基于虚拟仪器的电机实验检测系统毕业论文

1、 / 37基于 Lab VIEW 的电机实验检测系统摘 要虚拟仪器（Virtual Instrument）是日益发展的计算机硬件、软件和总线技术在向其他技术领域密集渗透的过程中，与测试技术、仪器技术密切结合，共同孕育出的一项美妙的新成果。利用虚拟仪器开发电机参数检测系统是本文的主要任务。被检测的电机参数包括电压、电流、温度等，电机性能的好坏取决于参数是否符合标准。论文介绍了电机参数测量的原理和利用 LabVIEW 进行系统设计。本论文分析了当前虚拟仪器的发展现状后，研究了应用于电工实验教学的虚拟电机参数检测系统：选择 PC-DAQ 方式构成虚拟仪器检测系统、图形化编程语言 LabVIEW 作为

2、软件开发平台，完成了虚拟仪器检测试系统的设计。在硬件电路设计中，信号调理电路和数据采集卡是整个检测系统的不可缺少的部分。软件部分是本文设计的重点，本文着重于模块化的设计思路详细介绍了数据存储、读取与参数计算等模块的设计。文章最后，提出了虚拟仪器设计有待进一步研究的主要问题。关键词：电机参数，LabVIEW，检测Experiment detection system of electric machine based on I / 37LabVIEWAbstractVirtual instrument (VI) is a great new production what is based on

3、 integrating computer hardware andsoftware in addition bus technology with measuring and instrumentationtechnology. Exploiting the detection system of electromechanical parametric with virtual instrument is primary task of the paper.Electromechanical parameters which should be detected include volta

4、ge 、electrical current、temperature etc.The stand or fallof electromechanical character depended on that satisfy the standard or not.In this paper, the theory of electromechanical parameter measurement and the design way of the system with LabVIEW was introduced.After the VIs actuality was analysed,

5、a virtual electric parametermeasuring system applying to electrical experiment teaching was researched; The PC-DAQ mode was selected to constitutethe VI measuring system. And the graphical programming language LabVIEWwas used assoftware development platform. A specimen of the virtual measuring syste

6、m had completed.During the design of hardware circuit,the signal conditioning circuit and the DAQ card isimportant to whole systems indispensable department. The matters which need attention in doing printed circuit board were showed.About the software, the idea of modularized design was emphasized

7、in this paper. Many program moduleswere introduced in details, includingthe data storage with reading, parametric countingand so on. The conclusion and recommendations was presented in the end of the paper.Keywords: Electrical Parameter，LabVIEW，Detection II / 37目录摘要 IABSTRACTII1 绪论 11.1 虚拟仪器与 LABVIE

8、W 概念 11.2 LABVIEW 的特点与发展前景 31.3 课题意义与任务 42 系统总体结构设计 52.1 LABVIEW 测试系统与设计指标 52.1.1 虚拟仪器的系统构成 52.1.2 系统的设计指标 62.2 系统测量原理 62.2.1 交流电气参数的测量原理 72.2.2 L、R、C 参数测量原理 103 虚拟仪器（LABVIEW）的系统平台设计 123.1 虚拟仪器（LABVIEW）的硬件平台设计 123.1.1 信号调理与数据库采集卡 123.1.2 GPIB(General Purpose Interface Bus)系统 133.1.3 VXI（VME BUS Xten

9、sion for Instrumentation）总线 143.1.4 串行总线 143.2 虚拟仪器（LABVIEW）的软件平台设计 143.2.1 程序模块设计 143.2.2 数据存储与读取 153.2.3 参量计算 164 调试和运行 18 III / 374.1 调试 184.2 运行 19结论 20致 21参考文献 22附录 A 英文文献 23附录 B 中文译文 29 0 / 371 绪 论测量仪器发展至今，大体经历了四代发展历程，即模拟仪器、分立元件式仪器、数字化仪器和智能仪器。20 世纪 80 年代末，随着微电子技术与计算机技术的飞速发展，测试技术与计算机深层次的结合引起测试仪

10、器领域里一场新的革命，一种全新的仪器结构概念导致新一代仪器虚拟仪器（Virtual Instrument）的出现。1.1 虚拟仪器与 LabVIEW 概念虚拟仪器就是在以计算机为核心的硬件平台上、功能由用户设计和定义、具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理，利用 I/O 接口设备完成信号的采集、测量和调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。使用鼠标或键盘操作虚拟仪器面板，就如同使用一台专用测量仪器一样。因此虚拟仪器的出

11、现，使测量仪器与计算机的界限模糊了。 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument EngineeringWorkbench）是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW 集成了与满足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 协议的硬件与数据采集卡通讯的全部功能。它还置了便于应用 TCP/IP、ActiveX 等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程与使用过程都生动有趣。图形化的程序语言，又称为“G”语言。使用

12、这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW 是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。LabVIEW 的工作面板如图 1.1、图 1.2 所示。 1 / 37图1.1 LabVIEW VI(虚拟仪器)前面板图1.2 LabVIEWVI(虚拟仪器) 后面板 2 / 371.2LabVIEW 的特点与发展前景同传统仪器相比较，虚拟仪器具有以下特点：1、LabVI

13、EW 包含有专门用于设计数据采集程序和仪器控制程序的函数库和开发工具库。2、LabVIEW 的程序设计实质上就是设计一个个的“虚拟仪器” ，即“VIs” 。在计算机显示屏幕上利用函数库和开发工具库产生一个前面板（Front Panel） ；在后台则是利用图形化的编程语言编制用于控制前面板的框图程序。程序的前面板具有与传统仪器相类似的界面，可接受用户的鼠标和键盘指令。3、LabVIEW 是带有可扩展函数库和子程序库的通用程序设计系统。它提供了用于GPIB 设备控制、VXI 总线控制、串行口设备控制、以与数据分析、显示和存储的应用程序模块。4、LabVIEW 可方便地调用 Windows 动态库和

14、用户自定义的动态库中的函数；LabVIEW 还提供了 CIN (C Interface Node)节点使得用户可以使用由 C 或 C+语言，如 ANSI C 编译的程序模块，使得 LabVIEW 成为一个开放的开发平台。LabVIEW 还直接支持动态数据交换（DDE） 、结构化查询语言（SQL） 、TCP 和 UDP 网络协议等。此外，LabVIEW 还提供了专门用于程序开发的工具箱，使得用户能够很方便地设置断点，动态地执行程序，从而非常直观地观察数据的传输过程，以与方便地调试。表表 1.11.1 虚拟仪器与传统仪器的对比虚拟仪器与传统仪器的对比虚拟仪器传统仪器开发和维护费用低开发和维护费用高

15、技术更新周期短（0.51 年）技术更新周期长（510 年）软件是关键硬件是关键价格低价格昂贵开放、灵活与计算机同步，可重复用和重配置固定可用网络联络周边各仪器只可连有限的设备自动化、智能化、多功能、远距离传输功能单一，操作不便综上所述，虚拟仪器的发展取决于三个重要因素。计算机是动力，软件是核心，高质量的 A/D 采集卡与调理放大器与传感器是基础。20 世纪 80 年代美国国家仪器公司 3 / 37(National Instruments Corporation 简称 NI)首先提出了虚拟仪器的概念。此后虚拟仪器技术经过十几年发展，而今正沿着总线与驱动程序标准化、硬/软件模块化、编程平台图形化

16、和硬件模块的即插即用方向前进。已在电子测量、物理探伤、电子工程、振动分析、声学分析、物矿勘探、故障分析与教学科研等方面的数据采集和分析中广泛应用。以开放式模块化仪器标准为基础的虚拟仪器标准正日趋完善，加上计算机技术和网络技术的迅猛发展，建立在虚拟仪器技术上的各种功能强大、性能优良的先进仪器将层出不穷，价格也会越来越低，使用虚拟仪器进行研究、设计、测试将成为一种趋势，同样，虚拟仪器技术也将成为学校未来教学科研的重要方法和手段，特别是在理工科学校其应用前景非常广阔。1.3 课题意义与任务近年来，随着计算机技术的飞速发展，电动机计算机辅助测试（CAT）系统在电机行业得到了普与。基于计算机的电机性能测

17、试也逐步取代传统的手动操作式电机检测，并向着自动化智能化的方向发展。然而，基于传统开发平台的电动机自动检测系统，往往面临开发周期长、成本高、兼容性和扩展性弱的不足，从而也阻碍了电动机自动检测系统的广泛应用。现在通过虚拟仪器应用软件将计算机与标准化虚拟仪器硬件结合起来，实现传统仪器功能的软件化与模块化，以达到自动检测与分析的目的。利用虚拟仪器技术用户可以通过图形化的编程环境和操作界面，轻松完成对待测对象的信号调理、过程控制、数据采集、分析、显示和存储等功能，大大缩短了系统开发周期；同时由于采用了标准化的虚拟仪器软硬件，测试系统的兼容性和扩展性也得到了很大程度的增强；此外，虚拟仪器技术的灵活性强和

18、可重用度高，且易于升级和维护，用户甚至可以使用现有硬件组成另一套测试系统，从而减少不必要的重复投资，降低系统的开发成本。本课题开发了电机参数实验检测系统的部分工作，实现了三相交流电压电流有效值、有功功率、无功功率，功率因数等常见电气参数的测量，并实现了标准值、测量值之间的比较功能。总体任务如下：1、 电机参数实验检测系统的总体结构设计。2、信号调理电路的设计与实现。3、数据采集卡 I/O 驱动程序。 4 / 374、基于 LabVIEW 的电机参数实验检测系统应用程序编程。2 系统总体结构设计2.1 LabVIEW 测试系统与设计指标2.1.1 虚拟仪器的系统构成系统由信号调理电路、数据采集卡

19、、计算机与应用软件四部分组成。调理电路分为直流调理电路、交流调理电路、L、R、C调理电路，分别用来测量直流电压、电流；三相交流电压、电流、功率、功率因数；电感、电阻、电容。虚拟仪器测试系统框图如图 2.1 所示。图 2.1 虚拟仪器系统虚拟仪器系统的工作过程：先把由传感器获取的电信号输入系统的信号调理电路，经信号调理电路进行放大、滤波，再经数据采集卡存入存，然后对采集到的数据进行数据分析和处理。1、传感器。传感器完成信号的获取后，将被测参量转换成相应的可用输出信号。被测参量可以是各种非电气参量，也可以是电气参量。如电力输电线高电压电网，可通过电压互感器将高电压变为 100 V 电压、通过电流互

20、感器将电网大电流变为 5 A 后，仍需采用电压、电流传感器或变送器再将 100 V 电压与 5 A 电流分别转换成 5 V 低电压，然后送入数据采集卡中的 A/D 转换器。2、信号调理。来自传感器的输出信号通常是含有干扰噪声的微弱信号。因此，后面配接的信号调理电路的基本作用有两个：一是放大，将信号放大到与数据采集卡中的 A/D 转换器相适配；二是预滤波，抑制干扰噪声信号的高频分量，将频带压缩以降低采样频率，避免产生混淆。如果信号调理电路输出的是规化的标准信号，即 420mA电流信号，则称这种信号调理电路为变送器。此外，根据需要还可进行信号隔离与变换等。3、数据采集卡。主要功能有：（1）由衰减器

21、和增益可控放大器进行量程自动改换；（2）由多路切换开关完成对多点多通道信号的分时采样，时间连续信号 x(t) 经过采样后变为离散时间序列x(n)，n=0，1，2；（3）将信号的采样值由 A/D 转换器 5 / 37转换为幅值离散化的数字量，或由 V/F 转换器转换为脉冲频率以适应计算机工作。4、LabVIEW 软件平台。LabVIEW 软件平台是系统的神经中枢，它使整个测量系统成为一个智能化的有机整体，在软件导引下按规定的程序自动进行信号采集与存储，自动进行数据的运算分析与处理，以适当形式输出、显示或记录测量结果。2.1.2 系统的设计指标 频率和电压是电能生产与消费部门进行电能质量检验的必备

22、指标。交流电在一秒钟正弦参量交变的次数称为频率(frequency )，其单位为赫兹( Hz )。频率是对单位时间连续变量进行的计量，要求被测系统是一个相对稳定的动态系统。交流电力系统的标称频率(specified frequency)有 50Hz 和 60Hz 两种，我国交流电网采用的是50Hz。（2.1）%100(%)ssffff式中：为频率偏差，为实际频率，为为标准频率。ffsf（2.2）%100(%)NNUUUU式中：为电压偏差，为实际电压， 为标准电压。UUNU国标 GB/T15945-1995电力系统频率允许偏差规定，设备允许的频率偏差为1%。国标 GB 12325-90电能质量供

23、电电压允许偏差规定，35kV 与以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的 10%，10kV 与以下三相供电电压允许偏差7%. 220 V 单相供电电压允许偏差+7%、10%。 系统的设计指标为：(1) 电能计量0.5%；(2)电压测量围 190420V，测量误差0.2%；(3)电流测量围 0600A，测量误差0.2%；(4)相位测量围 0，测量误差900.2%；(5)频率测量围 4852Hz，测量误差0.1%；(6)功率因数测量围 01.0， 测量误差0.2%。2.2 系统测量原理系统的设计要与系统面向的对象联系起来。本文研究的是电机参数的测量，系统 6 / 37设计的主要难点在于交

24、流电机参数的测量。2.2.1 交流电气参数的测量原理1、单相电路的参数测量。由电路理论知，正弦交流电瞬时值的表达式为：（2.3）)sin(umtUu （2.4）)sin(imtIi式中：和分别为电压和电流的最大值，为交流电信号的角频率，、mUmIu分别为电压和电流的初相位。习惯上初相角绝对值小于等于。为两个i180ui正弦量的相位差。 0，说明，则超前 一个相位角。= 0，即与 同相位，uiuiui简称同相（In Phase）。 0，则滞后 一个相位角。=，则称它们反相。ui交流电流的有效值为:（2.5）tiTITd102对于周期电压则有：（2.6）tuTUTd102由此可见，周期量的有效值是

25、瞬时值的平方在一周期的平均值再取平方根，因此有效值也叫做均方根值（Root-mean-square Value） 。在一个周期，电路所吸收的平均功率叫做有功功率，即（2.7）cosd10UItuiTPT电压有效值与电流有效值的乘积称为视在功率,即UI （2.8）UIS 无功功率的定义为（2.9）sinUIQ 则视在功率、无功功率、有功功率之间的关系可以用直角三角形表示出来，为（2.10）cos SP（2.11）sin SQ 7 / 37 （2.12）22QPS将被测信号进行离散化处理。系统在被测交流信号的一个周期对其进行次采样，N测得离散的采样值，根据前面所介绍电路理论的知识，可以得出交流电压

26、、电kuki流有效值为 （2.13）1021NkkuNU（2.14）1021NkkiNI式中：，为采样时间间隔。N/Ttt以离散的采样值计算有功功率为：（2.15）cos110UIiuNPNkkk视在功率为：（2.16）10210211NkkNkkiNuNUIS无功功率为：（2.17）sinUIQ 或者（2.18）22PSQ2、三相电路功率的测量。三相电路中，负载的联接方式有星形联接和三角形联接。星形联接时，根据需要可以采用三相三线制或三相四线制供电，三角形联接时只能用三相三线制供电。三相四线制电路中，负载所消耗的总功率需要分别测出 A、B、C 各相负载的功率，然后相加。即（2.19）CBAP

27、PPP在三相三线制电路中，通常用两只功率表测量三相功率。采用两表法测功率接线图如图 2.2 所示。仪器 、测得的瞬时功率为：1W2W（2.20）BBC2AAC1,iuPiuP瞬时功率之和为： 8 / 37（2.21）BCACBBAABCBACABBCAAC21)()(iuiuiuiuiuuiuuiuiuPP图 2.2 三相三线制功率表接线图因为三相三线制电路，所以ABC0iii（2.22）CCBBAA21iuiuiuPPP它在一个周期的平均值就是三相总瞬时功率在一个周期的平均值。不管电源或负载是否对称，不管是星形负载还是三角形负载，上述结论都正确。所以三相所消耗的总功率：（2.23）2BBC1

28、AAC21coscosIUIUPPP以离散的采样值计算，1P2P（2.24）10BBC210AAC11,1NkkkNkkkiuNPiuNP进一步求得三相电路的有功功率（2.25）10BBC10AAC2111NkkkNkkkiuNiuNPPP三相无功功率和视在功率与单相电路的计算类似。当三相负载对称时，不论星形或三角形接法，三相中、和都是一样的，所以每一相中的功率大小相等，三UIcos相功率为单相功率的三倍，即三相功率（2.26）cos3cos311IUIUP无功功率和视在功率为：（2.27）sin311IUQ （2.28）113IUS 2.2.2L、R、C参数测量原理根据欧姆定律，阻抗可以看成

29、是电路中电压与电流之比，在正弦交流的情况下，电压与电流的比值是复数，在直角坐标系统中，阻抗可以表示为：Z 9 / 37（2.29）jXRIVZ在L、R、C测量系统中，如图 2.3 所示。为信号源，经过限流电阻加到被测阻抗E0R上。当A为一理想放大器时，被测阻抗和采样标准电阻流过同一电流。将矢xZxZsRI量电压和直接或经信号调理后送入数据采集卡的相应输入通道。xVsV图 2.3 L、R、C 测量原理框图图中：C 为电容，R 为电阻、L 为电感，D 为损耗值，Q 为品质因数，于是有：测量阻抗时，xZ（2.30）)()(2222jYXRVVVVVVjVVVVVVRVjVVjVRVVRZssysxs

30、yxxsxxysysxsyxysxxxssysxxyxxssxxsx对于电容串联等效电路，则有：xxxCjRZ1（2.31）XRRsx（2.32）YRCsx1（2.33）YXYRXRRCDssxxx对于电感串联等效电路，则有：xxxLjRZ（2.34）XRRsx 10 / 37（2.35）YRLsx（2.36）XYXRYRRLQssxxx3 虚拟仪器（LabVIEW）的系统平台设计从构成要素讲，虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件组成的。LabVIEW编程设计是系统的软件平台。3.1 虚拟仪器（LabVIEW）的硬件平台设计计算机与仪器硬件构成 VI 的通用仪器硬件平台。计算机为一台 P

31、C 机或者工作站， 11 / 37是硬件平台的核心。I/O 接口设备主要是完成被测输入信号的采集、放大、模数转换。这里主要介绍 DAQ 测试系统的硬件平台设计。DAQ 测试系统是以数据采集卡、信号调理电路与计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。如图 3.1 所示。图 3.1 DAQ 测试系统硬件平台3.1.1 信号调理与数据库采集卡信号调理是联系传感器和数据采集模块的桥梁。美国 NI 公司的仪器信号调理板卡SCXI（Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation）是 LabVIEW 软件直接支持的一种信号调理模块。一个 SCXI 系

32、统由一个或者多个坚固的机箱构成，机箱中可以安装各种不同的信号调理模块。SCXI 信号调理卡包括多种功能模块可以根据测试需要选择单个或多个模块安装于机箱中，这些模块的功能包括模拟输入、模拟输出、数字 I/O 和开关等。数据采集是测试信号从模拟信号变成计算机能够接受和处理的数字信号的过程。数据采集卡是不可或缺的组成部分，其核心部分是 A/D 变换器。A/D 变换的输入信号是在时间上和幅度上都是连续变化的模拟信号，输出信号是在时间上和幅度上都是离散的数字信号，从连续信号到离散信号的变换过程可以看成采样和量化的过程。A/D 转换按原理划分有 3 种:逐次逼近法 A/D、双积分法 A/D 和并行比较法

33、A/D，在 DAQ 产品中应用较多的转换方法是逐次逼近法。衡量 A/D 转换器性能主要有两个指标：一个是采样分辨率，即 A/D 转换器位数；二是 A/D 转换速度。这二者都与 A/D 转换器的工作原理有关。DAQ 卡按其安装方式有插式(Plug in)和外插式之分。基于 ISA, PCI,VXI. PXI/Compact PCI, PC MCIA 等总线的 DAQ 卡属插式。基于 USB(Universal Serial Bus )、 12 / 37IEEE 1394 C (Fire Ware，火线)、RS232/485 等接口的 DAQ 板卡属外挂式。表 3.1 列出了常见并行总线性能表。选

34、用数据采集卡需要注意：数据分辨率和精度、最高采样速度、通道数、数据总线接口类型、是否有隔离、板卡本身是否带有微处理器、是否有标定功能、支持的软件驱动程序与其软件平台。表表 3.13.1 常见并行总线性能表常见并行总线性能表总线名称数据总线宽度地址总线宽度总线工作频率最高传输速率最大传输距离最多支持器件用途PCI32/6432/6433/36132/528机箱20PC 机虚拟仪器CompactPCI32/6432/6433132/264机箱8虚拟仪器测控系统PXI32/6432/6433132/264机箱18虚拟仪器测控系统VME16/3224/3233400.521虚拟仪器测控系统VXI16/

35、3224/323323208虚拟仪器测控系统IEEE488824/323311520PC 机与仪器相连3.1.2 GPIB(General Purpose Interface Bus)系统GPIB 系统是一种通用接口测试系统。它是由一台 PC 机、一块 GPIB 接口卡和若干台 GPIB 仪器子系统构成。其中每个仪器子系统是一台带 GPIB 接口的单台仪器。即使不同厂家的产品也相互兼容具有互换性，组件系统时非常方便，拆散后各仪器子系统又可作单台仪表独立使用。一块 GPIB 接口卡可带多达 14 台仪器。利用 GPIB 技术，可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，排除人为因素

36、造成的测试测量误差。同时，技术易于升级，维护方便，仪器功能和面板自定义，开发和使用容易。它可高效灵活地完成各种不同规模的测试测量任务。3.1.3VXI（VME BUS Xtension for Instrumentation）总线VXI 总线是一种高速计算机总线VME 总线在仪器领域的扩展。由惠普等公司于1987 年提出，1992 年成为 IEEE 1155 标准。在该系统中围绕机械、电气、控制方式、通信协议、电磁兼容、软面板、驱动程序、I/O 控制，乃至机箱、印刷电路板的结构、通风散热等都作了详细的规定。VXI 总线系统是机箱式结构。一个接插模件就相当于一 13 / 37台仪器或特定功能的器

37、件，多个模件共存于一个机箱组成一个测试系统。VXI 系统的组建和使用越来越方便，它的高速率传输、模块式结构不仅使得仪器结构紧凑、小巧轻便，更使得集多种功能于一体的现代集成式虚拟仪器变成现实。3.1.4 串行总线RS-232 总线是最早采用的通用串行总线，当今 PC 更多采用了 USB 总线和 IEEE 1394 总线。通用串行总线（Universal Serial BUS，USB）具有传输速率高、支持异步和等时传输等特点，适合于大数据量、数据传输速率要求比较高的数据传输场合。基于串行口和其他工业标准总线的系统将某些串行口仪器和工业控制模块连接起来，组成实时监控系统。无论哪种虚拟仪器系统，都是将

38、硬件仪器搭载到笔记本电脑、台式计算机或工作站等各种计算机平台上，再加上应用软件而构成的。3.2 虚拟仪器（LabVIEW）的软件平台设计虚拟仪器的功能由其软件定义，软件是虚拟仪器技术的核心。虚拟仪器软件系统应主要包括操作面板设计、数据采集、波形显示、信号分析与处理和 I/O 设备管理等容。它由两部分构成，即应用程序和 I/O 接口仪器驱动程序。虚拟仪器应用程序的开发环境主要有两种：一种是文本式编程语言，常用的有 Lab Windows/CVI、Visual Basic、Visual C+等，用这些工具开发具有成本低，不需再进行专业软件培训等特点。3.2.1 程序模块设计本课题研究的软件平台主要

39、有数据分析处理模块、数据存储与读取模块、参量计算模块、数字滤波模块、波形显示模块等。3.2.2 数据存储与读取安装 PCL-818LS 数据采集卡用 DMA 方式进行多通道高速数据采集，把采集到的数据存储到存数组当中去，然后从该数组提取出每个参数的采集数据，对这些数据进行分析和处理。图 3.3 所示，为基本函数存储文本文件。首先调用 VI-Open/ creat / replace file 新建一个文件，然后将打开文件时得到的参考数(refnum)传递给 Write file，函数 Write file 读取 for 循环号发生器（sine 为例）产生的并经过 Format 14 / 37i

40、nto String 函数转化成的字符串数据。图 3.3 存储文本文件图也可用 Express VIs 进行文件的输入和输出，分别是 Write LabVIEW Measurement File Express VI 和 Read LabVIEW Measurement File Express VI。图 3.4 用 Write LabVIEW Measurement File 将数据存储为文件.lvm 图图 3.5 用 Read LabVIEW Measurement File 读取 lvm 文件图LabVIEW 支持三种格式用于文件的输入输出，即文本文件、二进制文件和数据记录文件。其中电子

41、表格文件是一种特殊类型的文本文件，这种文件仍然以 ASCII 码格式来存储数据能让 Microsoft Excel 等电子表格处理软件直接读取这类数据文件；数据记录文件中又包含一种被称为波形文件的文件格式，它记录了发生波形的一些基本信息，如波形发生的初始时间、采样的间隔时间等。3.2.3 参量计算电压电流的基本参数计算主要包括电压有效值、电流有效值、幅值、最大值、最小值、以与平均值等。按照前面推出的离散算法公式设计的参数计算子模块程序如图 3.6所示。 15 / 37图 3.6 参数计算程序图中，均值电压、交流有效值、直流分量、峰-峰值、最大值、最小值等是通过LabVIEW 的数学库中的子函数

42、求出来的。在得到电压电流有效值的基础上，可以通过计算公式间接求出有功功率、视在功率、无功功率与相位差等。计算程序如图 3.7 所示。图 3.7 功率计算程序流程图采样值是否符合标准要求，需要对采样值进行检验，例如电流标准值是 200 A，误差允许围0.2%，看采样值是否在设计指标之，运行程序如图 3.8 所示。采样值是数据采集来的数据，标准值设为 200 A，误差允许设为 0.002，N为采样值的数量，指示灯亮一下则表示采样值不达标，输出采样值数量，否则输出设定合格输出值。 16 / 37图3.8 采样值达标检验程序图 17 / 374 调试和运行4.1 调试调试程序是建立在 LabVIEW

43、平台上的，如果脱离了 LabVIEW 它就无法运行。也就是说，用户在使用该虚拟仪器前，必须在自己的计算机上预先安装 LabVIEW。调试的目的是要检查程序能否按照用户预想的方式运行，达到程序设计的要求。在一般情况下调试程序的过程就是查找语法错误和逻辑错误并改正的过程。图 4.1 调试工具选项对话框对于一般的语法错误 LabVIEW 会自动检查出来，这时工具栏上的程序运行按钮会变成断线，表示程序不能运行。单击按钮会显示语法错误列表。进一步修改错误。在组建好各个功能模块的基础上，就可以将它们集成到一起，形成一个功能完善的虚拟信号分析仪器。在程序集成时需要注意的问题有：（1）数据流向问题。由于 La

44、bVIEW 是数据流驱动式编程语言，因此在将各个功能模块集成时，更应注意数据流向的问题。尤其是使用到弹出式子面板的模块，很容易引起数据流的混乱，造成错误；（2）数据的“可见 18 / 37度”问题。与其它模块化编程语言类似，LabVIEW 同样存在着数据（或变量） “可见度”问题。即参数为“部可用”的，以加强程序的可维护性。在使用循环结构时，更应注意变量的“可见度”问题，即在何种情况下循环部的变量才可以被外部引用。有时，为了交换参数的方便，我们使用了“Local Variable” ，这样使用的结果虽然简化了程序的开发，却给程序的维护和可读性带来了负面的影响。任何较大型的程序的调试都是一件烦琐

45、的事情。LabVIEW 虽然为我们提供了功能完善的调试工具，但仍然存在着许多隐含在程序部的错误无法发现。这就要求我们在开发程序的过程中一定要仔细地把好每一关，在模块部将错误清除掉，才能减轻最终程序调试的难度。4.2 运行LabVIEW 允许程序以单步执行的方式运行，同时也支持程序运行时的高亮显示。单步执行有三个控制按钮，分别是：(step into)表示单步进入程序流程并在下一个数据节点停下来；(step over)表示单步进入程序流程并在下一个数据节点执行后停下来；(step out)表示单步执行停止方式。变成为执行高亮显示。设置断点和探针也是调试程序的常用方法。所谓断点指的是在程序中设置的

46、中止点，程序运行到断点处将暂停。当程序的断点设置在连线上时，在数据流通过连线后将暂停。LabVIEW 在执行到断点位置时，将会自动激活代码窗口，并闪烁显示设置了断点的节点或者连线。LabVIEW 利用探针可以查看程序运行过程中任何一条线上通过的数据的数值。对于运算和逻辑非常复杂的程序设置探针，随时查看某一点数据的情况是非常重要的。本设计的调试与运行也是建立在基本的调试与运行的基础上的。搭建好硬件平台和软件平台的基础上，进行测试电机各个参数，信号通过传感器转化成可参考的信号数据通过各通道输送到数据采集系统，进而传输到 LabVIEW 软件平台进行各项检验进行查看和打印结果。结 论本设计主要研究了

47、虚拟仪器的当今发展，把虚拟仪器技术应用到电工实验室建设 19 / 37中。虚拟仪器技术强调利用计算机的强大资源使本来需要硬件实现的技术软件化，在一样的硬件条件下通过调用不同软件来实现不同的仪器功能，完成多种参数测试，以便最大限度地降低系统成本，增强系统功能与灵活性。首先，硬件设计模块化。DAQ 系统由传感器、信号调理电路、数据采集卡、计算机这几个部分构成，硬件以信号调理电路和数据采集卡为基础。再者，软件设计模块化。系统的功能主要取决于软件。根据不同的需要和功能设计不同的软件模块。例如电压转化、功率计算、误差允许检验等模块。使系统具有一机多用，使用灵活的优点。致 此设计是在指导教师胡广振老师的亲

48、切悉心关怀和指导下完成的。胡老师从设计方案的选定，设计计划的安排，具体功能的实现，出现问题的解决，毕业论文的撰写 20 / 37乃至论文定稿的全过程给予了精心的指导与严格的要求。这个设计和论文的完成，凝结着胡老师的心血和汗水。胡老师严谨的治学态度，开拓性的工作作风和科学的思维方法都使我受益匪浅。胡老师严于律己，忘我的高尚品德为我树立了很好的典。胡老师对我的设计和论文给予了莫大的关心和帮助，在此，我表示衷心的感和诚挚的敬意。本人在设计过程中也得到了电信学院其他老师的关心和帮助，在此我表示诚挚的感。而且，也感我亲爱的同学和朋友的鼎力相助。最后向评审本论文，参加论文答辩的各位老师表示最衷心的感。参考

49、文献1 君华.现代检测技术与测量系统设计M.：交通大学，1999.275308.2 邓炎，王磊.LabVIEW7.1 测试技术与仪器应用M.：机械工业，2004.481873 鸿.电机工程手册（第 4 卷）M.：机械工业，1982.19-26019-264 21 / 374 J. Kodosky, Objects and Messages in the LabVIEW Graphical Programming System , Proceedings of SEAM 93, August 2.1993.5S.P.Carullo, R.Bolkus, J.Hartieetal. Inter c

50、onnected power system laboratory: Fault analysis experiment. IEEE Transactions on Power Systems, 1996,11(4):191319196 乐平.LabVIEW 程序设计与应用M.：电子工业，2001.2932467 黄义雄，戚丽丽.虚拟仪器下的电力参数测试.电力化与仪表M.1998.(6)：52538 王益全，炳义.电机测试技术M.：科学，20049 应怀樵，卡泰.仪器与虚拟仪器技术的现状与发展趋势.国外电子测量技术，2000，(2)：2410 史旺旺，虹.交流采样的误差分析与补偿.电测与仪表M.

51、1999，36(10)：46附录 A 英文文献TheThe IntroductionofIntroductionof LabVIEWLabVIEW inin anan ApplicationApplicationGraphical programming languages allow a natural, intuitive man-machine interaction. As a result, graphical programming has gained much popularity 22 / 37over the past several years, primarily be

52、cause many scientists and engineers have experienced improvements in programming efficiency due to the natural understandability of graphical programming tools. The following paper examines the suitability of graphical programming languages to real-world applications. The specific graphical programm

53、ing language evaluated in this paper is LabVIEW, though some of the concepts discussed apply to other visual programming languages as well. A relatively large case study involving simulation as well as real-time acquisition programmed in LabVIEW is investigated. Advantages and limitations of LabVIEW

54、 for such applications are discussed.The use of graphical programming tools in the human machine interaction is a widely accepted means for improving programming efficiency for a broad range of people with different programming skill levels. This is particularly true for scientists and engineers wor

55、king in the laboratory automation area. Among the many well-known advantages of visual, iconic programming such as natural representation, easy readability and interaction, language independence etc. we consider the possibility of graphically building large programs hierarchically, especially by non

56、-experts, as being one of the most important. Though the obvious benefits of visual programming are generally recognized, there isis a perception that thevisual paradigm does not lend itself well to large-scale applications. An often expressed criticism of visual programming languages isis the lack

57、of visual abstraction mechanisms that are as effective as those offered by text-based languages. Without effective abstraction mechanisms, visual programs fail to scale adequately when compared to popular text based programming languages. Thus, it is generallyconsidered that traditional programming

58、languages are better suited for developing large applications. In this paper the possibilities of developing complex graphical programs in LabVIEW using hierarchical programming methodologies are nvestigated. 23 / 37The original implementation of LabVIEW in 1986 was focused at providing a graphical

59、tool for measurement tasks in the area of laboratory automation. As a consequence, LabVIEW adopted its fundamental metaphor from the laboratory: a LabVIEW program is viewed as a hierarchy of instrument-like modules, called virtual instruments (VIs). VIs present interactive front panel controls, that

60、 provide input and display output, and an interior block diagram that constitutes the instruments functionality. This melding of execution-time user interfaces (front panels) with design-time visual programming (block diagrams) is a major benefit of LabVIEWs graphical programming environment, where