【正文】 。準(zhǔn)確度不斷提高，測量范圍不斷擴大，不但能測量所有的電學(xué)量、磁學(xué)量和電路參數(shù)等，而且通過不斷進步和發(fā)展的傳感器技術(shù)可以測量如溫度、壓力、振動、速度、位移、水位、血壓、氣味等很多非電量。 the other two are part of LabVIEW software (it is the United States NI equipment pany39。此虛擬測試儀的開發(fā)內(nèi)容包括了功能需求分析、系統(tǒng)所應(yīng)測量的參數(shù)、系統(tǒng)應(yīng)達到的精度及各個參數(shù)的測試方法，并包括軟件框架、流程、及各功能模塊的實現(xiàn)過程。 答辯指導(dǎo)教師：系級教單位審批：說明：如計算機輸入，表題黑體小三號字，內(nèi)容五號字。本任務(wù)書一式二份，教師、學(xué)生各執(zhí)一份。它除了通用功能外，又具有普通測試儀所沒有的許多優(yōu)點，如波形可存儲為數(shù)據(jù)文件，以便進行永久保存、隨時調(diào)用數(shù)據(jù)，進行波形實時顯示、打印，其成本低廉，功能可根據(jù)應(yīng)用的需要不斷加強。s innovative software products, is the most widely and rapidly growing, the most powerful graphical software development environment) achievable. This virtual test instrument includes the development of functional requirements analysis, system parameters to be measured. system should achieve the accuracy and various parameters of the test methods, and includes the software framework, process, and various functional modules of the course. In addition to its generic functions, but also has general tester did not have many advantages, such as waveform storage for data files, for permanent preservation at the disposal of data, realtime waveform display, print, the cost is cheap, function under the application should be strengthened constantly. And it has a short development cycle, running speed, reusability, easeofuse advantages. Keywords　 Virtual Instrument Data Acquisition Frequency parameter 目 錄摘 要 ⅠAbstract Ⅱ第1章 緒論 1 課題背景 1 課題的目的 1 課題的意義 2 論文主要內(nèi)容介紹 3第2章 課題的開發(fā)工具介紹 5 虛擬儀器簡介 5 5 6 6 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 7 虛擬儀器LabVIEW 7 LabVIEW 開發(fā)平臺 8 LabVIEW 發(fā)展方向及特點 8 程序創(chuàng)建步驟 9 本章小結(jié) 10第3章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 11 硬件系統(tǒng)的實現(xiàn) 11 聲卡簡介 11 聲卡的工作原理及性能指標(biāo) 12 采集系統(tǒng)軟件的實現(xiàn) 13 本章小結(jié) 16第4章 工頻測量原理 17 工頻特性參數(shù) 17 軟件實現(xiàn)結(jié)構(gòu) 18 While循環(huán) 19 移位寄存器 19 For循環(huán) 20 分支結(jié)構(gòu)Case 21 本章小結(jié) 22第5章 課題的實現(xiàn) 23 軟件流程圖 23 前面板的設(shè)計 24 模塊介紹 24 前面板 27 前面板個功能介紹 27 工頻電量測試儀程序 28 程序子vi 30 主要控件介紹 32 本章小結(jié) 33結(jié) 論 35參考文獻 37附錄1 39附錄2 43附錄3 47致謝 67第1章 緒論 課題背景測試技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，數(shù)字技術(shù)逐漸取代模擬技術(shù)，組合式、集多功能于一體的儀器取代單臺儀器，網(wǎng)絡(luò)化趨勢漸漸明顯。同時，在計算機技術(shù)的推動下，可以很方便地實現(xiàn)自動測量、自動控制及數(shù)據(jù)的自動處理。 課題的目的傳統(tǒng)的電測量有很多需要解決：首先，電壓調(diào)制精度、頻率調(diào)制精度、交流電壓波形等參數(shù)均有一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以往對這些參數(shù)都是用各種專用的測量設(shè)備進行測試，需要較多價格昂貴的專用設(shè)備；另一方面，由于各種專用設(shè)備大多采用模擬方式進行測量，在測試精度上也會難免有所欠缺；且傳統(tǒng)設(shè)備自動化程度低，手工記錄測試結(jié)果，沒有分析處理功能，記錄結(jié)果難于進行統(tǒng)計分析。(3)信號實時分析：回放已經(jīng)采集的信號，并且分析信號的參數(shù)，給出處理結(jié)果。雖然傳統(tǒng)儀器己經(jīng)得到迅猛的發(fā)展，儀器精度越來越高，功能越來越強，性能越來越好，但傳統(tǒng)儀器基本上沒有擺脫獨立使用、手動操作的模式。對比傳統(tǒng)測量儀器和虛擬儀器的構(gòu)成特點和發(fā)展空間，可以看到研究基于虛擬儀器的工頻電量測試儀具有廣泛的意義。最后，工頻電量虛擬測試儀將促進虛擬儀器的思想與傳統(tǒng)儀器技術(shù)的相互融合，為兩者的發(fā)展開辟更廣闊的空間。接著是對工頻電量進行分析，包括怎樣對工頻電量的數(shù)據(jù)進行采集，采集系統(tǒng)的硬件用聲卡是怎樣實現(xiàn)的，聲卡的參數(shù)是怎樣設(shè)定的，軟件又是怎樣實現(xiàn)的，采集到的數(shù)據(jù)又怎樣進行處理。第2章是對工頻電量虛擬測試儀的開發(fā)工具介紹。第4章是工頻的測量原理。最后對論文進行了總結(jié)。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。虛擬儀器的特點：(1)盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。它是計算機的自動測量與控制技術(shù)的重要組成部分，是信息科學(xué)的重要分支。20世紀(jì)80年代以后，隨著PC機的出現(xiàn)，工程師和科學(xué)家們找到了一種通過通用PC機控制臺式儀器的方法，在硬件平臺上，由用戶設(shè)計定義、具有虛擬面板，測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)，即所謂的虛擬儀器(VirtualInstrument，簡稱VI)。虛擬儀器將傳統(tǒng)儀器由硬件實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理與顯示功能，改變?yōu)橛晒δ軓姶蟮腜C計算機及其顯示器來完成，配置各種I／O接口設(shè)備，再編制具有不同功能的軟件對采集來的信號數(shù)據(jù)進行分析處理及顯示，從而實質(zhì)上是構(gòu)成了一個計算機儀器系統(tǒng)。(4)與傳統(tǒng)儀器相比較，研制周期可以大大縮短。如果采用虛擬儀器技術(shù)，可以只采購必要的通用儀器硬件，自己來設(shè)計高性能價格比的儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的功能可以由用戶根據(jù)實際需要，通過自行設(shè)計的軟件，靈活方便地實現(xiàn)定義和擴展。從此，儀器制造再也不是廠家的專利，而儀器的使用者可以成為儀器設(shè)計者的時代即將到來。但是，簡單地用計算機中插入一塊數(shù)據(jù)采集卡這種硬件結(jié)構(gòu)組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)是單CPU運行模式，在其上進行多臺儀器的工作或多個任務(wù)的執(zhí)行時，基本上是按分時的方式處理的，所以，如此形式的多個虛擬儀器并不能像多個傳統(tǒng)儀器那樣真正做到同步執(zhí)行測量和處理任務(wù)，而且，一旦任務(wù)量過大，系統(tǒng)的響應(yīng)就會變慢，任務(wù)之間的切換也會變得不靈活。文本式編程語言有C、Visual C++、VB、abwindows／CVI等；圖形化編程語言有LabVIEW、HPVEE等。虛擬儀器是LabVIEW 的精髓，正是因為LabVIEW 的成功，才使虛擬儀器的概念為學(xué)術(shù)界和工程界廣泛接受；反過來也正是因為虛擬儀器概念的延伸與擴展，才使I_abVIEW 的應(yīng)用更加廣泛。這樣，既有利于簡化布線，又節(jié)省空間，同時大大降低了成本，而且也方便了系統(tǒng)維護。應(yīng)用LabVIEW 使測控網(wǎng)和信息網(wǎng)有機地結(jié)合起來，使得工廠企業(yè)擁有一個一體的網(wǎng)絡(luò)平臺，無論從成本、管理、維護等方面考慮，都是最佳的選擇。從簡單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到尖端的測試和工業(yè)自動化，從大學(xué)實驗室到工廠企業(yè)，從探索研究到技術(shù)集成，都可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用LabVIEW 的成果和開發(fā)產(chǎn)品。(2)應(yīng)用于過程控制和工業(yè)自動化。 程序創(chuàng)建步驟創(chuàng)建虛擬儀器的過程分為四步：(1)創(chuàng)建前面板。通過鼠標(biāo)和鍵盤輸入數(shù)據(jù)、控制按鈕，也可在計算機顯示器上直接觀看結(jié)果。根據(jù)需要在功能模板中找到所需的節(jié)點，并將節(jié)點圖標(biāo)放置到框圖程序窗口。一個虛擬儀器的圖標(biāo)/連接端口就象一個圖形(表示某一虛擬儀器)的參數(shù)列表。運行和調(diào)試程序是任何一門編程語言編程中最重要的一步。點擊它，則LabVIEW彈出錯誤清單窗口，點擊其中任何一個所列出的錯一誤，選用Find功能，則出錯的對象或端口就會變成高亮。不過，在虛擬儀器的實際應(yīng)用當(dāng)中，還需要考慮到一些具體的問題，要逐漸學(xué)會根據(jù)不同的要求和情況采取相應(yīng)的措施，盡可能地優(yōu)化程序與算法，使軟硬件有機結(jié)合起來，最大可能地提高虛擬儀器測量系統(tǒng)的性能。數(shù)據(jù)采集卡的選擇主要與采樣率、測量通道、分辨率和測量精度有關(guān)。在選取產(chǎn)品時需要注意以下幾點：可測通道數(shù)是否滿足系統(tǒng)要求；在需要差分輸入測量時，板卡上有無差分輸入以及差分輸入的通道數(shù)；在測量道數(shù)多時，應(yīng)注意產(chǎn)品能否擴展及最多可擴展的道數(shù)。 聲卡簡介聲卡一般有Line In和Mic In兩個信號輸入插孔，聲音傳感器(本文采用通用的麥克風(fēng))信號可通過這兩個插孔連接到聲卡。此外，將聲卡的Line Out端口接到耳機上還可以實時的監(jiān)聽聲音信號。由于聲卡是計算機的標(biāo)準(zhǔn)配置，有成熟的驅(qū)動程序和操作系統(tǒng)配合，因此無需考慮軟硬件方面的兼容問題，在跨操作系統(tǒng)平臺時也不存在程序的移植問題。衡量聲卡的技術(shù)指標(biāo)包括復(fù)音數(shù)量、采樣頻率、采樣位數(shù)(即量化精度)、聲道數(shù)、信噪比(SNR)和總諧波失真(THD)等，主要介紹如下：(1)復(fù)音數(shù)量 代表了聲卡能夠同時發(fā)出多少種聲音。(3)采樣位數(shù) 將聲音從模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的二進制位數(shù)(bit)。LabVIEW把聲卡的聲道分為mono 8bit(單聲道8位)、mono 16bit(單聲道16位)、stereo 8bit(立體聲8位)和stereo 16bit(立體聲16位)。聲卡對外部信號的采樣在起始部分會有幾十個不穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，所以無特殊要求時忽略了前100個數(shù)據(jù)。采集到的數(shù)據(jù)及其頻譜特性以直觀的圖形方式呈現(xiàn)于用戶面前。圖33　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上圖表示了數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)。在NI 采集設(shè)置工具中設(shè)定。在LabVIEW VI中，一個通道或一組通道都用一個字符串來指定。設(shè)為缺省值時系統(tǒng)將按照采集卡設(shè)置程序MAX中的設(shè)定處理。對大多數(shù)卡輸入信號變化的缺省值是10V到10V，如果你將其設(shè)為5到5V，則增益為2。waveforms——A/D轉(zhuǎn)換后的輸出，是一個二維的waveform數(shù)組，其每一列對應(yīng)于一個輸入通道，同時包含有反映時間信息的t0和Δt。例如，對環(huán)境噪聲進行實時監(jiān)測，采集語音信號并進行分析和處理來實現(xiàn)語音識別，還可以實現(xiàn)示波器、信號發(fā)生器及萬用表等設(shè)備在音頻信號范圍內(nèi)的基本功能，其應(yīng)用前景較為廣闊。按照式(42)分別計算出各相電壓的方均根值，即可得出交流電流有效值 (42)式中:　——電流方均根值 ——采樣點數(shù)(m,) ——采樣點的電流瞬時值(3) 電壓（電流）相位差：兩相電壓（電流）同時采樣，用線性擬合法求出兩相電壓（電流）基波的正向過零點，測量相鄰正向過零點之間的時間間隔，按照式(43)計算兩相電壓（電流）基波之間的電角度之差: （43）式中： 電壓（電流）相位差 兩相電壓基波相鄰過零點之間的時間間隔 ——基準(zhǔn)相電壓（電流）基波波形相鄰正向過零點之間的時間間隔(周期)(4）功率因數(shù)：同相電壓與電流同時采樣，用線性擬合法求出電壓與電流基波的正向過零點，測量相鄰正向過零點之間的時間間隔，按照式(44)計算功率因數(shù)： （44）式中： ——電壓與電流之間的電角度之差 ——電壓與電流相鄰正向過零點之間的時間間隔 ——基準(zhǔn)相電壓基波波形相鄰正向過零點之間的時間間隔(5)有(無)功功率:用得到的電壓有效值,電流有效值以及功率因數(shù)根據(jù)式(45),(46)求得. (45) (46)式中:　 ——有功功率 ——無功功率 ——電壓有效值 ——電流有效值 ——電壓與電流之間的電角度之差(6)穩(wěn)態(tài)頻率:采集最接近Is期間內(nèi)的整數(shù)個(N個)電壓周波數(shù)，計算出所對應(yīng)的總時間，按照式(47)計算出穩(wěn)態(tài)頻率。 軟件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)為了是使程序能夠在運行時可以反復(fù)運行，使波形連續(xù)不斷的產(chǎn)生，我們要用到While循環(huán)結(jié)構(gòu)；為了使數(shù)據(jù)從一個循環(huán)周期傳遞到另外一個周期我們要用到移位寄存器；為了使某段程序執(zhí)行指定次數(shù)我們要用到For循環(huán)；同時還有Case結(jié)構(gòu)，它含有兩個或者更多的子程序(Case),執(zhí)行那一個取決于與選擇端子或者選擇對象的外部接口相連接的某個整數(shù)、布爾數(shù)、字符串或者標(biāo)識的值。While 循環(huán)的框圖是一個大小可變的方框，用于執(zhí)行框中的程序，直到條件端子接收到的布爾值為 FALSE。 移位寄存器移位寄存器可以將數(shù)據(jù)從一個循環(huán)周期傳遞到另外一個周期。右邊的端子中存儲了一個周期完成后的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在這個周期完成之后將被轉(zhuǎn)移到左邊的端子，賦給下一個周期。這個功能對于計算數(shù)據(jù)均值非常有用。具體的方法是，先單擊所有端子的左上方，然后按下鼠標(biāo)，拖曳出一個包含所有端子的矩形。上圖顯示了