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机械毕业设计全套

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基于虚拟仪器的视觉检测系统的设计,机械毕业设计全套

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1 文献 综述 浙江工业大学浙西分校信电系 03 电气 陈高峰 1 虚拟仪器的诞生 虚拟仪器是在计算机基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的仪器 1。它的出现彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义 。 用户无法改变的局而。从而使得任何一个用户都可以方便灵活地用鼠标或按键在计算机显示屏上操作虚拟仪器软面板的各种“按钮”进行测试工作，并可以根据不同的测试要求通过窗口切换不同的虚拟仪器，或通过修改软件来改变、增减虚拟仪器系统的功能与规模 2。虚拟仪器具有的这种“可开发性”和“可扩展性”等优越特点使虚拟仪器具有强 大的生命力和竞争力。 1985 年 .NI 公司推出 LABVIEW 流程图编程风格的开发和运行程序平台 3。开启了虚拟仪器技术的先河。国内东方震动和噪声研究所于 1985 年推出了 DASD软件开发平台。在随后的几年中不少实力雄厚的公司加入到虚拟仪器研发的行列中来 。 其中有 HP 、 Racal 等大公司。国内有部分院校：例如西安交通大学、清华大学、华中科技大学等也加入了 VI 的研发和推广行列中。 2 软件是虚拟仪器的灵魂 VI 是现代计算机技术与仪器技术完美结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的重要技术 4。虚拟仪器利用计算机强 大的图形环境和接口通信功能，借助开发软件平台编制虚拟仪器而板 .完成对仪器的控制、数据分析和显示 .改变了传统仪器的使用方法。因此。 软件在仪器的开发和使用的全过程中都起着至关重要的作用 5。可以说没有了软件就没有虚拟仪器，也正是软件开发的灵活性和可移植性决定了虚拟仪器的灵活、开放和使用的便捷。 日前 ， 虚拟仪器的编程平台主要有通用编程语言和图形编程语言两种。通用编程语言例如 C 语言在旱期的虚拟仪器的开发中有应用， VC、 VB 等语言也可以用少虚拟仪器的开发。使用的编程语言 .国外的有 NI 公司的 LabWindows/CVI、LABVIEW， HP 公司的 VEE，国内的有东方震动和噪声研究所 DASD 开发软件。 LabWindows/CVI 是 NI 公司推出的半图形化编程工具 .它支持标准 C 和 C+编程 .因此可以平稳地运行于视窗操作系统下 617。 CVI 编程语言适合较大型测控程序的编写存实际的测控仪器的开发中有着广泛的应有。 LABVIEW 是图形化编程语言 .这种编程语言和人的思维习惯相符，初学者很容易掌握 16。 适合仪器专业的初次接触使用和实验室试验使用 .该软件自带了 NI 公司和大部分知名公司的硬件驱动 。 所以一也在普通测控仪器的开发 中有着广泛的使用。 3 虚拟仪器总线技术 日前 VI 使用的总线技术主要有以下几种。 PC 总线方式的虚拟仪器 这种方式借助于插入 PC 机和工控机内的数据采集卡与专用的软件相结合 .nts 2 完成测试任务。它充分利用计算机总线、机箱、电源及软件的便利。插卡类型有ISA 卡、 PCI 卡和 PCMCIA 卡等多种类型。 ISA 总线是一种 8 位或 16 位非同步数据总线 .工作频率为 8MHz.数据传输速率 8 位时为 1MB/s.16 位时为 2MB/s。对低速数据采集来说是有效的 .但对基于高性能 PC 机的多任务系统和高速数据采集系统言。 ISA 总线则越来越成为 一种瓶颈。 PCI 总线是一种独立于 CPU 的 32 位或 64 位局部总线 .时钟频率为 33MHz.数据传输率高达 132MB/s 264MB/s. PCI 总线技术用无限读写突发方式 .可在一瞬间发送大量数据 78。 PCI 总线上的外围设备可以和 CPU 并行工作 .因此 PCI 总线得到了广泛的应用。随着计算机技术的发展 .ISA 卡逐渐退出舞台，有被 PCI 卡取代的趋势。 PCM CIA 卡由于受到结构强度太弱的限制 .影响了它的工程应用。插卡式仪器价格便宜 .因个人计算机数量非常庞大 .因此用途广泛 .特别适合于教学部门和各种实验室 .日前 仍有强大的生命力。 ( 1) GPIB 总线方式的虚拟仪器 GPIB 总线 (即 IEEE488 总线 )是一种并行外总线 .是在 HP 公司 1965 年设计的HP-IB 仪 器 接 口 总 线 的 基 础 上 发 展 而 来 的 经 历 了IEE488-1975,IEEE488.1-1987 ,IEEE488.2- 1987 几个不断改进完善的阶段。日前市而上使用的是 IEEE488.2 标准的 GPT13。该标准的成功之处在于 .它使测试系统的互连和通讯标准化 917。 (2)US13 总线方式的虚拟仪器 USB 通用串行总线和 IEEE1394 总线 (又叫 Fireware 总线 )是被 PC 机广泛采用的两种总线 .它们己被集成到计算机主板上。 USB 总线能连接 127 个装置 .需要一对信号线及电源线。 USB2.0 标准的数据传输率能达到 480M bps。该总线具有轻巧简便、价格便宜、连接方便快捷的特点 1018。 现在己被广泛用于宽带数字摄像机、扫描仪、打印机及存储设备。IEEE1394 总线是山苹果公司于 1989 年设计的高性能串口总线 .日前传输速率为100M bps ,200M bps ,400M bps.将来可达 3. 2Gbps。这种总线需要两对信号线和一对电源线 .可 以用任意方式连接 63 个装置 .它是专为需要大数据量串行传送的数码相机、硬盘等设计的。 USB 及 IEEE1394 总线均具有“即插即用一 plug& play” 的能力 .与并行总线相比 .更适合少连接多外设的需要。基于 USB 总线 .NI 公司推出了 USB-6008 和USB-6009 等几款数据采集卡。 (3) VXI 总线方式的虚拟仪器 VXI 总线是一种高速计算机总线 VME 在 VI 领域的扩展 。 由 HP ,Tektronix等公司在 1987 共同制定 13。 它以 VME 为基础，吸取了 GPIB 易于组合的优点。适合组建大、中规模的自动测试 系统和对速度和精度要求较高的场合。组建 VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器 .造价比较高。 ( 4) PXI 总线方式的虚拟仪器 PXI 总线 1997 年山 NI 公司推出 .它是在 PC1 总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的 .增加了多板同步触发总线的参考时钟。用于精确定时的nts 3 星形触发总线 .以使用相邻模块的高速通讯的局部总线。 PXI 具有高度可扩展性 .可扩展到 256 个扩展槽。把台式 PC 的性能价格比和 PCI 总线而向仪器领域的扩展优势结合起来 .将形成未来主流的虚拟仪器平台之一。 ( 5) LXI 总线方式的虚拟仪器 2004 年 9 月 VXI 科技公司和安捷伦联合推出一种新的基少工业以太网的总线规范 -LXI(LANeXtensions for Instrumentation） 19。可以这样说 .以太网的发展为基与网络的测试系统提供了平台 .也成就了 LXI 的诞生。 LXI 标准用以太网作为系统的骨干 .无需 VXI 或 PXI 方式的机箱。在众多计算机和通信网络中选用以太网技术 .在于以太网的发展己相当成熟 .被广泛安装在计算机作为标准通信接口。以太网的基础设施非常普及，网卡、路由器和光纤等价格日益便宜。以太网采用的 TCP/IP 协议在 Internet 内广泛使用 14。另外 .以太网的错误检测、故障定位、长距离互联以及树状拓扑结构都比现有的总线优越，网络速度也山最初的 10Mb/s 到现在的 10Gb/s。 LXI联盟于 2005年 10月通过了 IEEE1588协议 .为 LXI网络化虚拟仪器的设计与实现提供了标准。我国的海泰公司率先加入了 LXI 联盟 未来的总线将会向专业化和大众化方向发展。因此。在 LXI 仪器还未完全占领市场之前， VXI、 PXI 和 USB 等都将成为市场的主流总线技术。 4 远程测控是虚拟仪器的重要发展方向 基于 Internet 的远 程测控是现代测试技术和虚拟仪器技术的发展方向之一。 首先 LABVIEW具有强大的网络通信功能 .这使得用户可以编写出功能强大的具有网络通信能力的 LABVIEW 应用软件 。 以实现远程测控。具体可以通过以下几种方式实现网络化测控。 (1)最简单的远程桌而方式：直接利用 WINDOWS 系统的远程桌而，连接到远程计算机的桌而，操作远程计算机进行测控。 (2)利用 DataSocket 技术实现数据共享。该技术是 NI 公司推出的一项网络测控技术，可用于一个计算机内或者网络中多个应用程序之间的数据交换，这项技术而向测量和自 动化，用于共享和发布实时数据，能实现数据传输。 (3)利用网络协议进行通信 :TCP/IP 协议是 Internet 最基本的协议，必须依赖 TCP/IP 协议组来管理 Internet 上流动的所有信急。 (4)最直接的 NI 远程发布 :现在的 LABVIEW 都具有远程而板发布能力，用户可以直接在木地打开 JI 操作位于远程的 VI，甚至可以在网页中进行直接操作。 5 结合新理论新方法设计功能强大的虚拟仪器 。 把各种最新的控制理论和方法应用到虚拟仪器的开发中来将是 VI 发展的又一个重要方向，例如把最优控制理论应用到虚拟仪器的开发 ，提高仪器的性能指标，加快测试速度 13。总之，吸收了新理论新方法的 VI 将会适应更多的应用领域，将会为实际的测控带来更大的便利和效率 14。 nts 4 参考文献 ： 1 徐景硕，高扬，秦永。 .最优估计理论在虚拟仪器中的应用。西化工业大学学报， 2004（ 6） . 2 滕岩峰，周雪峰，黄谨。基于 USB 总线的虚拟仪器升发。仪表技术与传感器，2004（ 2） . 3 贾功贤，刘成康，李冰等。基于 PC 的虚拟仪器的发展趋势。电子应用技术，1999(12). 4 裴锋，杨万生。 MATLAB 与 LabVIEW 混合编程电子技术应用。 2004(3) . 5 候国屏，王气，叶齐鑫。 LabVIEW 7. 1 编程与虚拟仪器设训。北京 :青华人学出版社， 2005. 6 应怀焦 .虚拟仪器的过去、现在和未来。信息导报， 2003(11. 7 钱凌影 .实验数据远程采集与传输技术。 2005 年全国虚拟仪器学术交流大会论文集 .北京 :电子测量技术 2005. 8 Ji Ling。 LXI- 2000 年代的新一代仪器系统总线。国外电子测量技术，2005, 24( 2) . 9 焦瑞莉，南利平等。基于 LABVIEW 的通信 专业远程虚拟实验室。国外电子测量技术， 2005, 24(3). 10 唐东炜，傅贵武，王宇华 .“开发虚拟仪器系统，改革测试实验教学” .佛山科学技术学院学报， 1999, 2: 80 11 路林吉，饶家明 .“虚拟仪器概论” .电子技术 2000. 1:44 12 金登男 .虚拟仪器的新型组建技术 .仪表技术， 2000 (3) 13 张小牛，侯国平，赵伟 .虚拟仪器技术回顾与展望 .测控技术， 2000 (9) 14 应怀樵 .虚拟仪器与计算机采集测试分析仪器的发展和展望 .测控技术，2000 (8) 15 周永强，姚振和 .虚拟仪器数据采集系统的研制 .长江科学院院报， 1999 (4) 16 Barry E.paton.Sensors,Tansducers&LabVIEW New York:Prentice Hall 17 National Instruments Corporation The Meas