【正文】 in the field of measurement and control a successful attempt. The system will motor speed control, data acquisition, realtime display of data acquisition, online analysis, storage and offline analysis features such as anically bine together to form a plete whole. This design greatly simplifies the process of vibration signal acquisition, multiple work simultaneously, reducing the analysis time waveform display also corresponds became clear clarity. Key words: Virtual instrument。測量與控制在現(xiàn)代科技技術(shù)的應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域 ，如 工業(yè)生產(chǎn) 、 國防現(xiàn)代化和國防科技得到了廣泛的 應(yīng)用 ，它已被認(rèn)為是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的一個重要條件 明顯標(biāo)志。 NI 設(shè)計(jì)平臺 是以 LabVIEW 軟件 為中心 ，也是開發(fā)測 控 系統(tǒng)的 最 好的軟件 。 b、 關(guān)于 層出不窮的自動化測試工具，很多公司 把自動化定位檢測系統(tǒng)當(dāng)做一個測試的工具來使用 ， 因此 太 依附于與 自動化測試工具， 形成了 自動化測試 技術(shù)南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 的停留 ，從而對自動化測試失去信心。 網(wǎng) 絡(luò)化的測控技術(shù) 在國外最先實(shí)現(xiàn) ， 表現(xiàn)了 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù) 快速興起 ， 主要可分為 下面 幾個階段。 這一階段是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)展的初始階段 。 未來虛擬儀器發(fā)展的形勢 微電子、通 訊 、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù) 伴隨著虛擬儀器的 高速發(fā)展 而漸漸的產(chǎn)生 。設(shè)備 的 獨(dú)自數(shù)據(jù)采集 和 他們之間能夠 相互聯(lián)系 實(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展的一個重要的標(biāo)志 ， 形成的 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，甚至是測試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)信號的傳播和使用 ， 作為比較，綜合和自動分析，以獲得測量信號數(shù)的準(zhǔn)確判斷。 3 通道的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)從模擬輸入信號從傳感器，信號調(diào)理，輸入到 NI PCI6024E 數(shù)據(jù)采集卡，并通過 PCI總線把上位機(jī)軟件，數(shù)據(jù)處理， 包含 采樣波形的實(shí)時顯示、分析等 分析的硬件有一個相對的流程，先通過一個變頻器來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在通過振動傳感器 來將電機(jī)的振動信號轉(zhuǎn)變成電信號。 電機(jī) ：改變振動信號采集系統(tǒng)的界面上電機(jī)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)按鈕，電腦發(fā)送信號回饋到采集卡，再由采集卡發(fā)送信號到變頻器來改變實(shí)際電機(jī)的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)中包含振動信號時域圖、時頻圖 、功率圖、自功率圖、 hanning 圖。虛擬儀器 實(shí)際上就 是 在 計(jì)算機(jī)的軟硬件測試平臺 基礎(chǔ)上的 ，它 可以替代 傳統(tǒng)的測量儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等；可 將優(yōu)勢體現(xiàn)在 自動控制、工業(yè)控制系統(tǒng)之中。 這是一個虛擬儀器的最大的優(yōu)勢，在這一點(diǎn)上，儀器的發(fā)展和更新的時間將大大減少。計(jì)算機(jī)和儀器 緊緊聯(lián)合在一起 是 現(xiàn)在儀器發(fā)展的一個重要 標(biāo)志 。 依靠常用的 的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)， 完成 各種儀器功能， 這種形式就是虛擬儀器 。虛擬儀器 比傳統(tǒng)儀器更加具有優(yōu)勢，它的 設(shè)計(jì) 漸漸的趨向于 模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化， 需要人工設(shè)計(jì)的量很大程度上都 減少 了 。 現(xiàn)在 美國 NI 公司的軟件產(chǎn)品 LabVIEW 和 LabWindows/CVI 是最流行的虛擬平臺開發(fā)軟件 。用戶界面是最典型的代表。硬件驅(qū)動程序是相對比較重要的部分。而虛擬儀器則是 接收 指令，該指令來自于程序框圖。 具體界面如圖 所示。 Labview 軟件應(yīng)用介紹 所有的 LabVIEW 應(yīng)用程序，即虛擬儀器 (VI)， 它包括前面板（面板），流程圖（框圖）和圖標(biāo) /連接器（圖標(biāo) /連接器）三 個部分。在流程圖 中對 VI 編程， 通過控制并且定義 操縱在前面板上的輸入和輸出 的 功能。 而在 LabVIEW 中提供的圖標(biāo) /連接工具正是為實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)而準(zhǔn)備的。 ② 一個 繁雜 的自動檢測系統(tǒng)分為 好幾 個子系統(tǒng)，每 一 個子系統(tǒng)是一個 完備的功用 模塊， 因此檢測 功能的詳細(xì)，易于 完成 軟件復(fù)用， 減短了 軟件開發(fā)周期，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。 它 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個金屬球固定在一個特殊的彈簧上作為一極，他的周圍是另外一極，振動達(dá)到一定的幅度后兩極接通，后面的調(diào)理電路作用應(yīng)該是消除干擾信號，整形輸出。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。 如果此刻 對一個模擬信號 x(t)每隔△ t間隔 采樣一次。 所有的 x（ 0），X（△ T）， X（ 2 T）的采樣值。 只是用下標(biāo)變量在圖 中顯示，而沒有表示任何關(guān)于時間間隔的信息。 假如數(shù)據(jù)信息 中 有 頻率 比 奈奎斯特頻率 高 的成分， 數(shù)據(jù)信息 將在直流和恩奎斯特頻率之間 相互交替 。 為了 防止 這種情況的 再次出現(xiàn) ， 一般會 在 數(shù)據(jù)信息 被采集 (A/D)之前， 利用一個低通濾波器，將信號中高于奈奎斯特頻率的 數(shù)據(jù)信息成份刪 去 理論設(shè)定采樣頻率是 2 倍的最高頻率分量的信號被收集到足夠的，但事實(shí)上，項(xiàng)目選擇的 510倍，有時為了更好地恢復(fù)波形，甚至更多。 B u f f e r( F I F O )驅(qū)動程序L a b v i e w程 序信 號D A Q 板 卡A / D外 觸 發(fā)內(nèi) 存B u f f e r硬 件顯 示 圖 數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖 1．緩沖 (Buffers) 南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 這里的緩沖指的是 PC內(nèi)存的一個區(qū)域 (不是數(shù)據(jù)采集卡上的 FIFO 緩沖 )，它用來臨時存放數(shù)據(jù)。 不要使用緩沖裝置的每個數(shù)據(jù)必須及時處理（圖形分析等）。 下列情況可以不使用 Buffer I/O： ① 數(shù)據(jù)組短小，例如每秒只從兩個通道之一采集一個數(shù)據(jù)點(diǎn)。 軟件觸發(fā)最容易，你可以使用該軟件，如布爾控制面板的使用啟動 /停止數(shù)據(jù)采集。 采集卡等外部設(shè)備，數(shù)字脈沖到達(dá)初始化數(shù)據(jù)采集卡，這是一個外部觸發(fā)。 ② 用戶需要削減軟件開支。在正常情況下，攜帶信息的南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 信號是非常廣泛的， 比如：狀態(tài) (State)、速率 (Rate)、電平 (Level)、形狀 (Shape)、頻率成分 (Frequency Content)。 1．?dāng)?shù)字信號 (Digital) 第一類數(shù)字信號是開關(guān)信號 (OnOff)，開關(guān)信號如圖 所示。 很大一部分的狀態(tài)分析都包含在這些數(shù)據(jù)信號里面 ，信息就包含在狀態(tài)轉(zhuǎn)化發(fā)生的數(shù)目、轉(zhuǎn)換速率、一個轉(zhuǎn)換間隔或多個轉(zhuǎn)換間隔的時間里。 采集系統(tǒng)在采集模擬直流信號時， 對應(yīng)的精度要足夠高才能得到精確地電平信號 。 現(xiàn)實(shí)中存在許多不同的時間域信號，如心臟跳動信號，視頻信號，測量它們通常由于利益的波形特征。 模擬頻域信號也很多， 譬喻 聲音信號、地球物理信號、傳輸信號、振動南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 信號等。 接地信號 ，該信號的一端連接和系統(tǒng)，如土地或建筑物由于信號是用系統(tǒng)，和數(shù)據(jù)采集卡的共同點(diǎn) 浮動信號是不連接到建筑物地等絕對參考點(diǎn)的電壓信號。 具有放大器的數(shù)據(jù)采集卡可配置成差分測量系統(tǒng)。十六通道 RSE 測量系統(tǒng)如圖 所示。 表 測量系統(tǒng)連接方式表 接地信號 浮動信號 DEF ☆ ☆ RSE ☆☆ NRSE ☆ ☆ 其中，推薦使用☆方式。圖 顯示了一個 RSE 測量系統(tǒng)測量接地信號源的問題。 南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 信 號 地測 量 系 統(tǒng) 參 考 地V s＋－＋－＋－＋－＋－D V gV sD V gV m = V s + D V g= 圖 RSE 測量系統(tǒng)測量浮動信號 圖 測量浮動信號可以采用 DEF、 RSE、 NRSE 方式測 量浮動信號 。 這對放大器的輸入放大器提供一個直流路徑。然而，如果阻抗信號源是比較高的，避免干擾的角度考慮，這種連接會導(dǎo)致不平衡的系統(tǒng)。 相反， RSE系統(tǒng)卻允許兩種干擾的存在，在所有輸入信號都滿足以下指標(biāo)時，可以采用 RSE測量方式：輸入信號是高電平 (一般要超過 1V)； 連接短（小于 5 米）和環(huán)境干擾小、屏蔽；所有的輸入信號的信號源是更多。 為了更好的測量，輸入信號源的阻抗與插入式數(shù)據(jù)采集卡的阻抗相匹配。如果采樣系統(tǒng)對時間要求嚴(yán)格，則必須同時采集，這就需要每個通道都有自己的放大和 A/D 轉(zhuǎn)換器。例如，三位的A/D轉(zhuǎn)換把模擬電壓范圍分成 23=8段，每段用二進(jìn)制代碼在 000到 111之間表示。一般最好能進(jìn)的電壓范圍內(nèi)采集卡只與她見面，利用可靠的分辨率范圍。 南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第四章 信號采集系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì)及應(yīng)用原理 程序模塊化設(shè)計(jì)概述 應(yīng)用軟件的研究與開發(fā) 在很大的程度上對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)起著決定性的功用 ， 因此 在 確定了 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 方案 之后， 應(yīng)當(dāng) 采用好的程序開發(fā) 的方式 ，如結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì) 方式 、模塊化 思維 、多線程 和 軟件 環(huán)境 的 評估準(zhǔn)則 等等。塊間聯(lián)系是指模塊 與模塊 之間的 聯(lián)系 ，塊間 聯(lián)系 越小，模塊獨(dú)立性越高。 塊 內(nèi) 聯(lián) 系塊 內(nèi) 聯(lián) 系統(tǒng) 帥從 屬塊 間 聯(lián) 系塊 間 聯(lián) 系 圖 模塊化結(jié)構(gòu) 圖 系統(tǒng)程序的主要功能為模塊劃分的標(biāo)準(zhǔn)，包括電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、數(shù)據(jù)采集、在線分析、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)回放及離線分析等功能，其中數(shù)據(jù)采集及分析功能模塊如圖 所示。 圖 數(shù)據(jù)采集及保存程序 圖 以上就是汽車懸架振動信號采集處理系統(tǒng)的關(guān)于程序框圖方面的描述。 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)由電機(jī)、 器、 BNC2120接線板（模擬信號輸出端口）、 PCI6024E數(shù)據(jù)采集卡及 PC機(jī)組成。 圖 系統(tǒng)硬件 設(shè)備圖 軟件的具體實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)的前面板由登錄界面 、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、數(shù)據(jù)采集及在線分析、回放及離線分析幾個頁面組成，完美展現(xiàn) 了一個數(shù)據(jù)采集 與 處理系統(tǒng)的功能和實(shí)際應(yīng)用。 南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 前面板登陸界面 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制前面板主要包括控制通道（即輸出給變頻器的控制電壓通道）、控制電壓范圍輸入（根據(jù)變頻器的的控制電路電壓設(shè)定，本設(shè)計(jì)設(shè)定為 0～ 5V）、電機(jī)啟動按鈕、轉(zhuǎn)速輸入旋鈕，以及振動頻率顯示，具體前面板如圖 所示。對模擬信號進(jìn)行了對應(yīng)頻譜的分析以后，產(chǎn)生波形圖如圖 和 所示。 由于 為實(shí)偶函數(shù)， 亦為實(shí)偶函數(shù) ， 互相關(guān)函數(shù) 并非偶函數(shù)， 因此 具有虛 的部分和實(shí)的部分 ，類似的 ， 保存 了 的 所有數(shù)據(jù)信號 。 由于整 體隨機(jī)信號不收斂，不符合條件， 所以它的傅立葉變換是不存在的，是不能直接獲得譜。 不計(jì)其數(shù)的各種 頻率上的功率元組成 這一功率總和 ， 的 數(shù)值 表明總功率在不同頻率處的功率 布局 ，所以 ， 表明了 信號的功率密度沿頻率軸的分布，故又稱 為功率譜密度函數(shù)。 它在 ( ,0)的頻率限度內(nèi) 的函數(shù)值是其在 (0, )頻率范圍函數(shù)值的對稱 顯現(xiàn) ,所以 ,可用在 (0, )范圍內(nèi) = 來表示 數(shù)據(jù)信息 的 所有功率譜。 功率譜的 測算 有 下列 幾種 方式 。前兩種方法是較早采用的方法。 對于 理想單輸入、輸出 線性系統(tǒng)，若輸入為 ，輸出為 y(t)， 檢測 系統(tǒng) 所反映的 頻率響應(yīng)函數(shù)為 H (f)則 : 式中 , , 均為 f 的復(fù)函數(shù)。但 是值得注意的地方就是 未經(jīng) 整波 或平滑 欠佳 的頻響函數(shù)中的 失真 峰值 (干擾引起 )， 虛假的正弦的分量會在脈沖響應(yīng)的函數(shù)中體現(xiàn)出來 。 式()與式 ()不同， 幅頻特性 和 相頻特性 都包含在 所得到的 中 ，這是因?yàn)?在互相關(guān)函數(shù) 的 中 也 包含著 對應(yīng)的 相位 信號 。 南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 圖 功率譜波形圖（轉(zhuǎn)速 480rpm） 960rpm 時，功率譜分析如圖 所示。因此，如果需要減小振動影響，就必須研究產(chǎn)生振動的頻率，通過實(shí)時的振動頻率檢測，再使用合適的減振設(shè)備，最終達(dá)到減振的效果。 但硬件的理解還必需要做的工作，尤其是對 PCI6024E 數(shù)據(jù)采集卡的理解。 在設(shè)計(jì)過程中，是 先 設(shè)計(jì)的子程序， 再設(shè)計(jì) 測試其功能設(shè)計(jì) 的 子程序，所以程序調(diào)試階段是非常順利，唯一遺憾的是這個用戶登錄界面修改函數(shù)密碼無法實(shí)現(xiàn)。 虛擬儀器所展現(xiàn)的 新的模式和強(qiáng)大的功能贏得人 們 的 青睞 。你們 在大學(xué)的四年里面給我?guī)Я藫Q了，帶來了知識，帶來了豐富的人生經(jīng)驗(yàn)，帶來了一生難忘的經(jīng)歷， 謝謝你們。 感謝父母在物質(zhì)和精神上的支持。 上面的很多資料庫都給我提供了不少的設(shè)計(jì)靈感，讓我能夠漸漸完善我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 最后感謝一下自己，因?yàn)樽约旱膱?jiān)持到底，才有了這個畢業(yè)設(shè)計(jì)，這也是我第一次成功開發(fā)的系統(tǒng)。