引言

　　消費(fèi)者在采用新產(chǎn)品前的評(píng)估，不外乎兩個(gè)關(guān)鍵因素：1. 這個(gè)產(chǎn)品對(duì)我是必需的嗎? 2. 產(chǎn)品的使用是否容易上手? 硬件制造商目前在市場上隨處可見，如果能提供更多人性化的軟件，貼近與結(jié)合硬件制造產(chǎn)業(yè)，則能有效提高產(chǎn)品易用性與降低學(xué)習(xí)曲線，進(jìn)而帶給使用者更完整的解決方案與完善的產(chǎn)品服務(wù)。

　　新一代數(shù)據(jù)采集軟硬件解決方案

　　如何幫助使用者更容易了解與使用高性能的數(shù)據(jù)采集卡，是各家產(chǎn)品供貨商的責(zé)任，以凌華科技為例，凌華提供可實(shí)時(shí)使用(Ready-to-Run)的泛用型數(shù)據(jù)記錄軟件：AD-Logger，幫助使用者只要在 30 秒內(nèi)就可通過凌華數(shù)據(jù)采集卡取得數(shù)據(jù)而不需要撰寫任何程序，帶給用戶極大的便利性。另一方面，通過 AD-Logger 的功能展示，用戶也可以體驗(yàn)到凌華科技新一代軟件開發(fā)工具包DAQPilot的強(qiáng)大功能，讓用戶不再需要了解繁復(fù)的硬件配置，只需借助開發(fā)工具包所提供的組態(tài)設(shè)定精靈，逐步地完成數(shù)據(jù)采集功能組態(tài)的定義，有效降低學(xué)習(xí)曲線。

　　泛用型數(shù)據(jù)記錄軟件

　　AD-Logger泛用型數(shù)據(jù)記錄軟件針對(duì)全系列凌華科技數(shù)據(jù)采集卡所提供的模擬輸入，數(shù)字輸入功能，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、記錄與分析的解決方案。不需編寫任何程序，用戶使用 AD-Logger 只需要四個(gè)步驟，即可完成數(shù)據(jù)采集與記錄，且能提供長期數(shù)據(jù)監(jiān)測與示警功能，或?qū)?shù)據(jù)導(dǎo)出到相關(guān)分析軟件作后續(xù)數(shù)學(xué)函數(shù)分析，滿足業(yè)界多元化使用開發(fā)的需求。再者，結(jié)合多樣化的高性能機(jī)箱與控制器，與AD-Logger軟件可進(jìn)一步構(gòu)建出完整的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，協(xié)助學(xué)生與研究人員通過客制分析函數(shù)進(jìn)行多種研究。

　　什么是數(shù)據(jù)記錄軟件?

　　數(shù)據(jù)記錄軟件搭配使用傳感器進(jìn)行量測，將物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)換為如電壓或電流的電子信號(hào)，并儲(chǔ)存這些量測結(jié)果以用于相關(guān)的研究。常見的量測包含溫度、壓力、電流、電壓、應(yīng)變，與其它物理現(xiàn)象。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)包含五個(gè)主要功能組成：1.傳感器與數(shù)據(jù)采集模塊硬件 2.實(shí)時(shí)檢視分析 3.實(shí)時(shí)儲(chǔ)存數(shù)據(jù) 4.實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)5.歷史資料檢視與分析。AD-Logger 支持全系列凌華科技數(shù)據(jù)采集卡，提供交互式操作接口引導(dǎo)用戶以四個(gè)步驟(如圖 1)貫穿上述五大功能完成數(shù)據(jù)采集與記錄：

　　STEP 1 : 設(shè)定硬件功能：使用凌華科技專屬組態(tài)設(shè)定精靈，定義出所需采集功能組態(tài)。

　　STEP 2 : 設(shè)定檢視條件：設(shè)定關(guān)聯(lián)視圖與記錄條件，并設(shè)定數(shù)據(jù)監(jiān)控的示警與啟動(dòng)/停止條件。

　　STEP 3 :執(zhí)行在線分析：基于所設(shè)定的數(shù)據(jù)采集功能組態(tài)與檢視記錄條件，執(zhí)行數(shù)據(jù)記錄工作與顯示數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)套用快速傅立葉變換 (FFT)作功率頻譜分析結(jié)果。除進(jìn)行監(jiān)控與檢視作業(yè)的功能，并同時(shí)間儲(chǔ)存采集到的資料作后續(xù)分析處理，如圖 2。

　　STEP 4: 脫機(jī)分析處理：除檢視歷史數(shù)據(jù)外，用戶可將采集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到相關(guān)分析軟件做后續(xù)分析, 如Microsoft Excel, NI DIAdem, and MathWorks MATLAB®。

　　以凌華科技PCI接口16位高分辨率模擬輸入通道的多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI-9221為例，若要搭配數(shù)據(jù)記錄軟件與 PCI-9221將采集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到 NI LabVIEW 作后續(xù)分析，可參考圖 3范例使用Read From Measurement File Express VI 加載采集到的數(shù)據(jù)，再搭配Spectral Measurements Express VI 即可進(jìn)一步使用相關(guān)信號(hào)分析函數(shù)。如Magnitude (RMS) ，Magnitude (Peak) ， Power Spectrum與Power Spectral Density。同樣的道里，用戶也可以把數(shù)據(jù)導(dǎo)出到 MathWorks MATLAB 或 NI DAIdem作后續(xù)分析。

　　新一代資料采集軟件開發(fā)工具包

　　以往當(dāng)用戶拿到數(shù)據(jù)采集卡安裝完成后，需要了解相關(guān)軟件函數(shù)的使用與理解細(xì)部參數(shù)的定義才能開發(fā)應(yīng)用程序，而凌華科技新一代的軟件開發(fā)工具包：DAQPilot 提供了強(qiáng)大的組態(tài)設(shè)定精靈引導(dǎo)使用者將所需執(zhí)行的功能以一個(gè) Task 的概念作為描述。程序設(shè)計(jì)開發(fā)將不再是以程序設(shè)計(jì)界面 (API) 為基礎(chǔ)單元，而轉(zhuǎn)變成思考如何使用該Task以完成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集功能。無須了解復(fù)雜功能參數(shù)的使用方式，只需借助操作該組態(tài)描述文件以啟動(dòng)對(duì)應(yīng)功能再進(jìn)一步結(jié)合接口程序與分析函數(shù)的開發(fā)即可完成整個(gè)應(yīng)用設(shè)計(jì)。該開發(fā)工具包包含了 API、ActiveX 組件，.NET Assembly 組件以及 LabVIEW Express VI 與 Polymorphic VI的支持，無論是Visual Studio，Borland C++ Builder，Delphi，或者是 NI LabVIEW/LabVIEW CVI 的使用者，都能以DAQPilot所提供的組態(tài)設(shè)定精靈快速與逐步完成硬件組態(tài)設(shè)定，進(jìn)一步使用強(qiáng)大的SDK (軟件開發(fā)工具包) 完成程序的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。用戶不再需要了解數(shù)據(jù)采集卡片繁復(fù)的硬件參數(shù)，能將更多的時(shí)間放在特定領(lǐng)域的應(yīng)用程序開發(fā)上。如圖4，將數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序開發(fā)分成兩個(gè)階段，

　　第一階段先透過開發(fā)工具包所提供的組態(tài)設(shè)定精靈，交互式地定義出欲執(zhí)行的功能組態(tài)描述文件;

　　第二階段直接于開發(fā)的程序里加載該功能組態(tài)描述文件，即能輕松完成硬件功能設(shè)定，進(jìn)一步完成客制化分析與顯示功能。

　　工具包大幅提高從制作程序到部署高性能量測應(yīng)用程序之間的速度。內(nèi)附的組態(tài)設(shè)定精靈，幫助使用者設(shè)定、測試，以及采集量測數(shù)據(jù)。且由于完全以菜單操作，使用者可以減少所犯的組態(tài)設(shè)定的錯(cuò)誤，加速開發(fā)流程。

　　數(shù)據(jù)記錄 (Data Logger) 與數(shù)據(jù)流 (Data Streaming) 的不同

　　Data Logger通常是指需長時(shí)間記錄與較低取樣率的應(yīng)用如溫度、壓力或震動(dòng)監(jiān)測，而Data Streaming通常需要快速且可靠的把大量數(shù)據(jù)記錄到儲(chǔ)存裝置，如 IF/RF/IQ信號(hào)分析。對(duì)應(yīng)用程序開發(fā)者來說，大量且實(shí)時(shí)地高速紀(jì)錄數(shù)據(jù)一直是一項(xiàng)極大的挑戰(zhàn)，而為確保數(shù)據(jù)記錄過程不會(huì)有任何遺失，必須衡量三個(gè)部份的帶寬條件：

　　1. 數(shù)據(jù)采集所需帶寬 (Bandwidth of Module)

　　2. 總線傳輸?shù)膸?(Bandwidth of Bus)

　　3. 數(shù)據(jù)寫入硬盤速度 (Bandwidth of Hard Drive)

　　以高速圖像檢測為例，隨著圖像感測技術(shù)的進(jìn)步，高像素及高畫面更新率的圖像傳感器不斷地推出，市面上許多產(chǎn)品對(duì)于圖像數(shù)據(jù)輸出及高像素頻率支持明顯不足，凌華科技PCIe-7350高速數(shù)字輸出入系列模塊能提供較高的頻率及數(shù)據(jù)輸出量，其內(nèi)部采樣頻率速度可達(dá)50 MHz，外部頻率最高可達(dá)100 MHz，數(shù)據(jù)傳輸量可達(dá)200 MB/s，極適用于大量且并行高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)交換的應(yīng)用，如圖像傳感器測試、大尺寸打印機(jī)、繪圖機(jī)輸出、IC測試、數(shù)字波形采集及播放等。

　　而以總線平臺(tái)的演變來說，早期最廣受歡迎的是GPIB接口，也就是IEEE488接口。然而GPIB接口的速度慢，且當(dāng)使用多項(xiàng)設(shè)備時(shí)，需要額外的電路來達(dá)到同步觸發(fā)的需求。1980年代，VXI 的出現(xiàn)，帶進(jìn)了模塊化的領(lǐng)域，然而VXI的價(jià)格則并非各等級(jí)的餓客戶都負(fù)擔(dān)的起。PXI延續(xù)模塊化的精神，以更可靠的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、較快的總線速度，提供量測與測試設(shè)備一個(gè)新的選擇。

　　直到 2004 年 PCI Express 與 PXI Express 標(biāo)準(zhǔn)的誕生，PCI Express 標(biāo)準(zhǔn)提供 1 倍、4倍、8 倍，與 16 倍的鏈接，提供每通道 (Lane) 250 MB/s 輸出率。因PCIe-7350采用PCI Express? x1接口，250 MB/s 的輸出率可滿足 PCIe-7350 數(shù)據(jù)傳輸帶寬，有效解決應(yīng)用程序因高采樣率所帶來的帶寬需求，而不需妥協(xié)于較差的采樣率或較短的測試時(shí)間。進(jìn)一步整合RAID磁盤陣列功能，通過 AD-Logger 可實(shí)時(shí)傳輸記錄數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)內(nèi)存以利后續(xù)作業(yè)。

　　數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的應(yīng)用

　　數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域如高性能微波測速系統(tǒng) 、汽車懸掛系統(tǒng)自動(dòng)檢測、電力錄波器、震動(dòng)與聲音檢測、結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控、行車數(shù)據(jù)記錄器的研發(fā)或溫度與壓力記錄等等應(yīng)用。汽車自動(dòng)檢測設(shè)備的功能很多，如發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火信號(hào)檢測、各缸工作平衡性檢測、電平電壓檢測、平衡(懸掛)系統(tǒng)檢測、排氣檢測等，這些檢測過程大都要用到數(shù)據(jù)采集與記錄分析。當(dāng)汽車載重時(shí)，懸掛系統(tǒng)會(huì)把重量平均分布到四輪上。對(duì)懸掛系統(tǒng)的檢測就是在汽車加載時(shí)，利用傳感器測得懸掛系統(tǒng)不同位置的位移信號(hào)，通過對(duì)不同部位位移信號(hào)進(jìn)行比較，對(duì)懸掛系統(tǒng)的性能加以判斷。

　　針對(duì)此應(yīng)用，以凌華科技PCI-9221多功能采集卡實(shí)際對(duì)汽車懸掛系統(tǒng)進(jìn)行測試，利用起重機(jī)將重物逐漸加載到汽車上，在四輪部分放置四個(gè)位移傳感器，以測得不同位置的位移值。凌華科技PCI-9221多功能采集卡具有模擬信號(hào)輸入、數(shù)字信號(hào)輸入和數(shù)字信號(hào)輸出等功能，利用數(shù)字信號(hào)輸出功能控制外部起重機(jī)加載/卸除重物，用模擬信號(hào)輸入功能測量位移傳感器的輸出信號(hào)，并加以分析、判斷。

　　電力系統(tǒng)故障錄波器也就是俗稱的黑匣子，是用來記錄傳輸電過程中的波形，供事后分析故障產(chǎn)生的原因及故障定位。目前電力系統(tǒng)對(duì)故障錄波器的要求越來越高，特別是采樣的頻率。為了分析到高頻率諧波，最少需要在一個(gè)周波內(nèi) (20ms) 采集1000點(diǎn)到2000點(diǎn)，即采樣頻率要求單通道5kHz到10kHz。一個(gè)典型的錄波系統(tǒng)須至少采樣32 通道，借助凌華科技PCI-9223 提供的16位高分辨率與32個(gè)模擬輸入通道的多功能數(shù)據(jù)采集功能，其采樣頻率最高可達(dá) 500kS/s可滿足此應(yīng)用需求。若需要 64通道產(chǎn)品也可選用 DAQ-2205，兩者皆可搭配 AD-Logger 作長期監(jiān)測與記錄追蹤。

　　另外，像自動(dòng)錄音系統(tǒng)大多須要同步信號(hào)擷取，主要應(yīng)用是完成自動(dòng)錄音，并把聲音信號(hào)存至硬盤在需要時(shí)回放。可利用凌華科技DAQ-2010的A/D完成四信道路信號(hào)同步取樣，后續(xù)再利用DAQ-2010的D/A完成波形回放。

　　結(jié)論

　　2008 年VDC 市場研究組織針對(duì)全球數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，包含機(jī)箱模塊與插卡式 I/O 產(chǎn)品的現(xiàn)狀，作出研究報(bào)告，該組織預(yù)估 2012 年數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品市場總產(chǎn)值將高達(dá) 2.595億美元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，市場集中在五大領(lǐng)域，包含軍事航天、生產(chǎn)線、產(chǎn)品質(zhì)量檢測與科學(xué)教育應(yīng)用。量測產(chǎn)品不僅需具有高質(zhì)量的性能，并需具有足夠的靈活性以滿足各種測試需求，快速地整合軟件解決方案才能更有效地推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的提升與發(fā)展。凌華科技長期深耕量測產(chǎn)品，從發(fā)表亞洲第一塊PCI接口數(shù)據(jù)采集卡開發(fā)廠商以來，近幾年陸續(xù)推出速度達(dá) 200 MB/s的高速數(shù)字輸出入系列模塊，分辨率達(dá)24 位與采樣率達(dá) 130 MB/s 的多功能數(shù)據(jù)采集卡，產(chǎn)品質(zhì)量一直深獲信賴。作為量測產(chǎn)品領(lǐng)導(dǎo)廠商，凌華科技不僅提供高性能硬件，也持續(xù)研發(fā)更強(qiáng)大便利的軟件開發(fā)工具，幫助客戶快速開發(fā)更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。