基于虚拟仪器的电池测试实验设计

1、 学号：101111112本科 生 毕业设计（论文）基于虚拟仪器的电池测试实验设计Battery test experiment based on virtual instrumentdesign院别：信息与自动化学院专业：自动化年级：2010级学生姓名：王鹏飞指导老师：刘正光Tianjin TianShi College学士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的设计（论文）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果，除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本

2、学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名（手签）：年月日摘要本系统的硬件是由个人电脑与恒流源，软件是由labVIEW 组成的电池测试系统。系统主要由labVIEW2013图形化编程开发环境、PC 机、USB2833数据采集卡、恒流源电路、外部电池组成。为保证电池测试中检测与采集的电流电压参数精确，我们采用的是高精度的恒流源作为基准电流，为了确保恒流源能输出持续的、稳定的、高精度的电流，在恒流源电路中采用场效应管作为恒流源的调整管，根据场效应管的输出特性，通过改变栅极（Gate）电压来控制场效应管从而控制恒流源电流的大小。在恒流源电路中采用了比例调节器和积分调节器来组成闭环控制系

3、统，从而稳定恒流源的输出电流。在测试恒流源输出电流时，可以通过在labVIEW 的前面板中设定输出电流从而实现对USB2833数据采集卡的控制，USB数据采集卡实现DA 转换，其输出的模拟信号通过电压形式传送到恒流源的接口上以用来控制恒流源输出固定大小的电流，再用仪表实际测恒流源输出电流的大小。在测量电池时，经USB2833数据采集卡的模数转换器来测得电池两端电压和电流，然后通过USB 总线将测得的数据与PC 交互通信，通过PC 机对采集的数据进行分析和处理，实时显示处理结果，处理后的结果通过数据库记录后，进行数据分析，最终对电池性能进行评估。编写实验指导书，实验指导书的内容已添加在附录中。该

4、系统已达到预期的设计目标，具有很强的逻辑性、灵活性和可扩展性，性能稳定，安全可靠，性价比高。关键词：电池测试系统；虚拟仪器；数据采集卡；labVIEW2013；数据库；恒流源ABSTRACT The hardware of this system is made up of personal computer and the constant current source, the labVIEW software is made of battery testing system. System is mainly developed by labVIEW2013graphical prog

5、ramming environment, PC, USB2833data acquisition card, constant current source circuit, external lithium batteries (orlead battery. In order to ensure the battery test in the detection and accurate collection of current voltage parameters, we adopt is of high precision constant current source as ref

6、erence current, in order to ensure the constant current source can output the continuous, stable, high precision of current, in the constant current source circuit using field effect tube as the adjustment of the constant current source, based on the output characteristics of the field effect tube,

7、by changing the Gate (Gatevoltage to control the field effect tube to control the size of the constant current source current. In a constant current source circuit using the proportional controller and integral controller to form a closed loop control system, stable and constant current source outpu

8、t current.Constant-current output current in the test, can be set in the front panel of the labVIEW output current to achieve control of the USB2833data acquisition card, USB data acquisition card to realize the DA conversion, the output of the analog signal through the voltage form sent to the cons

9、tant current source on the interface to control constant current source output current of fixed size, then use instrument to measure the size of the constant current source output current actual. When measuring the battery, through the AD converter of USB2833data acquisition card on both ends of the

10、 battery voltage and current can be measured, and then measured data with PC through USB bus interactive communication, through the PC for data analysis and processing, real-time display the results, after processing by the result of the database, data analysis, finally to evaluate battery performan

11、ce.Write the experiment instruction, laboratory instruction contents have been added in the appendix.The system has reached the expected design goal, strong logicality, flexibility and extensibility, stable performance, safe, reliable and cost-effective.Keywords :Battery test system ；Virtual instrum

12、ent ；Data acquisition card ；LabVIEW2013；Database ；Constant current sourceI 目录第一章绪论.11.1研究背景.11.2国内外研究现状及发展趋势.11.3研究意义.21.4研究内容.2第二章方案论证.32.1各种方案的比较.32.2系统总方案.3第三章恒流源.53.1恒流源介绍.53.2常用的恒流源.53.3本次设计所用到的恒流源.5第四章数据采集卡.74.1数据采集卡的概述.74.2数据采集卡的分类.74.3数据采集卡的技术参数.74.4数据采集卡的应用.8第五章虚拟仪器.95.1虚拟仪器的简介.95.2虚拟仪器的概念.

13、95.3虚拟仪器的原理.95.4虚拟仪器的发展过程.105.5虚拟仪器的分类.105.6虚拟仪器的优势. 115.7虚拟仪器的应用. 11第六章测试系统的设计和实现.126.1在PC 模块中的软件选择. 126.1.1labVIEW 简介.136.1.2labVIEW 的组成.136.1.3labVIEW 的特点.136.2设计系统中数据采集卡的选择.146.2.1USB2833数据采集卡概述. 146.2.2USB2833功能介绍. 146.2.3USB2833与恒流源的连接. 156.2.4USB2833驱动程序的子函数. 166.3恒流源模块的实现.19第七章实验指导书的设计.20总结.

14、26参考文献.27致谢.28第一章绪论1.1研究背景随着后PC、大数据时代的来临，移动设备的智能化，高端化也逐步走向成熟，为用户提供安全可靠，长寿命，高性能的电池显得尤为重要。近些年来手机的使用在我国极为普遍，大部分手机使用的电池是锂电池，对于市场上一些劣质的充电器，在其电路中并没有设置对电池的过充保护，而对于锂电池来说任何形式的过度充电都可能会引起爆炸，这就有可能对用户造成生命财产的威胁。另一方面，随着锂电池充放电次数的增加，锂电池的使用寿命也会缩短，有些用户在使用手机、Pad设备的时候喜欢边充电边使用等，这些习惯都会致使锂电池的寿命大大缩短，在日常的工作与生活中对用户造成不便。labVIE

15、W 是一种开发编程环境，是由美国国家仪器公司National Instruments 研制开发的，类似于C 语言和B 语言，而不同之处是labVIEW 软件采用的是类似于“搭积木”的图形编程语言“G”语言编写的，其核心意义就是利用计算机来模拟元器件的逻辑功能，用最少量的元器件来实现同样的控制功能。labVIEW 开发环境对于用户来说编程语言形象易懂，结构框架清楚，易于入门，可靠性，可操作性好，二次开发比较方便，其优势已经得到了广泛关注，已应用在测试测量，控制，仿真，儿童教育，快速开发，跨平台开发等领域，现已成熟。本设计是软件是基于labVIEW2013的开发编程环境，硬件是基于USB2833数

16、据采集卡和恒流源电路的电池测试系统，恒流源基于模拟电子中场效应管的特性，在DrainSource两端加正向电压，就会产生漏极电流(Thedrain current,Ib，使场效应管工作在放大区，通过PI 调节作用，使源极的电流保持恒定，恒定电流流过电池，通过测量电池两端电压即可计算出相应参数。1.2国内外研究现状及发展趋势在国内电池测量系统中，大多采用的是测量单电池的电压参数，一般测量的是电池的温度和电流，目前技术已经比较成熟，而对于单电池测量其电压，比较简单，困难的是测量多个单电池组成的电池组中每个电池的电压。目前国内很多测量方法都有成本高，精度低等特点。国外在电池测试系统上的发展明显要高于

17、国内。对于国外的电池测试系统，比较有代表性的就是美国的BMS 公司，他们利用PC 机能实时监控电池组中每一块电池的参数，存储并显示每一块电池的实时参数和信息，并且能对其状态进行预测。1.3研究意义1.测试蓄电池的寿命和性能可以在日常工作与生活中为人们带来便利，让电池在使用条件下满足要求，提高工作效率。2.过度充电的保护措施可以使得锂电池的使用变得更安全，更环保。3.评估电池寿命可以节约成本，防止假冒伪劣的电池与揭穿不法商家的骗局。4.利用恒流源进行恒定电流的输出测试出的结果比一般电池测试系统更加精确。5.熟悉labVIEW2013直观、可靠的编程环境和编程方法。1.4研究内容一、恒流源电路的研

18、究和设计使用恒流源为电路中提供持续、稳定的电流，让恒定电流流过被测电池，获得实时电压与电流，根据电压与电流的关系，记录电池充电的电量，充电时间和放电时间的参数，测算出电池的寿命，充电时间，放电时间等参数，并用数据库记录参数并计算。二、labVIEW图形编译环境利用labVIEW 图形编程软件实现对输出电流的控制，控制输出电流大小，电压信号与电流信号的采集，实时数据分析与实时显示监控。三、电池测试参数的公式利用得到的电流电压，依据公式计算出电池寿命，充放电时间等参数。四、实验指导书设计第二章方案论证2.1各种方案的比较第一种电池测试系统是基于FPGA 的电池测试系统，现场可编程门阵列，Field

19、ProgrammableGate Array，它是一种通过自上向下设计方式设计的电路，用户可以按照自身需要定制功能不同的电路。这样就克服了原有电路固定不变的缺点。第二种是基于单片机的电池测试系统，单片机在我国过去的五年里采用得非常广泛，利用C 语言编程形成HEX 可执行文件，控制输入/输出（I/O）接口管脚的逻辑关系，但是其缺点就是联网的时候比较困难，在今物联网的大背景下已经几尽淘汰。第三种是基于ARM 的电池测试系统，优点是现当今ARM 相比于单片机来说现在用得更加广泛，并且在ARM 中可以安装操作系统，主流的操作系统是微软公司的WINCE 和LINUX 两大操作系统，研究WINCE 的操作

20、系统最终形成产品是需要向微软支付一部分费用的，而利用LINUX 系统研发比较普遍，但是本次设计中我们不涉及到联网等功能，购买ARM 开发板由会产生额外的费用，利用labVIEW 图形化编辑的功能去尽可能的代替硬件电路从而获得相同的效果，这才是本次设计的核心意义。第四种是基于PLC 的电池测试系统，一般是用来测试电池组的，优点是PLC 更加可靠，缺点是大材小用，大马拉小车，在工作生活中显得没有必要，并且需要搭建额外的采集模块。第五种是采用虚拟仪器和USB2833的电池测试系统，硬件采用恒流源，软件可以通过对PC 上软件的编程实现控制，通过USB2833采集卡采集数据和控制电流输出来实现测试电池的

21、目的。上述第五种方法是本次设计中所采用的方案，相比于前四种方案精确度更高，并且经济合理，方便可行，更具有灵活性和可调节性，是未来的发展趋向。2.2系统总方案系统总框图如图21所示。计算机与恒流源之间通过USB2833数据采集卡进行连接，USB2833数据采集卡在中间起到的作用是模数转换和数模转换功能：将计算机通过USB 总线传输出的数字信号经过转换芯片处理输出模拟信号，在此实验中输出的是电压信号，电压信号驱动恒流源板子输出恒定电流；而采集到的电压数据通过USB2833数据采集卡后转化为数字信号用以计算机的识别，Labview软件将进行数据处理并进行下一步控制。天津天狮学院2014届本科生毕业设

22、计（论文） 图21系统总框图第三章恒流源3.1恒流源介绍恒流源（电流源），主要应用在差动放大电路、脉冲产生电路、提高电路放大倍数、有源负载等场合，为了确定电路稳定工作时的静态工作点，一般也可以使用恒流源为电路提供稳定而持续的电流。恒流源的本质特点就是能为负载提供持续稳定的电流，输出电流的精度较高，外界变化时响应速度快，能够长期稳定地运行，在生活生产中得到广泛的应用。3.2常用的恒流源通常使用的恒流源可以按照调整元件和调整方式上的不同来进行分类，按照调整元件的不同分，可分为场效应管恒流源，集成电路和晶体管恒流源；按照调整方式的不同分，可分为开关调整型和线性调整型恒流源。3.3本次设计所用到的恒流

23、源通常恒流源主要用于电气测试，因此精度是主要的指标之一。恒流源作为电池测试系统的一个核心部件，其精度直接决定了电池测试系统测试参数的准确度，而恒流源的最大功率决定了能够测试电池的最大量程范围，因此设计出的恒流源要求功率大、精度高，如下图3-1所示： 图3-1恒流源原理恒流源的核心部分由比例积分调节器(PIregulator和功率电子电路（Powerelectronic circuit）组成，图中U1模块是比例放大器（Proportionalamplifier）而U2是积分器（integrator），二者共同组成闭环控制系统，用户可以通过根据恒流源板子计算出来的比例函数来计算恒流源输出的恒定电流

24、，而在利用恒流源输出大功率的场合上往往需要采用多个MOSFET 并联的技术从而产生大电流，如图3-2所示： 图3-2MOSFET 并联第四章数据采集卡4.1数据采集卡的概述数据采集卡（Dataacquisition card）通常指的是在传感器和其他检测设备等模拟设备采集到的非电量或者电量信号，在转换后才能送到上位机进行分析和处理，而数据采集卡在其中扮演的就是“转换”的角色，通常数据采集卡是将模拟量转化为数字量从而传送到计算机内进行数字信号的处理，相同的，有些数据采集卡也集成了数模的功能，将计算机传达的数字信号指令通过数模转化转换成执行器（或可动作的传感器）可以识别的模拟信号；类似地，不仅仅是

25、电信号之间可以转化，温度转化成电信号，流量转化成电信号,压力转化成电信号等通常也在生产中用到。在近8年的发展过程中各个公司都推出了不同种类不同制式的数据采集卡，其中的接口也是不尽相同，但大部分可以通过RS232、RJ45、PCI总线、PCE-E总线、USB总线等数据线和计算机进行交互对接。4.2数据采集卡的分类由于个人电脑总线的板卡有很多类型，所以数据采集卡的分类也不尽相同，根据数据采集卡接收到信号的种类不同，可以分为模拟量输入（Analoginput）板卡（将接收到的模拟量信号转化为数字量信号A/D）、模拟量输出板卡（将计算机输出的数字信号转化为模拟信号D/A）、开关量输入板卡（将布尔逻辑信

26、号1或0输入到计算机）、开关量输出板卡（将布尔逻辑信号1或0输出到执行器）、脉冲量输入板卡（将高低电平的脉冲信号经过转换输入计算机）、多功能板卡（集成以上几种板卡功能的板卡）等。根据计算机总线的不同，又可将上述类型分为PXI/CPCI型板卡和PCI 型板卡。还有一些在特殊情况下使用的I/O板卡，如虚拟存储板（电子盘）、信号调理板等，在这里就不一一介绍了。4.3数据采集卡的技术参数数据采集卡的技术参数决定着电池测试系统的精度，在选购数据采集卡时特别要注意数据采集卡的各项参数是否满足设计要求。下面介绍一下数据采集卡的几个重要参数：数据采集卡的第一个重要参数就是通道数（numberof channe

27、ls），通道数表示着数据采集卡可以采集几路的信号，通常通道数分为单端32路/差分16路和单端16路/差分8路两种。数据采集卡的第二个重要参数是采样频率，在传感器向数据采集卡传送信号的时候，采样频率决定着检测时的精确度，什么时候采样，采样的密度取决于用户的需求，采样频率指的就是单位时间内采集数据的个数，通常采样频率的快慢取决于AD 芯片转换一个点所需要的时间，采样周期不会大于AD 芯片转换每个点所需要的时间。数据采集卡的第三个重要参数是缓存，缓存主要用来存储AD 芯片将原数据转换之后的数据，通常大部分使用的是RAM 缓存（随机存取内存）而很少部分使用的是FIFO 缓存，RAM缓存的优点是存储量大

28、，价格比较便宜，但是速度却没有FIFO 快；而FIFO 的优点是速度快，但存储量不大，所以不常用到。数据采集卡的第四个参数是分辨率，分辨率和A/D转换器的位数有相对应的关系，表示成FS/2n，FS表示满量程输入值（Fullscale input values），n为A/D转换器的位数，位数越多，分辨率也就越高。数据采集卡的第五个参数是精度：精度是实际测得值和理想值之间的偏差，标准称谓是用满量程（FSR，FullScale Range）的百分数表示，例如量程范围在0-10V，精度为0.1%FSR，就代表着所测得的数值和真实数值的差距在10mV 以内。数据采集卡的第六个参数是量程，一般有0-5V、

29、0-10V、±5V、±10V等量程，用户可以根据自身的需要来选择特定的量程范围。数据采集卡的第七个参数是增益：增益也就是输入信号的放大倍数。最后一个参数是触发方式，通常分为内触发和外触发两种方式。4.4数据采集卡的应用数据采集卡在工业生产中应用非常广泛，尤其是在电子产品质量检测、信号采集、过程控制和伺服控制系统中，在不同的场合中要使用精度不同的数据采集卡以适应生产或检测要求。第五章虚拟仪器5.1虚拟仪器的简介虚拟仪器在近20年来采用的非常广泛，它的主要特点就是其直观化的图形编程语言，通常C 语言或者B 语言等所使用的语言都是文字性的编程语言，而虚拟仪器所采用的编程语言是更利

30、于用户理解，更加直观明了的G 语言，即图形语言。利用图形语言可以在编程或是执行界面中清楚地看到数据流，同时能够更清楚的为用户显示数据，用户可以在界面中直接查看、修改数据或者控制虚拟元件的输入。其最大特点就是“软件就是仪器”的思想。虚拟仪器和虚拟机的概念比较类似，就是最大化地利用计算机的硬件资源和CPU 强大的计算处理能力，再将数据采集卡等A/D转换器和D/A转换器或是数字输入（DI）数字输出（DO）等器件结合到一起，用以分析，计算和输出控制等操作，虚拟仪器能够最大化的应用计算机硬件，可维护性和兼容性都很高，不同设备实现不同功能的差异主要是在软件编辑上。5.2虚拟仪器的概念虚拟仪器是在计算机（P

31、C）的基础上通过增加目标产品功能所必须的硬件和软件而组成的、具有用户可视化界面（前面板）的仪器。虚拟仪器技术就是利用像计算机、数据采集卡等高性能的模块化硬件，结合用户自定义的软件来完成各种测量，测试，仪表显示等自动化应用。虚拟仪器自1986年问世，现已将NI labVIEW 图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从实现改善产品质量、缩短产品生产周期，提高产品开发效率和生产效率的目的。5.3虚拟仪器的原理虚拟仪器是利用PC 机的高效处理能力，结合用户根据项目需要所能开发出的软件来实现目的，模块化的编程结构可以使开发人员的调试更加方便，更加具有系统性，同时也更有利于产品的全方位集成，labVI

32、EW 软件和其他软件的高度兼容性也使得开发人员在不同软件更加得心应手。实现不同功能仪器的硬件大致相同，而不同功能的仪器实现不同功能的差异主要体现在软件上。程序员完全可以凭借自己的思路设计友好的用户界面，并且全球标准化的软件和硬件平台完全能够满足开发人员对定时应用功能和同步功能的需求。了解虚拟仪器的原理可以通过虚拟仪器的结构来理解，大致上我们把虚拟仪器的结构分为四层来理解，第一层是用户可以按照自己的需要，创造出自定义风格内容的虚拟仪器，并编出界面友好程序的用户管理测试层，用户可以在此层编译出自己想象中的程序。第二层是开发应用层，就是虚拟仪器公司labVIEW 软件自带的开发工具（后面板），开发人

33、员可以在此层进行编程和调试，实现仪器应有的逻辑功能。第三层是仪器驱动层，在labVIEW 和其他软件大部分兼容的大背景下，开发者可以利用国际化的标准自定义的添加软件和硬件接口。第四层是输出输出总线驱动层，其主要作用是制定标准协议和兼容不同类型的仪器。5.4虚拟仪器的发展过程虚拟仪器的鼻祖是NI 公司（NI,NationalInstruments）。虚拟仪器在90年代的两大巨头分别是摩托罗拉公司和美国国家仪器，当时已开发出了一些可以替代传统示波器，滤波器，信号发生器等设备的新一代仪器，而我国当时在引进虚拟仪器的时候也是从美国国家仪器公司学习到了不少知识，起初也能做出一些简单的仪器来代替传统硬件设

34、备，但当时这项技术在国内还远不成熟，知道最近我国才将虚拟仪器这项技术加入工程科学的发展计划，将其列入“十一五”期间的主要资助领域，目前我国对虚拟仪器的研究进度发展乐观。已经可以开发出逻辑分析仪，万用表，滤波器等仪器，而在“八六三”项目中虚拟仪器的关键技术已经实现了产业一体化，这表明我国在虚拟仪器的自主研发领域取得了喜人的进步。虚拟仪器的发展大致分为四个阶段，第一阶段是利用计算机，在计算机外连接硬件设备来控制测量仪器，第二阶段是在第一阶段的基础上添加了数据采集卡，确立的一些列的标准（如VIX 仪器总线标准），第三阶段是用虚拟仪器研究工程项目的方法受到了国内工程界科学界人士的广泛认同，虚拟仪器技术

35、迅猛发展阶段，第四阶段是网络化的虚拟仪器技术，由于物联网时代的到来，将物品联网管理的重要性就体现出来了，虚拟仪器模块化管理、高度兼容性的优势被国内工程界人士青睐，虚拟仪器技术正在成为一种新潮流。5.5虚拟仪器的分类虚拟仪器在其采用的总线传输方式上和随着微机的发展上各有不同，可将其分为两类：（1）插卡型VI（PCI接口类型）这种方式是利用PCI 数据线和计算机进行交互，以前的虚拟仪器采集卡都是以PCI 板的形式出现，缺点就是放在计算机机箱中太占体积，并且其产生的噪声不易控制，而且PCI 总线提供的功率也是有限的。现在这种插卡型的板子已被淘汰。（2）并行口式虚拟仪器这种类型是利用并口和计算机互连，

36、这种并口方式的好处就是可以跟过去的笔记本计算机互连，也能跟台式机相连，比较方便。其特点是比较便宜，所以用途比较广泛。5.6虚拟仪器的优势1.比其他的语言更容易入门，培养一名C 语言程序员的时间是培养一名labVIEW 程序员时间的五倍。2.图形编程语言直观并且易于理解，甚至适合于儿童教育，它“搭积木”式的编程方法易于理解，更容易让人接受。3.界面友好，用户可以直接接触labVIEW 的前面板自定义的人机交互界面，操作简单明了，而真正的程序放在后面板供开发人员使用，界面美观。4.编程方式方便，图形化的编程界面使得用户只需要选择元器件和连线即可，去掉了繁琐的，传统的键盘敲打程序的过程，连接方便可靠

37、。5.适用性广，兼容性好，NI公司起初设计labVIEW 虚拟仪器的理念就是方便用户的使用，其中的I/O驱动非常全面，甚至不会让用户感受到兼容性的问题。6.开发周期短，虚拟仪器的内部电路都是在PC 中模拟的，相比于传统实实在在的硬件电路搭接要更加方便灵活，其具有模块性，移植性，可替代性和重复使用性等特点。7.可充分发挥出计算机的计算能力，创造出更强大的虚拟仪器。5.7虚拟仪器的应用近些年来虚拟仪器在生活、工程、科学研发领域应用的范围已非常广泛，虚拟仪器凭借着其利用计算机CPU 内存等高效处理能力以及其和其他软件的高兼容性，深受工程师，研发人员，程序员的喜爱。虚拟仪器在开发和科研方面应用非常广泛

38、，模块化的程序可以应用到不同类型场合，同时，虚拟仪器在检测计量方面、测量测控方面的应用也非常广泛，虚拟仪器已经替代了传统的实际存在的仪器仪表（如示波器、频谱仪和信号发生器等），在野外工作时为人们提供了便利条件，利用虚拟仪器技术，还可以在测定系统的特定参数方面更方便可靠的测得参数，例如血液粘度，心电图参数，钢炉温度等。在一些特殊的场合，要求虚拟仪器的采样精度高，利用计算机强大的CPU 和数据采集卡的采样频率也可以轻松实现，虚拟仪器在测试流量，电力仪表，温度监控系统中应用已日趋成熟。凭借着虚拟仪器的高兼容性，相信其在未来物联网时代中也会很受欢迎，虚拟仪器技术是一项很具有发展潜力的技术。第六章测试系

39、统的设计和实现本次设计的系统结构如图6-1所示： 图6-1系统结构图在labVIEW2013的前面板中调节首通道，末通道，程序控制增益，量程选择，接地方式等DA 参数，使计算机通过USB 总线来控制ART USB2833数据采集卡实现DA 转换，USB2833输出的模拟信号连接到恒流源电路的输入端，并且将恒流源电路的手动控制跳线跳断，改为外部控制功能，从而利用USB2833的输出电压来控制恒流源输出恒定电流。本次设计使用的恒流源电路是由功率电子管（MOSFET）、比例调节器和积分调节器共同构成，其中比例调节器与积分调节器二者共同构成闭环系统，比例调节器将被调控量与给定值相比较，对系统的固有变差

40、进行调节；积分调节器按照偏差的积分来输出连续信号调节被控量，增加系统的稳定性。漏电流可以在场效应晶体管（MOSFET管）工作在放大状态时流过采样电阻，从而使得恒流源输出持续稳定的电流。labVIEW 会通过驱动计算机向USB2833数据采集卡输出数字信号进行操控，USB2833数据采集卡又将从计算机处接收到的数字信号转化为模拟信号来为恒流源提供给定值，恒流源输出持续稳定的电流。恒流源在输出电流的同时也会从被测物上采集模拟信号，再将采集到的电压经过模数转换转换成数字信号，再送往计算机进行处理，经过计算机分析处理后的数据保存在数据库中，以对电池的性能进行评估。下面将从计算机的软件选择，数据采集卡的

41、选择和恒流源电路的设计三个方面分别介绍实现本系统功能的三个模块。6.1在PC 模块中的软件选择本设计采用的软件是虚拟仪器软件labVIEW，labVIEW的编程方式是基于数据流的编程方式，相比于传统的文本式编程，labVIEW的图形化编程更加生动形象，能更直观的反映出编程者的思路，并且相比于传统文本式编程的顺序化编程思路，labVIEW 软件的编程思路更倾向于并行，所以使用labVIEW 编程软件编程入门要比传统编程方式更加简单，模块化的图形语句也为编译查错提供了方便。6.1.1labVIEW 简介labVIEW 与C 语言和BASIC 语言有相近之处，他们都是常用的编程软件，但labVIEW

42、 编程软件和其他编程软件的本质在于labVIEW 软件是用的编程方式是图形语言，这和传统的编程方法有着很大的不同，传统固化的编程方法都是顺序结构的，有着其局限性，labVIEW的图形化编程方法将图标式的元件用线连接起来，更高效的并行程序执行方式更符合人的思路，而其中比较少用的顺序执行结构可以用顺序执行图标来代替，按照顺序执行程序。labVIEW图形编程语言还可以在用户封装好子函数的基础上进行更高一级的封装，以创造出功能更强大的元件，而C 语言，BASIC等传统语言在此功能上就显得困难和复杂得多。labVIEW 在前面板（用户界面）上可以显示出与示波器、万用表、信号发生器等相类似的控件，用户还可

43、以在前面板上添加数值输入控件、数值显示控件等虚拟的操作控件，直观形象，非常容易入门。同样培养一名程序员，学习labVIEW 所用的时间是学习C 所用时间的1/5。图形编程语言被称为G 语言，labVIEW图形化的编程方式又可以看做是另一种流程图，通过图标的逻辑性放置可以很清晰的看清楚一个人的编程思路，在这点上要比传统文本编程方式的文字性注释方便得多。开发人员可以通过在后面板上编写逻辑程序从而实现对前面板用户操作器件的控制和连接。6.1.2labVIEW 的组成labVIEW 的组成可以理解为三部分，图标和连线、前面板(FrontPanel和数据流程图(BlockDiagram。图标和连接器：图

44、表和连接器是labVIEW 编程软件的核心，就好像其他编程语言中的代码一样，它们是控制程序执行逻辑的关键器件，通过在前面板上放置器件可以在后面板中显示相应表示此器件的图表，同时，编程人员还要在后面板中添加一些逻辑控制，数学计算，大小比较，条件，循环等语句，才能够实现对前面板元器件功能的控制和对程序流程的设定。前面板：用户界面，用户可以在前面板放置按钮旋钮，开关，图表，示波器，显示控件和输入控件等器件，这些器件是在程序执行中可观，形象的器件，通过后面板的连线和逻辑编程才能够在程序执行时正常工作。数据流程图：数据流程图显示在后面板上VI 从数据流框图程序中接收指令，框图程序是一种解决编程顺序问题的

45、图形方法，实际上也是VI 的程序代码。在流程图中对VI 编程，以控制和操纵定义在用户界面上的输入和输出功能。6.1.3labVIEW 的特点1.在采用硬件方面：尽可能地采用通用的硬件（如PC），利用计算机等硬件的强天津天狮学院2014届本科生毕业设计（论文）大处理功能作平台，各种仪器功能实现的主要差异是软件。2.能够充分利用计算机硬件和软件资源，集成了计算机较强的数据处理功能，程序可以被用作子程序以创造出功能更强的虚拟仪器。3.用户可以根据自己的要求制造各种仪器和自定义仪器本身的功能。6.2设计系统中数据采集卡的选择6.2.1USB2833数据采集卡概述USB2833数据采集卡是北京阿尔泰科技

46、有限公司的产品，相比于同类数据采集卡，USB2833更具有性价比，它同时集成了A/D和D/A的功能，采样频率高，散热小，性能稳定，缓存大，处理数据速度快，采用USB 接口与计算机相连非常方便可靠，是本次设计的选择。6.2.2USB2833功能介绍USB2833具有AD （模拟-数字）转换功能：利用AD7321转换芯片对模拟信号进行转换，AD 转换功能提供：-10.0V-10.0V、-5.0V-5.0V(默认、-2.5V-+2.5V、0.0V-10.0V 四种量程。转换精度是13位的。最高采样频率500KHz，模拟输入通道有16路单端和8路双端两种。采样通道数可以通过labVIEW 软件进行选择

47、，利用首通道和末通道的差+1来进行控制。程序控制放大器默认为AD8251，并兼容AD8250和AD8253两种类型的芯片。USB2833具有DA（数字-模拟）转换功能：利用AD5724转换芯片进行转换，输出量程为0.0V5.0V、0.0V10.0V、0.0V10.8V、-5.0V-5.0V、-10.0V-10.0V、-10.8V-10.8V，转换精度为12位，建立时间为10微秒，有4通道，满量程为±1LSB。板卡尺寸：120.02mm(长×98.81mm(宽如图6-2所示： 图6-2数据采集卡尺寸6.2.3USB2833与恒流源的连接当恒流源的跳线拔出，置为外控时，即可使用USB2833的I/O接口连接。本次设计中计算机与USB2833的连接是通过USB 总线进行连接的，而USB2833数据采集卡和恒流源之间的连接用了4根线，通过AI0、AI1、AO0和AGND 四根连线连接恒流源，AO0和恒流源的压扁平线电缆JP3的1管脚连接，AI1、AO0则分别于2、3管脚连接，AGND与10脚连接。本次设计使用的是19管脚作为USB2833采集信号的输入接口，使用10，28两管脚（AO0、AO1）作为USB2833的输出接口。使用29管脚接地。AD和DA 的接法分别入图6-3和图6-4所示。 图6-3