基于LabVIEW的液位测控系统标准设计.doc

摘 要

液位计算机测量和控制试验系统是为西北工业大学航空学院民航工程系综合试验平台而开发课程教学试验系统。液位测量和控制系统集传感器信号采集、调理、转换、检测和控制为一体，是实时交互式图形界面应用系统。该系统采集液位信号并用计算机可视化界面实时显示液位高度改变过程；经过交互式对话框设置期望液位高度，在检测目前液位基础上控制进/出水阀门，从而对实际液位高度进行控制。
论文介绍了液位计算机测量和控制系统结构和功效；分析了硬件系统中测量和控制电路组成及工作原理；计算了信号调理电路中测量放大器增益及各元件参数；使用PROTEL软件绘制了信号调理电路图；介绍了多功效数据采集卡NI USB-6008特点、功效及软件开发平台LabVIEW；分析了系统软件程序；介绍了液位计算机测控系统用户使用界面所能实现功效。针对试验系统对液位进行开关控制所带来问题，提出了用PID控制方法进行改善方法。

关键词：液位测控，压力传感器，信号调理，NI USB-6008 ，LabVIEW

ABSTRACT

The liquid level measurement and control computer experimental system is a course teaching experimental system which is used to develop the comprehensive experimental platform for Aviation Institute of Civil Engineering of NWPU. The liquid level measurement and control system with real-time interactive graphical interface is of the sensor signal acquisition, conditioning, conversion, testing and control functions. The system acquires the signals of liquid level and computer interface real-time to show the liquid level changing process. Through an interactive dialog box, the desired water level is set. The actual water level is controlled based on the current liquid level detection through the import / outlet valves.
The structure and function of the liquid level measurement and control computer experimental system is introduced at first. The hardware system composition and working principle is analyzed, and the gain and each components parameters of measuring amplifier in signal conditioning circuit are calculated. The signal conditioning circuit is drawn with PROTEL, and the features and functions of the multi-function data acquisition card NI USB-6008 and software development platform LabVIEW are introduced. The system software program is also analyzed. For the control problems of import / outlet valves of the liquid level measurement and control computer experimental system, a PID control method is proposed to improve the system performances.

KEY WORDS：liquid level measurement and control，pressure sensor，signal conditioning ， NI USB-6008 ，LabVIEW

目 录

摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪 论 1
1.1 课题背景 1
1.2 系统组成 1
1.3 系统工作原理 2
1.4 本文关键内容 2
第二章 传感器及信号调理 3
2.1 数据采集 3
2.1.1 数据采集技术 3
2.1.2 数据采样 3
2.2 传感器 4
2.2.1 传感器选择 4
2.2.2 压阻式压力传感器基础原理 5
2.2.3传感器存在问题及其处理方法 5
2.3 信号调理电路 7
2.3.1第一级数据放大器 7
2.3.2第二级放大器 8
2.4 整体电路 8
第三章 液位控制回路 11
3.1基础组件及原理特征 11
3.1.1六反向器（74LS04） 11
3.1.2 电磁阀 12
3.2继电器 13
3.2.1固态继电器SSR 14
3.2.2交流型SSR工作原理 14
3.2.3SSR注意事项 16
第四章 计算机液位测控系统 19
4.1 多功效数据采集卡 19
4.1.1数据采集卡关键性能指标 19
4.1.2数据采集卡(DAQ)组成 20
4.1.3NI USB-6008数据采集卡 20
4.2 图形化虚拟仪器开发平台—LabVIEW 22
4.3程序模块化设计概述 23
4.4液位测控程序设计 24
4.4.1 系统软件需求 24
4.4.2 LabVIEW前面版设计 25
4.4.2 LabVIEW后面板程序设计 26
4.5软件调试步骤及其调试 27
第五章 系统线性改善 29
5.1 PID控制原理 29
5.2数字PID控制算法 31
5.3 PID控制不足及新方法探求 33
第六章 全文总结 35
参 考 文 献 37
致 谢 39
毕业设计小结 41
附录 43
1. 74LS74推荐工作条件 43
2. 电路板设计步骤 44
3. NI USB-6008/6009I/O 连接器 44

第一章 绪 论

1.1课题背景
检测和控制是人类认识世界和改造世界关键任务，而测控系统则是实现这些任务工具和手段。测控系统在国民经济各领域应用越来越广泛，如输油输气测控系统、城市公共事业测控系统等，同时，它还包含人类生活方方面面，所以，测控系统是人类生活、生产、科学研究等必不可少工具和手段。
虚拟仪器VI（Visual Instrument）正在成为当今世界流行一个一起组成方案，它把计算机平台和含有标准接口硬件模块及开发测试软件结合起来组成系统。工业液位控制中, 常常见到液位控制。在这些控制中，最关键参数是液位，所以有必需对液位控制进行自动、实时监控。
液位测控是工程实践中常见问题，在民航各领域有着广泛应用。液位测控系统作为测控系统中一支，在大量书籍中全部有着较为具体介绍，本文正是在前人探索和指导下，顺应计算机技术迅猛发展，将二者有机结合起来，设计出简易液位计算机测控系统。
1.2 系统组成
液位测控系统结构示意图图1-1所表示。由图1-1可见，液位测控系统关键由机械部分和计算机测控部分组成。
机械部分由水箱、水容器和进/出水阀所组成。出水阀门和入水阀门用是非线性电磁阀，只有通和断两种工作状态，用来在试验过程中自动或手动向容器内加水和放水。
计算机测控部分由压力传感器、数据放大器、NI USB-6008数据采集卡、进出水阀控制板、计算机及其运行于其上软件系统所组成。数据采集卡用来进行A/D转换和数字信号输入输出，计算机及运行于其上软件系统负责实
时显示和控制液位高度。

上水箱
二级放大器
一级测量
放大器
进水阀

液位测控计算机
进水阀控制板

传感器
NI-USB-6008数据采集卡

下水箱
出水阀
出水阀控制板

图1-1 液位测控系统结构示意图

1.3 系统工作原理
系统工作原理简述以下：系统使用压力传感器，把水压信号转变成为一个毫伏级微弱电信号。这个电信号大小就反应了液位高度，将这个信号进行两级放大，得到计算机采集系统可用电压信号，经过运算还原为液位高度，在运行界面上以数字和曲线方法直观显示出液位改变情况。液位控制是经过将采集液位高度和界面上设定液位高度进行比较，形成负反馈，由计算机发出数字信号来控制入水阀和出水阀通断，使实际液位达成设定液位高度。
1.4本文关键内容
依据系统设计要求，论文内容以下：
第二章关键介绍液位测量部分，包含传感器、液位测量电路结构和工作原理；第三章介绍液位控制回路相关内容；第四章介绍计算机液位测控系统，关键介绍软件程序设计，它是本文关键部分；第五章为系统线性控制改善方案。

第二章 传感器及信号调理

该部分关键包含数据采集技术概述，传感器，输入信号分析、调理。
2.1数据采集
2.1.1数据采集技术
在计算机广泛应用今天，数据采集关键性是十分显著。它是计算机和外部物理世界连接桥梁。多种类型信号采集难易程度差异很大。实际采集时，噪声也可能带来部分麻烦。数据采集时，有部分基础原理要注意，还有更多实际问题要处理。
2.1.2 数据采样
假设现在对一个模拟信号x(t)每隔△t时间采样一次。时间间隔△t被称为采样间隔或采样周期。它倒数l/△t被称为采样频率，单位是采样数/每秒。t＝0，△t，2△t，3△t……等等，x(t)数值就被称为采样值。全部x(0)，x(△t)，x(2△t)全部是采样值。这么信号x(t)能够用一组分散采样值来表示：
{x(0)，x(△t)，x(2△t)，x(3△t)，…，x(k△t)，…} （2-1）
图2.1显示了一个模拟信号和它采样后采样值。采样间隔是△t，注意，采样点在时域上是离散。

图2.1模拟信号采样图

假如对信号x(t)采集N个采样点，那么x(t)就能够用下面这个数列表示：
X={x[0]，x[l]，x[2]，x[3]，…，x[N－l]} （2-2）
这个数列被称为信号x(t)数字化显示或采样显示。这个数列中仅仅
用下标变量编制索引，而不含有任何相关采样率(或△t)信息。所以假如只知道该信号采样值，并不能知道它采样率，缺乏了时间尺度，也不可能知道信号x(t)频率。
依据采样定理，最低采样频率必需是信号频率两倍。反过来说，假如给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发生畸变最大频率叫做恩奎斯特频率，它是采样频率二分之一。理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成份2倍就够了，但实际上工程中选择5-10倍，有时为了很好地还原波形，甚至更高部分。
2.2传感器
2.2.1传感器选择
测量压力方法众多，所以可使用传感器也多个多样，但考虑技术成本等很多原因，主流多为压阻式和压电式压力传感器，压电式传感器因为经过外力作用后电荷，只有在回路含有没有限大输入阻抗时才得到保留。实际情况下无法达成，不能进行静态测量。所以选择压阻式传感器。
压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)压阻效制成传感器。

图2-2 压阻式压力传感器结构原理图

本文所使用传感器结构图2-2所表示 ，有外壳、硅膜片（硅杯）和引线等组成。关键器件是一个周围固定支撑硅敏感膜片即硅压阻芯片，又名硅杯，上面用扩散掺杂法做成四个相等硅应变电阻条，经整镀金属电极及连线接成惠斯登电桥，再用压焊法和外引线相连。膜片一侧是和被测系统相连接高压腔，另一侧是低压腔。
采取硅杯结构好处于于使硅膜片和固定支撑环组成一体，即可提升灵敏度，降低非线性误差和滞后，又便于集成化和批量化生产，降低了成本，圆形硅杯最常采取，工艺成熟，P型硅压阻系数比N型硅值高，所以选P型电阻条有利于提升敏感器件灵敏度且温度系数小，也易制造。通常选择N型硅膜片，在其上扩散P型杂质，形成应变电阻条。
压阻式传感器关键特点是高精度、高频响、高灵敏度、小体积。
2.2.2. 压阻式压力传感器基础原理
将上述介绍传感器高压腔置于容器底部，低压腔和外界大气相连，引线接入电路中，当容器中注入水后，膜片受到水压影响，发生变形，产生应变，从而使扩散电阻电阻值发生改变，电桥失去平衡，输出相对应电压，而前后两次压差就是液位底部压力。经过Pa＝GH，能够计算得出液位高度。
2.2.3.传感器存在问题及其处理方法
因为制造、温度对半导体显著影响等原因，传感器电桥存在失调、零位温漂、灵敏度温度系数和非线性等问题，影响了传感器正确性。
而降低和赔偿误差方法关键有：
1. 为恒电压供电电桥附加三极管；
2. 零点温度赔偿；
3. 灵敏度温度赔偿。
具体内容以下所述：
1.附加三极管：
在恒电压工作情况下，当传感器上外加电压为Vi时，桥路输出电压
.温度对半导体压力传感器量程影响和温度对β影响相同。利用三极管基极、发射极间电压降VBE大约-1.8mv/℃温度系数, 将温度对量程影响抵消掉。

图2-3 附加三极管电路

对图2-3而言，需确保三极管部分工作在2.5V电压下，它能够大致抵消电桥在5V电压下温度误差。
2.温度漂移及其赔偿

图2-4 温度赔偿电路图

温度改变而改变，将引发零漂和灵敏度漂移，图2-4所表示，若串联电阻RS可起到电路调零作用,而并联电阻RP可起到电路赔偿作用。
零漂：扩散电阻值随温度改变 ；灵敏度漂移：压阻系数随温度改变 ；
零位漂移：串、并联电阻；灵敏度温漂：串并联二极管。
在本系统中，传感器工作在5V电压下，在水位为零时，输出值Vo= -8.16mv,满量程水位5m时，输出值Vo=39.97mv,为了确保传感器正常运行，本传感器两端需加+5V 电压，并使连入三极管工作在+2.5V条件下，方便抵消较为正确抵消电桥电路误差。
2.3信号调理电路
通常来说，放大器输入信号全部比较微弱，为毫伏级或微伏级，其输入功率通常在1mV以下，为了使信号能够推进其负载正常工作，必需采取多级放大电路对所输入微弱信号进行放大，这么才可能在放大电路输出端形成负载能够正常工作电压值或足够功率。通常是在放大电路前面部分级胶泥性电压放大，从而将微弱输入电压放大到足够大程度，接下来再由此电压来推进功率放大级级进行功率放大，从而便能够得到负载能够正常进行工作必需电压和功率。
由上小节知，传感器输出信号Vo比较微弱，达不到A/D转换0~5V其本要求，且幅值很小，无法进行对应统计和显示。故此输出信号需要进行数据放大和信号调整，即传感器输出信号需要信号调理电路调整。
本文信号调理电路由第一级数据放大器和第二级数据放大器两部分组成。前者实现信号放大，后者实现信号调整。

图2-5 三运放高共膜抑制比放大电路

2.3.1第一级数据放大器

采取图2-5所表示并联差分输入仪用放大器，又名三运放高共模抑制比放大电路作为第一级数据放大器。电路中，由两个性能一致同相放大器A1,A2并联组成平衡对称差动输入级，输入级差动输出及其差模增益只和差模输入电压相关，而其共模输出、失调及漂移均在两端相互抵消，所以电路含有良
好共模抑制能力，又不需要外部电阻匹配。取R1=R2以消除A1、A2偏置电流影响。若将为可调电阻，则电路含有增益调整能力。组成双端输入单端输出输出级，深入抑制共模信号，所以其选择含有高共模抑制比。
本运放提供增益为 Av= （2-3）
2.3.2第二级放大器
在2.1节提到，当水位为零时，Vo=-8.16mv，经第一级数据放大器放大，它将是一个很大负值，而本系统要求在水位为零时，输出数值应为0V，故本系统加入一个可调整反向放大器见图2-3 ，来调整初始负值。

图2-6. 反向运算放大器

由图2-4知： Uo= （2-4）
Ui′为R5处输出电压。经过调整R5触头来改变Ui′,使输出值为0V。
2.4 整体电路
分别将测量放大、反向放大器、差动放大器按一定次序组合起来即得到本硬件电路系统原理图，具体电路图见下图所表示：

图2-7 总体电路框图

元件参数推理以下：
水位在0~70cm改变时，传感器输出电压为-8.16mv~39.97mv。若此信号不经放大直接调整使其初始输出为0V，则输出电压范围为0V~48.13mv。
为使电路输出5V电压，放大器增益应为：
(2-5)
考虑到压力传感器分散性，放大器增益应该取70~150倍。
因为一次性放大百倍，轻微干扰全部轻易造成放大后信号失真，所以在第一级数据放大器中，先使用A1，A2组成双端输入/输出差动放大器放大Av=9~13倍，此放大器优点在于信号从两个同向段输入，使输入阻抗高达10M以上，易于测量微弱信号。然后使用A3放大器放大10倍，A3优点是采取差动输入，在运放参数和电阻严格对称时，电路含有很高共模抑制能力和低

温漂。
公式部分以下： （2-6）

（2-7）
（2-8）
取R1=2KΩ，R1′=1KΩ, R2=R4=12KΩ, R3=R5=4.7KΩ, Rf1=Rf2=47KΩ。为了确保第二级数据放大器有高输入电阻而且便于调整，设置
R6= R7= Rf3= Rf4, R8=10k。

第三章 液位控制回路

液位控制是经过将采集液位高度和界面上设定液位比较，形成负反馈，由计算机发出数字信号来控制出水阀和入水阀通断。使实际液位达成设定液位高度。
本部分职能是实施计算机输出信号，调整水箱液位，使其达成给定液位值。通常较常见硬件为电磁阀控制板和电磁阀门。其中电磁阀控制板控制电磁阀‘关’和‘断’，为本章关键部件。它包含固态继电器（SSR）、六反向器74LS04和插座，其结构图图3-1所表示：

图3-1 液位控制系统原理图
3.1基础组件及原理特征
液位测控系统中硬件系统控制部分由六反向器（74LS04）、固态继电器、电磁阀等组成，其中74LS04和固态继电器组成控制板，电磁阀作为出入水控制开关使用。系统依据液位测量情况，经过计算机自动控制入水阀和出水阀，使目前液位达成设置液位。也可手动控制入水和出水。以下将对控制部分关键组件进行分析。
3.1.1六反向器（74LS04）
74LS04外引线排列图3-2；

图3-2 74LS04引线图

74LS04共有14个引脚，‘7’端口接地，‘14’端口接高电平，剩下‘1’，‘3’，‘5’，‘9’，‘11’，‘13’为六个非门输入端，‘2’，‘4’，‘6’，‘8’，‘10’，‘12’为六个非门输出端，在工程实践中含有广泛应用。
由以上分析可知系统工作原理以下:当控制板接收到端口控制信号时，74LS04一端口为‘1’，74LS04二端口则为‘0’，此时SSR输入端加入了一定控制信号，由图可知，其控制SSR输出端处于通态，电磁阀导通；当控制板无故口控制信号接入时，74LS04一端口为‘0’，74LS04二端口则为‘1’，此时SSR输入端加入了一定控制信号，由图可知，其控制SSR输出端处于断态，电磁阀关闭。当工作电压过高时，继电器自动断开，起到一定保护作用。
极限参数：
电源电压.....................7V
输入电压.....................7V
工作环境温度：
74LS04.............0～70℃
 贮存温度..............-65～150℃

  3.1.2电磁阀
在本系统中所使用控制开关为两个膜片电磁阀是二位通常式自动阀门，该阀在系统中工作情况为电磁阀接通电源时，阀门开启，介质流通（在本系统中介质为水）;当电磁阀断电后，阀门关闭，介质中止。其使用环境：
1.应垂直安装在环境温度为-30度到+40度，相对湿度小于98%场地。周围环境影响对干燥，不宜出现滴水见水情况同时注意进出阀不可装反。
2.要确保电压在额定电压正负15%范围内波动，频率在额定值正负5%内波动。
阀前后压差为0.38Kgf/cm2
电磁阀控制板
电磁阀控制板控制电磁阀接通和断开。其关键有固态继电器SSR和74LS04
下图为一个经典电磁阀门示意图：

图3-3 电磁阀门示意图

3.2继电器
继电器室依据一定得信号（电流、电压、时间和速度等物理量）改变来接通或分断小电流电路自动控制电器。继电器通常不直接控制主电路，而是经过接触器或其它电器来对主电路进行控制。继电器种类很多，不过依据其工作原理不一样可分为电磁继电器盒固态继电器两大类。

3.2.1固态继电器SSR
在本系统中，将使用固态继电器。
固态继电器(SOLID STATE RELAYS)，简写成“SSR”，是一个全部由固态电子元件组成新型无触点开关器件，它利用电子元件(如开关三极管、双向可控硅等半导体器件)开关特征，可达成无触点无火花地接通和断开电路目标，所以又被称为“无触点开关”， 为四端有源器件，其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端。为实现输入和输出之间电气隔离，器件中采取了高耐压专业光电耦合器。当施加输入信号后，其主回路呈导通状态，无信号时呈阻断状态。整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常见电磁继电器一样功效。其封装形式也和传统电磁继电器基础相同，因为它无触点工作特征，使其在很多领域电控及计算机控制方面得到日益广范应用。 因为固态继电器是由固体元件组成无触点开关元件，所以它较之电磁继电器含有工作可靠、寿命长、对外界干扰小、能和逻辑电路兼容、抗干扰能力强、开关速度快和使用方便等一系列优点。
3.2.2交流型SSR工作原理
SSR按使用场所能够分交流型和直流型，本系统选择交流型。
交流型SSR有两个输入端、两个输出端，即为四端器件。工作时，只要在
输入端加上一定控制信号，便可控制输出端通和断。而中间耦合电路因为使用了光电耦合器，故现有控制信号输入和输出端间耦合功效，又能在电气上断开输入和输出端间直接连接，起到良好绝缘隔离作用。同时，因为输入端负载是发光二极管，这使输入端很轻易做到和输入信号电平相匹配，故在使用中可直接和计算机输出口相接，受到0和1逻辑电平控制。
交流型SSR一个关键特点是过零触发技术,其中开关电路是由触发电路触发驱动。不过，若开关电路不加特殊控制电路时，将产生射频干扰并以高次谐波或尖峰等污染电网。为此特设过零控制电路，用以确保触发电路在有输入信号和开关器件两端电压值过零瞬间触发开关器件，实现通断操作，杜绝了开关器件带电动作所产生干扰和污染。
所谓过零是指当加入控制信号后，交流电压过零瞬间，SSR为通态；而当断开控制信号后，SSR要待交流电正半周和负半周交界点（零电位）时，SSR才为断态。

图3-4 交流型SSR工作原理图

交流型SSR另一个关键特点是以吸收回路来实现瞬间过电压保护。由图可知，当反峰电压大于双向晶闸管许可峰值电压时，若无瞬间过电压保护方法，有可能损坏SSR，所以在交流电源输入端并接RC浪涌吸收回路及在SSR输出端并接非线形压敏电阻，实施保护功效。
经典SSR电路图图3-5：
图3-5 交流型SSR经典电路图

图中VPC是一个以光控可控硅为输出器件光电耦合器。它除了传输控制信号外，还含有隔离功效。光控可控硅依靠VD1－VD4经过整流从交流电源取得正向工作电压，使它在交流正、负两个半周内均处于待触发状态。R1和C1并联后接于可控硅控制极，以减弱干扰影响。
     过零检测步骤由R2、R3和晶体管V组成。这里所谓“零”并非指交流电压为0V瞬时值，而是指0V周围一个电压小区间，大约在±10－±15V，称为零区。若交流电压过大，落在零区之外，则由R2、R3分压后电压可使三极管V饱和，把光控硅控制极和阴极短路。此时即使输入端有正向电流使发光管发光，也无法使光控管导通。只有在交流电压经过零区时，V才能因基极电压过低而近乎截止，使得光控管才有可能导通，向可控硅VT提供触发电压。合适选择R2和R3值可调整零区范围。电阻R4为光控可控硅限流电阻；R5为触发电阻，VT依靠它取得触发脉冲；R6、C2组成阻容吸收网络，用VT保护。当输入端出现信号时，一旦交流电压过零，光控可控硅即导通，R5上形成电压立即触发VT导通，把负载R1和交流电源接通。输入信号消失后，光控管即截止，R5上触发电压随即消失，这么，待交流电压过零时，VT因失去维持电流而关断，于是负载失电。它工作波形以下：
图3-6 AC—SSR工作波形

3.2.3 SSR注意事项
1． 控制电压应用时应在3V以上，但不能超出6V。
2． 采取TTL，CMOS等电路直接驱动SSR时，应先了解驱动电压和电源是否满足SSR需要。假如驱动信号在0电平，也有一定输出电压，当此电压超出1V时，就有可能使SSR误导通；相反，当驱动信号在1电平时，即使有足够电压，但电流不足以驱动SSR，也不能使其
动作。处理措施是在电路输出端增加一级晶体管跟随器，以满足SSR开关控制电平需要。
3． 通常SSR均设计为常开状态，无控制信号输入时，输出端是开路，但在自动化控制设备中常常需要常闭式SSR，所以要在输入端外接一组简单电路，使常开式SSR变为常闭式SSR。
4． 额定工作电流大SSR应安装散热器，15A以上应加散热片，应注意SSR空气对流，以确保良好散热效果。
5． 首次安装SSR时，应观察SSR一段时间，通常连续工作时，SSR升温应在70度以下，如发觉SSR温度过高，则说明SSR和散热器接触有问题或是选择了比工作电流小SSR。
6． 通常SSR均设计为常开状态，无控制信号输入时，输出端是开路，但在自动化控制设备中常常需要常闭式SSR，所以要在输入端外接一组简单电路，使常开式SSR变为常闭式SSR。

第四章 计算机液位测控系统

此部分依据其职能，关键分为三部分：液位计算机测量部分，液位计算机控制部分，计算机测控软件部分。
液位计算机测量部分关键是未来自系统测量部分信号经过A/D转换送入计算机中，并在计算机中软件上显示目前液位数值。
液位计算机控制部分关键是将目前测量值和设定值比较，得到一个偏差信号，然后再经过软件编程相关算法给系统实施部分输出信号来控制水箱进水出水来调整液位，使其达成设定值。
计算机测控软件：它包含上述两部分软件显示和编程。
4.1多功效数据采集卡
数据采集板卡性能和众多原因相关，要依据具体情况来具体分析。所以在选择数据采集卡组成系统时，首先必需对数据采集卡性能指标有所了解。
4.1.1数据采集卡关键性能指标
1）采样频率
采样频率高低，决定了在一定时间内获取原始信号信息多少，为了能够很好再现原始信号，不产生波形失真，采样率必需要足够高才行。依据奈奎斯特理论采样频率最少是原信号两倍，但实际中，通常全部需要5～10倍。
2）采样方法
采集卡通常全部有好多个数据通道，假如全部数据通道全部轮番使用同一个放大器和A/D转换器，要比每个通道单独使用各自经济多，但这仅适适用于对时间不是很关键场所。假如采样系统对时间要求严格，则必需同时采集，这就需要每个通道全部有自己放大和A/D转换器。不过处于成本考虑，现在普遍流行是各个数据通道公用一套放大器和A/D转换器。
3）分辨率
ADC位数越多，分辨率就越高，可区分电压就越小。比如，三位A/D转换把模拟电压范围分成23=8段，每段用二进制代码在000到111之间表示。所以，数字信号不能真实地反应原始信号，因为一部分信息被遗漏了。假如增加到十二位，代码数从8增加到212=4096，这么就能够取得就能取得十分
正确模拟信号数字化表示。
4）电压动态范围
电压范围指ADC能扫描到最高和最低电压。通常最好能够使进入采集卡电压范围刚好和其符合，方便利用其可靠分辨率范围。
5）I/O通道数
该参数表明了数据采集卡所能够采集最多信号路数。
4.1.2数据采集卡(DAQ卡)组成
1）多路开关。将各路信号轮番切换至放大器输入端，实现多参数多路信号分时采集。
2）放大器。将切换进入采集卡信号放大至需要量程内。通常中放大器全部是增益可调，使用者可依据需要来选择不一样增益倍数。
3）采样保持器。把采集到信号瞬间值，保持在A/D转换过程中不改变。
4）A/D转换器。将模拟输入信号转化为数字量输出，完成信号幅值量化。
现在，通常将采样保持器和A/D转换器集成在同一块芯片上。以上四个部分是数据采集卡关键组成部分，和其它电路如定时/计数器、总线接口等电路仪器组成DAQ。
4.1.3 NI USB-6008数据采集卡
NI USB-6008/6009 可提供8 个模拟输入(AI) 通道、2 个模拟输出(AO) 通道、12 个数字输入/ 输出(DIO) 通道和一个带全速USB 接口32 位计数器。
NI USB-6008为简单数据统计、便携式测量和院校试验室试验等应用提供基础数据采集功效。 该产品价位适于学生购置，但其强大功效足以应对更为复杂测量应用。 借助NI USB-6008及其内含即用型数据统计仪软件，几分钟内就可完成基础测量，或使用LabVIEW或C语言和内含NI-DAQmx Base测量服务软件编程自定义测量系统。
NI USB-6008（BK USB-6008）USB-A/D用于USB12位, 10 kS/s多功效
数据采集卡有8路12位模拟输入通道, 12条DIO线, 2路模拟输出, 1个计数器若需更高性能。
在本系统中，测量部分模拟信号需要A/D转换变为数字电信号，经过数

字输入接口才能输入计算机，计算机内控制信号也需要数字输出接口才能输出传送给实施部分，本文选择多功效数据采集卡 NI USB-6008来处理这一问题。
NI USB-6008/6009 关键功效组件图4-1。

图4-1 NI USB-6008/6009 关键功效组件

NI USB-6008/6009 随附一个用于模拟信号可拆卸式螺栓端子连接器和一个用于数字信号可拆卸式螺栓端子连接器。端子连接器可提供16 个连
接，使用16 AWG 至28 AWG 导线。
在液位测控系统中，经过放大液位电信号要经过接插件A/D转换后送入计算机内，入水阀和出水阀开关信号也是经过接插件输出，所以接插件是本系统硬件系统和软件系统桥梁，起着关键作用，本系统A/D、DI/O接插
件选择是NI USB-6008数据采集卡，下面我们简明介绍一下软件系统和NI USB-6008数据采集卡相关硬件接口。
本系统需要采集一路液位模拟信号,输出两路(入水和出水)控制信号。其模
拟信号和NI USB-6008数据采集卡AI 0（模拟输入）端口相接，并和端口“1”接地。入水控制信号和出水控制信号和NI USB-6008数据采集卡P0.0（数字输入输出）端口相接，同时为端口“31”提供5V直流电。
NI USB-6008/6009I/O 连接器端子说明见附录3。
4.2图形化虚拟仪器开发平台——LabVIEW
软件是虚拟仪器关键。设计一个虚拟仪器系统，在硬件平台确定以后，
就能够经过设计不一样软件，实现不一样仪器功效。
在设计、实现虚拟仪器软件系统时，需要考虑众多原因，如硬件需求、计算机硬件、操作系统；软件是否建立在开放结构上，是否需要编程经验。利用此软件程序是否能在不一样计算机平台上移植，未来能否方便扩展虚拟仪器功效。因为选择专用开发软件，必需含有一定仪器和数据采集设备配合使用。
LabVIEW(Laboratory Visual Instrument Engineering)是一个图形化编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究试验室所接收，视为一个标准数据采
集和仪器控制软件。LabVIEW集成了和满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议硬件及数据采集卡通讯全部功效。它还内置了便于应用TCP/PI、ActiveX等软件标准库函数，是一个功效强大且灵活软件。利用它能够方便地建立自己虚拟仪器，其图形化界面使得编程及使用过程全部愈加形象化。
利用LabVIEW，可产生独立运行可实施文件，它是一个真正32编译器。像很多通用软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh OS等多个版本。
全部LabVIEW应用程序，即虚拟仪器(VI)，它包含前面板(Front Panel)、步骤图(Block Diagram)和图标/连结器(Icon/Connector)三部分。
1）前面板：前面板是图形用户界面，也就是VI虚拟仪器面板，这一界面上有用户输入和显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形和其它控制和显示对象。但并非画出两个控件后程序就能够运行，在前面板后还有一个和之对应步骤图。
2）步骤图：步骤图提供VI图形化源程序。在步骤图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上输入和输出功效。步骤图中包含前面板上控件连
线端子，还有部分前面板上没有，但编程必需有东西，比如函数、结构和连线等。