1、基于LaBVIEW的测试系统设计重庆科技学院毕业设计(论文） 题 目 基于LabVIEW的测试系统设计 院（系) 电气与信息工程学院 专业班级 测控普20080 学生姓名 xx 学号 指导教师 x 职称 教授 评阅教师 职称 20年 6 月8 日注意 事 项 1设计（论文)的内容包括： 1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）)原创性声明3）中文摘要（300字左右)、关键词4）外文摘要、关键词 5)目次页(附件不统一编入）6）论文主体部分:引言（或绪论）、正文、结论）参考文献8）致谢）附录（对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计（论文)正文字数不少于万字（不包括图纸、程序清单等),文
2、科类论文正文字数不少于12万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺,语言流畅，书写字迹工整,打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理,文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3)毕业论文须用4单面打印,论文5页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5装订顺序1）设计（论文）2)附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3)其它学生毕业设计(论
3、文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计(研究)工作及取得的成果,设计(论文)中引用他（她)人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出,论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计(研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日摘 要 随着科学技术和生产力的不断发展,测控任务越来越复杂,测控系统日益庞大,所以要求数据采集测试系统的速度和性能必须要提高,因此高性能的数据采集测试系统在当今显得尤为重要。计算机技术
4、与测试测量仪器技术的结合,出现了新的测试仪器虚拟仪器。它提供了极为可靠的数据采集。对于大量的数据处理特别有效，特别适合于当前的数据采集要求。虚拟仪器系统将会逐步取代传统的测试、测控仪器系统而成为测试、测控仪器系统的主流。 数据采集系统可看作是由数据采集部分和数据处理部分组成。在PC机上运用虚拟仪器能共享硬件和软件资源,快速、方便地组建各种数字信号处理系统,并可以方便地利用计算机的强大功能，进行信号分析、数据处理、存储以及图形化显示等,从而实现数据信号的处理。该系统是在NI公司推出的一种基于G语言的虚拟仪器软件开发工具bVIEW环境下开发的,针对课题内容编写了数据采集、存储、报表打印等模块，通过
5、对硬件控制程序的编写实现了对非NI驱动硬件的操作,结合具体使用条件编写数据采样程序。系统提供了丰富的数据分析功能，并对系统数据分析功能进行了详细的说明。介绍了数据采集、数据储存和回放、数据处理模块。 本文设计了一套用B6251的数字信号采集卡和基于LabVIW的数据信号采集处理系统。本系统信号采集通道为通道，采样频率0MHZ以内,系统能对采集到的信号进行存储及回放,信号分析,报表打印和图形显示等功能。本文详细叙述了系统完整的设计过程,从硬件设计和软件设计两方面加以阐述,重点叙述了虚拟仪器基础知识、数字信号采集卡、系统的数据采集和数据处理的设计。关键字:虚拟仪器 LbVE 数据采集 数据分析 A
6、BTRACTAlong wt h sience and choogy the evlopment ofthe rductie for，and its task oreand mre omex, easuemt andcontl system e growing larr, so te rquiemn dataacqusitontest sstem seed and pformance must be mprved，terer high peformance daa acquistion test syst in tds is paricularly imprtant. Cer echnolog
7、y and etmesurignstrentteholog un, h ergnce of a new test instrumen-vrtul nstrumen. It prvides reliabledaa collection For a are nubr of datocesig ae particlrlyefctie, aicuarysuile forthcurrent datacolection equiremnts.Virtual instrmn systm wll gradall replace th traditinl tet,meaureet and contol trum
8、ent systeandbeom a test, easrement an control yste of temainstam f the instrmetDacllecion sysem an it can be rerdd apt ofhe dt cuisiand dat rocessin pars.In PC ith virtual istutansare th arware asofwaeresurces, fast and covenint tfrm allkins of diil sinal procesing sste, and cn e aily used othe stro
9、n unctin ofcopute, sgl analysi, data rocessing, storagnd raphiadsla, etc, s st ciee ada signal procsg. he syse i i NI cmpany itroductionofa language of irtual ntuent bsed on GLabIE sofare delpmen os ud thevionme of elopment, in view of theocs wrte at acsition, sorg,prnt, ndhermodue, throghto thhardw
10、ar of onl rgram to wite n th realization of hadware opration Idrve, omined it h spciccoditions of s owrit ta sampingprcedure. Th sstm opovide the ric data alyis functin, ad th aan stmanalsi unctionn dail. troducionto a aquiition, datstogendplayback,dat rocessing modul.This paer desgssto USB-21diial
11、signal acquisitonarasd n thP a LabVEt siglacqisiion ad rocssi sysem.This systemsinl acquiition anne 4 channl, smplig freqc within 2 H system ca, orthelletedta store andplybac, sigalanalysis， printangaphicdisplay, an othr funtons.Th pper desibs dta e sysm cmt esi cess, om the hrwa deign andsfte desig
12、n tospets lboate, kedesrbedte sicknwledge ofvirtualisrumnt, ditaignal acusition rd, te sysm f data colltinand daoessndn.Key wor： irtuainstrumt；LabVIW；Da cqusti;Dtanalysi目 录摘 要ABSRCTII1绪论11 本课题背景及意义 11.2国内研究情况21.本课题研究目标 2. 系统方案设计2. 数据采集系统概述 42.1.1 奈奎斯特采样定理 2.1.2 数据采集系统的性能指标 422 数据采集系统平台结构 2.3 系统硬件方案部
13、分 62.4 系统软件方案设计3 硬件参数设置 93.2 硬件结构原理 1 软件设计 121 软件开发平台 22 系统调用14.2 数据采集模块 14.3 数据处理模块 151 滤波函数 14.3.分析函数174.4存储回放 184.4.1波形存储与读取19442 TMS文件存储与读取 4.5 报表打印 225 系统调试25.1 信号采集55数据处理 2654 报表打印 9.系统调用 36 总结 参考文献28致 谢 339 附 录341绪论.1 本课题背景及意义在国防、通信、航天、气象、环境监测、制造等领域，要求测控和处理的信息量越来越大、速度越来越快。同时测控对象的空间位置日益分散,测控任务
14、日益复杂,测控系统日益庞大,所以数据采集测试系统的速度和性能必须要提高,因此高性能的数据采集测试系统在当今显得尤为重要。于是我们推出了LAVEW程序,它的采样频率可达M级别。它的运行时间几乎没有限制。LABVIEW直接从硬盘上操作读取数据，使其有最快的执行时间和最优计算资源,它提供了极为可靠的数据采集。对于大量的数据处理特别有效。特别适合于高采样频率和较长的时间间隔的数据采集。LABVIEW经过多年的发展,在测试测量领域获得了广泛的承认。至今,大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LBIEW驱动程序，使用LBIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。同时,用户也可以十分方便地找到各种适用于
15、测试测量领域的LABVIEW工具包。它还具有控制仿真功能、开发维护费用低、技术更新周期短,开放、灵活与计算机同步、通信方便、跨平台等优点。综上,基于ABVEW的数据采集测试系统是现代测控系统发展的主要方向。对于它的研究就显得尤其重要。1.2 研究现状.1国外研究情况国外虚拟仪器技术自上世纪8年代由美国I公司提出以来,一直成为发达国家自动测控领域的研究热点和应用前沿。近年来世界各国的许多大型自动测控和仪器公司均相继研制了为数不少的虚拟仪器开发平台但最早和最具影响力的还是NI公司的图形化开发平台VIEW。 虚拟仪器在国外已发展成为一种新的产业。美国是虚拟仪器的诞生地,目前也是全球最大的虚拟仪器制造
16、国。N公司提出虚拟仪器的概念后,从198年开始,国际上陆续有虚拟产品面市，当时有5家制造商推出30种产品,此后，虚拟仪器产品成倍增加。 2世纪90年代，计算机总线速度进一步加快,PCI总线的数据传输速度达到了32Mbytes/s。1996年底,美国NI公司在PI数据总线的基础上提出了第一代XI系统的技术规范。现在，XI技术联盟已经有接近6家成员公司为这一平台开发产品。从2004年来,N虚拟仪器能够测试测量的极限在精度25位、00Mz。1.2 国内研究情况国内虚拟仪器最早的研究也是从引进消化NI的产品开始。国家自然科学基金委员会也曾将虚拟仪器研究作为现代机械工程科学前沿学科之一,列入过为“十五”
17、期间优先资助领域,目前有些研究已取得可喜成绩。 近年来虚拟仪器赖以生存的个人计算机最近几年以极高的速度在中国发展，这些都为虚拟仪器在我国的普及奠定了良好的基础。据专家预测,我国虚拟仪器行业的产值在未来若干年内将超过仪器仪表行业总产值的50,虚拟仪器技术代表了今后仪器仪表技术发展的先进方向，我国的虚拟仪器技术存在巨大的发展潜力。国内许多高校,如清华大学、哈尔滨工业大学、重庆大学、华中科技大学、复旦大学、上海交通大学、国防科技大学、成都电子科技大学、中国科技大学、四川大学等数十所高校已展开了虚拟仪器技术领域的研究、开发和教学,NI公司也已206年在中国高校广泛推广虚拟仪器技术列入了战略发展规划(N
18、I中国高校推广计划)，这标志着自提出虚拟仪器的概念之后，虚拟仪器技术在我国也进入了一个全新的快速发展时期。 目前我国虚拟仪器技术发展现状尚不容乐观,从全国整体的虚拟仪器技术发展现状分析看来，目前的情况还处于“有点无面”的零星状况,对虚拟仪器的认识和开发跟西方发达国家还有很大的差距，我们还需要认清虚拟仪器的发展方向，跟紧西方发达国家的步伐,自主创新，顺应时代潮流!1.3 本课题研究任务本次的研究任务是在了解虚拟仪器和深入学习abVIE编程软件以后,编写一个数据采集、处理系统,使其具有一下功能: )具有实时存储、回放、信号分析、报表打印功能2）信号采集频率:2max。2.2数据采集系统的性能指标1
19、通道数数据采集系统所需的通道数是最基本的一个性能指标。大多数集中式数据采集系统采用的都是多通道同步采集的结构形式，每增加一路通道就意味着要增加一个采样/保持器和一个A/D，因此在设计数据采集系统时必须要充分考虑到系统使用的通道数目。2.系统精度系统精度是指当系统工作在额定采集速率下,整个数据采集系统所能够达到的转换精度。D 的精度是数据采集系统的极限值,而系统精度取决于系统的所有单元，所以其转换精度很难达到D 的精度。系统精度是系统中各种误差的总和,其大小是以实际输出值与理论输出值之差来计算,也可表示为满刻度值的百分数。.系统分辨率系统分辨率是指数据采集系统可以分辨的输入信号的最小变化量。通常
20、可以使用最低有效位值(LSB)占系统满刻度值的百分比表示,或使用系统所采用的 A的位数来表示，或使用系统可分辨的实际电压值来表示,有时也会用满刻度值可以划分的级数来表示。4.采集速率采集速率又称数据吞吐率,是指在满足系统精度指标的前提下，系统对输入模拟信号在单位时间内所能完成的采样次数,或者说是系统一个通道一秒钟能够采集的有效数据量。5.非线性失真非线性失真也称谐波失真。给系统输入一个频率为f0的正弦波时，其输出信号出现了很多频率为nf（ n 为正整数)的新的频率分量，这种现象称为非线性失真。通常可以用谐波失真系数来衡量系统产生非线性失真的程度。.动态范围动态范围是从信号系统中引入的一个概念,
21、数据采集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最大幅值x 与最小幅值U mn之比的分贝数。.2 数据采集系统平台结构 图2 数据采集系统平台结构 如图所示,被测信号经过传感器的采集，并转换为标准信号后传送给数据采集卡,由信号采集卡采集,经过USB数据总线将信号传送至计算机系统，最后由IEW软件平台实现信号处理。2. 系统硬件方案部分本系统的硬件主要有:NI公司US21数据采集模块和相关计算机设备等，数据采集卡的具体参数为:通道：6路单端或8路差分分辨率:16位最高采样速率：1.25S/s卡上IF:采样转换时间:.us输入范围:双极性: 0.625V,2，2.5,V，1V单极性:01.5V，02.
22、5V，0V,010V最大输入过载电压: 0V线性误差:1LSB漂移：30PM/OC(0OC)典型值输入阻抗:1G通过本采集卡可实现最多犯通道信号的实时采集监测,并且支持符合多种电压标准的被测信号,具有一定的适用性,扩展性和可靠性。硬件部分要做的工作主要是将采集到的模拟信号经过A/D转换传送至C机。2.4系统软件方案设计软件就是仪器,软件是虚拟仪器测试系统的重要组成部分，所以软件部分是课题研究的主要内容,如图23,就是本系统所设计的个功能模块。在功能层上，包括参数设置、数据采集、数据处理、存储回放、报表打印、5个功能模块。采集部分包括信号采集中设备，通道号,采样率,采样数量等进行设置。通过本模块
23、,可以根据不同信号采用不同的采样率和采样方式,从而使本系统能够根据需要适用于工程技术领域的不同测量工作。例如在对液位等变换缓慢的信号可采用较低的采样率节省存储空间，而对于电力系统中涉及到突发测量则需要采用触发采集高速采样才能进行后期的信号的分析处理。信号参数检测部分包括信号周期，频率,峰峰值，有效值,平均值，脉冲参数的测量。系统对信号参量的检测是比不可少的，本系统能够以实时数据形式、数据表格形式、图形形式等多种方式形象直观地向操作者显示测试结果。信号处理部分包括信号的平滑及滤波处理,频谱分析,傅立叶变换等。从外界环境采集的信号难免会受到各种各样的噪声和干扰杂波的影响，这对必然降低系统的准确性和
24、可靠性，所以设计了信号滤波等处理模块,增强系统对外界环境的适用性。信号存储与查询部分包括信号的存储，以及历史文件的查询等。对于一个完整的数据采集系统,我们经常需要将硬件的配置信息写入配置文件或者将采集到的数据以一定格式存储在文件中保存数据。本系统设计了波形文件存储和tdms文件存储数据。波形文件专门用于存储波形数据类型,Tdms文件是对tdm文件的改进,他比tdm文件读写速度更快使用更简单方便，因此非常适合用来存储数量庞大的测试数据。本系统编写了波形存储VI、波形文件读取V、TD存储VI、DMS文件读取V四个子V实现信号的存储与回放功能。报表打印是测控系统普遍要求的一项基本功能，例如对产品进行
25、测试要有测试报告,长期检测一个生产过程要求有生产日报表等,对报表的实时性提出了要求。目前,几种用于生成报表的软件有Vsual sic、Malab Reot eneratr等。LabVIE是NI公司退出的一种基于G语言的虚拟仪器软件开发工具。利用abVIW可以很方便地生成一个虚拟仪器系统，完成信号的采集、数据处理等任务构成一个完整的测试系统。 LbVIEW本身带有强大的报表生成功能，能与多种应用程序的通讯成为报表生成技术中首选的工具。目前已大量用于测试系统的后期数据处理中。报表生成方法可以通过这么几种方法:)直接使用N公司的Rprt Generation Toolkit生成报表；)使用生成报表；3）使用ReortGenration类函数生成报表;)利用Excel生成报表。然而，由于 Report enerati T
