM的时间格式。转换方法为：

定义转换函数SecToStr，该转换函数为静态整型变量，将以秒为单位的时间与3600相除，获得整数并作为小时HH；将所述相除的余数与60相除，获得整数并作为分钟MM，且余数作为秒SS；当需要显示时间格式为AM/PM时，将HH除以12的余数作为AM/PM时间格式下的HH，如果商为1，则标明PM，如果商为0，则标明AM；最后，以时间格式HH:MM:SS或者HH:MM生成时间。

下面举一个实例来进一步说明本发明所提供的方法。

在同步采集软件设置界面的基准通道设置部分选择CH1为基准通道，同时，在同步采集软件设置界面的同步通道设置部分选择CH2为需同步的通道。在同步采集软件设置界面进行如下设置：

选择时间参数格式为AM/PM形式、HH:MM:SS；采样点下拉链选择10；在基准通道设置部分，设置开始时间为9:28:36，时间分辨率为00:01:00，采集时间跨度为00:10:00；通道间采集时间间隔为00:00:30。在同步通道设置部分，设置开始时间为9:29:06，时间分辨率为00:01:00，采集时间跨度为00:10:00；通道间采集时间间隔为00:00:30，如图1所示。点击“开始”按钮后，可得到如图3所示的波形界面中的同步波形，即实现了CH1和CH2的波形对齐。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种同步采集的实现方法，其特征在于，应用于采用低采样速率仪器作为数据采集设备的情况，所述低采样速率仪器中包含多个采集通道，所有通道共用一个模数转换器ADC；该方法的具体步骤为：

S00、设置参数；

将计算机与所述低采样速率仪器相连，在计算机上采用界面开发工具LabWindows/CVI软件进行同步采集软件设置界面设计；计算机通过同步采集软件设置界面接收用户输入的参数，包括：(1)低采样速率仪器中需要同步的两个通道A和B，其中一个通道选定为基准通道，另一个通道为被同步通道，(2)每个通道的采样点数，(3)每个通道的采集开始时间和采集时间跨度；(3)各类时间参数的格式，可选格式为HH:MM和HH:MM:SS，HH、MM、SS分别表示时、分、秒，以及24小时制和12小时制；

S01、时间格式转换；

定义转换函数StrToSec，该转换函数为静态整型变量，用以将同步采集软件设置界面的字符串的时间格式转换为以秒为单位的时间数据；

S02、采集数据的获取；

开始数据采集后，计算机调用“数据读取”驱动函数，该驱动函数配置低采样速率仪器通过ADC采集通道A和B的数据，针对每个通道，在采集开始时间处开始采集，采集数据量达到设定的采样点数后停止采集；其中，采集时间分辨率根据采集时间跨度和采样点数进行计算；采集操作采用LabWindows/CVI中提供的VISA函数库中的寄存器通信函数viMoveIn32读取ADC的采集数据；

将采集的两通道的数据存储在二维数组内，该二维数组的行为通道号，列为采样点序号；根据所选用的ADC的模数转换原则，将二维数组内的数字量转换回其对应的实际模拟信号的幅值大小，即各个通道未同步前波形的Y轴采样幅值数据；

S03、波形对齐；

①针对A、B通道中的每一个，根据在步骤S00中为通道设定的采集开始时间和步骤S01采用的所述采集时间分辨率，计算每个Y轴采样幅值的实际采样时间，记为X轴数据；

②针对被同步通道，采用LabWindows/CVI中的多项式曲线拟合函数PolyInterp，对X、Y轴数据进行多项式拟合，得到被同步通道的拟合曲线；

③将基准通道的各X轴数据代入到被同步通道的拟合曲线，得到与基准通道同步的被同步通道的Y轴数据记为同步幅值数据Y’；

④以基准通道的实际采样时间作为显示界面的X轴数据，以基准通道的Y轴采样幅值数据作为显示界面的Y轴数据绘制基准通道波形；

以基准通道的实际采样时间作为显示界面的X轴数据，以被同步通道的同步幅值数据Y’作为显示界面的Y轴数据绘制被同步通道波形；

两个波形的绘制过程中，如果基准通道的采集开始时间提前于被同步通道的采集开始时间，则从被同步通道的采集开始时间之后的第一个X轴数据开始绘制；如果基准通道的采集开始时间滞后于被同步通道的采集开始时间，则只绘制被同步通道的采集结束时间之前的数据点；

并且，在所绘制的波形界面中采用S00时间参数的格式作为X轴数据的显示格式；则在显示之前，将以秒为单位的数据转换成HH:MM:SS或者HH:MM的时间格式。

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