引言

　　消費者在采用新產品前的評估，不外乎兩個關鍵因素：1. 這個產品對我是必需的嗎? 2. 產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，貼近與結合硬件制造產業，則能有效提高產品易用性與降低學習曲線，進而帶給使用者更完整的解決方案與完善的產品服務。

　　新一代數據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據采集卡，是各家產品供貨商的責任，以凌華科技為例，凌華提供可實時使用(Ready-to-Run)的泛用型數據記錄軟件：AD-Logger，幫助使用者只要在 30 秒內就可通過凌華數據采集卡取得數據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，用戶也可以體驗到凌華科技新一代軟件開發工具包DAQPilot的強大功能，讓用戶不再需要了解繁復的硬件配置，只需借助開發工具包所提供的組態設定精靈，逐步地完成數據采集功能組態的定義，有效降低學習曲線。

　　泛用型數據記錄軟件

　　AD-Logger泛用型數據記錄軟件針對全系列凌華科技數據采集卡所提供的模擬輸入，數字輸入功能，提供實時數據采集、記錄與分析的解決方案。不需編寫任何程序，用戶使用 AD-Logger 只需要四個步驟，即可完成數據采集與記錄，且能提供長期數據監測與示警功能，或將數據導出到相關分析軟件作后續數學函數分析，滿足業界多元化使用開發的需求。再者，結合多樣化的高性能機箱與控制器，與AD-Logger軟件可進一步構建出完整的數據記錄系統，協助學生與研究人員通過客制分析函數進行多種研究。

　　什么是數據記錄軟件?

　　數據記錄軟件搭配使用傳感器進行量測，將物理現象轉換為如電壓或電流的電子信號，并儲存這些量測結果以用于相關的研究。常見的量測包含溫度、壓力、電流、電壓、應變，與其它物理現象。一個標準的數據記錄系統包含五個主要功能組成：1.傳感器與數據采集模塊硬件 2.實時檢視分析 3.實時儲存數據 4.實時監測數據5.歷史資料檢視與分析。AD-Logger 支持全系列凌華科技數據采集卡，提供交互式操作接口引導用戶以四個步驟(如圖 1)貫穿上述五大功能完成數據采集與記錄：

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

　　STEP 2 : 設定檢視條件：設定關聯視圖與記錄條件，并設定數據監控的示警與啟動/停止條件。

　　STEP 3 :執行在線分析：基于所設定的數據采集功能組態與檢視記錄條件，執行數據記錄工作與顯示數據并實時套用快速傅立葉變換 (FFT)作功率頻譜分析結果。除進行監控與檢視作業的功能，并同時間儲存采集到的資料作后續分析處理，如圖 2。

　　STEP 4: 脫機分析處理：除檢視歷史數據外，用戶可將采集到的數據導出到相關分析軟件做后續分析, 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據采集卡PCI-9221為例，若要搭配數據記錄軟件與 PCI-9221將采集到的數據導出到 NI LabVIEW 作后續分析，可參考圖 3范例使用Read From Measurement File Express VI 加載采集到的數據，再搭配Spectral Measurements Express VI 即可進一步使用相關信號分析函數。如Magnitude (RMS) ，Magnitude (Peak) ， Power Spectrum與Power Spectral Density。同樣的道里，用戶也可以把數據導出到 MathWorks MATLAB 或 NI DAIdem作后續分析。

　　新一代資料采集軟件開發工具包

　　以往當用戶拿到數據采集卡安裝完成后，需要了解相關軟件函數的使用與理解細部參數的定義才能開發應用程序，而凌華科技新一代的軟件開發工具包：DAQPilot 提供了強大的組態設定精靈引導使用者將所需執行的功能以一個 Task 的概念作為描述。程序設計開發將不再是以程序設計界面 (API) 為基礎單元，而轉變成思考如何使用該Task以完成對應的數據采集功能。無須了解復雜功能參數的使用方式，只需借助操作該組態描述文件以啟動對應功能再進一步結合接口程序與分析函數的開發即可完成整個應用設計。該開發工具包包含了 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所提供的組態設定精靈快速與逐步完成硬件組態設定，進一步使用強大的SDK (軟件開發工具包) 完成程序的設計與應用。用戶不再需要了解數據采集卡片繁復的硬件參數，能將更多的時間放在特定領域的應用程序開發上。如圖4，將數據采集應用程序開發分成兩個階段，

　　第一階段先透過開發工具包所提供的組態設定精靈，交互式地定義出欲執行的功能組態描述文件;

　　第二階段直接于開發的程序里加載該功能組態描述文件，即能輕松完成硬件功能設定，進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用程序之間的速度。內附的組態設定精靈，幫助使用者設定、測試，以及采集量測數據。且由于完全以菜單操作，使用者可以減少所犯的組態設定的錯誤，加速開發流程。

　　數據記錄 (Data Logger) 與數據流 (Data Streaming) 的不同

　　Data Logger通常是指需長時間記錄與較低取樣率的應用如溫度、壓力或震動監測，而Data Streaming通常需要快速且可靠的把大量數據記錄到儲存裝置，如 IF/RF/IQ信號分析。對應用程序開發者來說，大量且實時地高速紀錄數據一直是一項極大的挑戰，而為確保數據記錄過程不會有任何遺失，必須衡量三個部份的帶寬條件：

　　1. 數據采集所需帶寬 (Bandwidth of Module)

　　2. 總線傳輸的帶寬 (Bandwidth of Bus)

　　3. 數據寫入硬盤速度 (Bandwidth of Hard Drive)

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

　　而以總線平臺的演變來說，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，且當使用多項設備時，需要額外的電路來達到同步觸發的需求。1980年代，VXI 的出現，帶進了模塊化的領域，然而VXI的價格則并非各等級的餓客戶都負擔的起。PXI延續模塊化的精神，以更可靠的機構設計、較快的總線速度，提供量測與測試設備一個新的選擇。

　　直到 2004 年 PCI Express 與 PXI Express 標準的誕生，PCI Express 標準提供 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 數據傳輸帶寬，有效解決應用程序因高采樣率所帶來的帶寬需求，而不需妥協于較差的采樣率或較短的測試時間。進一步整合RAID磁盤陣列功能，通過 AD-Logger 可實時傳輸記錄數據至計算機內存以利后續作業。

　　數據記錄系統的應用

　　數據記錄系統相關應用領域如高性能微波測速系統 、汽車懸掛系統自動檢測、電力錄波器、震動與聲音檢測、結構安全監控、行車數據記錄器的研發或溫度與壓力記錄等等應用。汽車自動檢測設備的功能很多，如發動機點火信號檢測、各缸工作平衡性檢測、電平電壓檢測、平衡(懸掛)系統檢測、排氣檢測等，這些檢測過程大都要用到數據采集與記錄分析。當汽車載重時，懸掛系統會把重量平均分布到四輪上。對懸掛系統的檢測就是在汽車加載時，利用傳感器測得懸掛系統不同位置的位移信號，通過對不同部位位移信號進行比較，對懸掛系統的性能加以判斷。

　　針對此應用，以凌華科技PCI-9221多功能采集卡實際對汽車懸掛系統進行測試，利用起重機將重物逐漸加載到汽車上，在四輪部分放置四個位移傳感器，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輸入、數字信號輸入和數字信號輸出等功能，利用數字信號輸出功能控制外部起重機加載/卸除重物，用模擬信號輸入功能測量位移傳感器的輸出信號，并加以分析、判斷。

　　電力系統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，供事后分析故障產生的原因及故障定位。目前電力系統對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，最少需要在一個周波內 (20ms) 采集1000點到2000點，即采樣頻率要求單通道5kHz到10kHz。一個典型的錄波系統須至少采樣32 通道，借助凌華科技PCI-9223 提供的16位高分辨率與32個模擬輸入通道的多功能數據采集功能，其采樣頻率最高可達 500kS/s可滿足此應用需求。若需要 64通道產品也可選用 DAQ-2205，兩者皆可搭配 AD-Logger 作長期監測與記錄追蹤。

　　另外，像自動錄音系統大多須要同步信號擷取，主要應用是完成自動錄音，并把聲音信號存至硬盤在需要時回放。可利用凌華科技DAQ-2010的A/D完成四信道路信號同步取樣，后續再利用DAQ-2010的D/A完成波形回放。

　　結論

　　2008 年VDC 市場研究組織針對全球數據采集產品，包含機箱模塊與插卡式 I/O 產品的現狀，作出研究報告，該組織預估 2012 年數據采集產品市場總產值將高達 2.595億美元。據統計，市場集中在五大領域，包含軍事航天、生產線、產品質量檢測與科學教育應用。量測產品不僅需具有高質量的性能，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產業的提升與發展。凌華科技長期深耕量測產品，從發表亞洲第一塊PCI接口數據采集卡開發廠商以來，近幾年陸續推出速度達 200 MB/s的高速數字輸出入系列模塊，分辨率達24 位與采樣率達 130 MB/s 的多功能數據采集卡，產品質量一直深獲信賴。作為量測產品領導廠商，凌華科技不僅提供高性能硬件，也持續研發更強大便利的軟件開發工具，幫助客戶快速開發更優質的產品。