【正文】 摘 要 目前，國(guó)內(nèi)外 PTC 元件的應(yīng)用日益廣泛，測(cè)試與確定其性能參數(shù)意義重大。系統(tǒng)采用 MPS010602 多功能信號(hào)采集卡將外部硬件電路與計(jì)算機(jī)連接在一起，降低了成本，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。 這種基于 USB 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，大大提高了測(cè)試效率和儀器的自動(dòng)化程度，是一種有效、經(jīng)濟(jì)、方便的數(shù)據(jù)采集方式，給工程帶來了極大的方便。陶瓷基 PTC 材料在 1955 年由荷蘭菲利浦公司的 Herman 最早發(fā)現(xiàn)并公開 報(bào)道的，經(jīng)貝爾實(shí)驗(yàn)室和日本村田制作所于 1961 年實(shí)用化，現(xiàn)在仍是以 BaTiO3 基和 V3O3 基為主 [3]。直到 1966 年 Kohler 報(bào)道了聚乙烯 炭黑復(fù)合材料具有 PTC 特性后，才引起人們的廣泛關(guān)注，工業(yè)化高分子基 PTC 復(fù)合材料是 20 世紀(jì) 80 年代初由美國(guó)首先開發(fā)成功的 [4]。目前我國(guó)的 PTC 加熱元件和 PTC 保護(hù)元件基本依靠進(jìn)口。最大電阻與最小電阻之比 Rmax/Rmin 為升阻比 ,是表征 PTC 效應(yīng)的重要參數(shù)。被采集的數(shù)據(jù)是已經(jīng)被轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)的物理量，比如說風(fēng)速，溫度，水位，壓力等。在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)采集已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)以及其他各個(gè)領(lǐng)域并占據(jù)了非常重要的位置，它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。本課題主要利用 USB總線自供電，即插即用，速度快，穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，以計(jì)算機(jī)為核心，開發(fā)出一套完整的軟件應(yīng)用程序，給出一種基于 USB 總線的集數(shù)據(jù)采集，分析，測(cè)試為一體的 USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以動(dòng)態(tài)的測(cè)量 PTC 熱敏電阻在不同溫度下的阻值變化情況。 本文一共分為五大部分，第一部分是緒論，介紹研究的背景和意義，明確研究方向和內(nèi)容；第二部分是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分，簡(jiǎn)單介紹測(cè)試系統(tǒng)的原理框架；第三部 分是該系統(tǒng)的軟件介紹部分，展示系統(tǒng)各部分的軟件設(shè)計(jì)流程；第四部分是測(cè)試的結(jié)果和分析，不同測(cè)試條件下的測(cè)試結(jié)果與理想結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析誤差出現(xiàn)的原因，并且找到解決誤差的方案；第五部分是本文的總結(jié)和展望，總結(jié)自己在方案完成的過程中所做的工作，展望本方案在今后研究生活中的改進(jìn)和進(jìn)步。可用于傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)采集與分析、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制、高等院?？蒲信c教學(xué)等多種領(lǐng)域。 MPS010602 可工作在 Win9X/Me、 Win20xx/XP 等常用操作系統(tǒng)中，并提供可供 VB， VC， 基于數(shù)據(jù)采集卡的敏感元件動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng) 5 C++Builder， Dephi， LabVIEW， Matlab 等常用編程語(yǔ)言調(diào)用的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，編程函數(shù)接口簡(jiǎn)單易 用，易于編寫應(yīng)用程序。 硬件設(shè)備的安裝 MPS010602 信號(hào)采集卡硬件接口說明入下： GND： 采集卡地線端口 DAx： 模擬信號(hào)輸出端口 CPx+: 比較器正輸入端口 CPx: 比較器負(fù)輸入端口 ADx: 模擬信號(hào)輸入端口 Dx: 數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端口 EXx: 擴(kuò)展端口，其中： EX1：內(nèi)部工作時(shí)鐘輸出； EX2: 計(jì)數(shù)器 1 輸入 ； EX3: PWM1 輸出； EX4: CP1 狀態(tài)輸出， CP1+ CP1 時(shí) EX4 為高電平 ； EX5：使用外部時(shí)鐘時(shí)為外部時(shí)鐘輸入；使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)為內(nèi)部時(shí)鐘輸出 ； EX6: 計(jì)數(shù)器 2 輸入； EX7: PWM2 輸出； EX8: CP2 狀態(tài)輸出， CP2+ CP2 時(shí) EX8 為高電平。 LED 亮，正在進(jìn)行采集；采集卡滅，采集中斷或停止。 2. 按所描述的過程安裝驅(qū)動(dòng)程序。 5．將 DA1 至 DA4 分別依次連接到 AD1，則從波形圖上可以依次看到正弦波、方波、三角波和直流電平。 7. 修改 PWM 輸出值（ 0%100%），可看到采集卡相 應(yīng) PWM 指示燈的亮度發(fā)生變化。 11. 點(diǎn)擊“停止程序”退出程序。其實(shí)， Windows 本身就是由許多 DLL 組成的，它最基本的三大組成模塊 Kernel、 GDI 和 User 都是 DLL。 DLL 模塊中包含各種導(dǎo)出函數(shù)，用于向外界提供服務(wù)， Windows 在加載 DLL 模塊時(shí)將進(jìn)程函數(shù)調(diào)用與 DLL 文件的導(dǎo)出函數(shù)相匹配。 //定義一個(gè)函數(shù)指針變量 HINSTANCE hDLL=LoadLibrary()。這在編程時(shí)十分有用，大大提高了軟件開發(fā)和維護(hù)的效率。 中的函數(shù)主要處理內(nèi)存管 理和進(jìn)程調(diào)度； 中的函數(shù)主要控制用戶界面； 中的函數(shù)則負(fù)責(zé)圖形方面的操作。 非 MFC 動(dòng)態(tài)庫(kù)不采用 MFC 類庫(kù) 結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)出函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的 C 接口，能被非MFC 或 MFC 編寫的應(yīng)用程序所調(diào)用； MFC 規(guī)則 DLL 包含一個(gè)繼承自 CWinApp的類，但其無(wú)消息循環(huán)； MFC 擴(kuò)展 DLL 采用 MFC 的動(dòng)態(tài)鏈接版本創(chuàng)建，它只能被用 MFC 類庫(kù)所編寫的應(yīng)用程序所調(diào)用。此參數(shù)為內(nèi)部時(shí)鐘頻率設(shè)定。對(duì)于 DA 和 DIO 而言， SampleRate 就是每個(gè)通道的工作頻率值。 int * ADPGAofChannals：模擬輸入增益設(shè)置。 int DIOModal：數(shù)字輸入 /輸出端口模式設(shè)置。 PWM1 取值范圍為 065535，其值越大占空比越高。 PWM2 取值范圍為 065535，其值越大占空比越高。 ComparatorEnable = 0，比較器結(jié)果輸出端被禁止，比較器無(wú)效； ComparatorEnable = 1，比較器輸出端被使能， EX4 輸出比較器 1 的比較結(jié)果， EX8 輸出比較器 2 的比較結(jié)果。若使用內(nèi)部時(shí)鐘，則內(nèi)部時(shí)鐘將從 EX1 與 EX5 輸出；若使用外部時(shí)鐘，則外部時(shí)鐘從 EX5 輸入，同時(shí)內(nèi)部時(shí)鐘從 EX1 輸出。只有一塊卡連接時(shí)，默認(rèn)設(shè) 備號(hào)為 0。 float * VoltageIn1：第一組模擬信號(hào)輸入（ AD1AD8）的數(shù)據(jù)。若函數(shù)執(zhí)行成功，該數(shù)組內(nèi)數(shù)據(jù)被自動(dòng)更新為最新采集到的數(shù)據(jù)（更新的元素個(gè)數(shù)由 SampleNumber決定）；若函數(shù)執(zhí)行 失敗，該數(shù)組內(nèi)數(shù)據(jù)無(wú)效。如 VoltageIn2[i] = ，則表示第 i 個(gè)樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓為 。 unsigned char * DI：數(shù)字信號(hào)采集得到的數(shù)據(jù)。若函數(shù)執(zhí)行成功，該數(shù)組內(nèi)數(shù)據(jù)被自動(dòng)更新為最新采集到的數(shù)據(jù)（更新的元素個(gè)數(shù)由 SampleNumber 決定）；若函數(shù)執(zhí)行失敗，該數(shù)組內(nèi)數(shù)據(jù)無(wú)效。該參數(shù)的最小值為 128，且必須為 128 的倍數(shù)，否則根據(jù)向下就近原則自動(dòng)配置為 128 的倍數(shù)。 （ 3） extern C int DataOut(float *VoltageOut1,float *VoltageOut2,float *VoltageOut3,float *VoltageOut4,unsigned char *DO,int SampleNumber,int DeviceNumber) int DataOut：函數(shù)執(zhí)行模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的輸出功能。 VoltageOut1 為一個(gè)一維數(shù)組，其每個(gè)元素代表 DA1 輸出的一個(gè)樣點(diǎn)的電壓值，元素的取值范圍為。 VoltageOut1 指向的數(shù)組大小應(yīng)大于 SampleNumber 的大小。其規(guī)定類同VoltageOut1。 DO為一個(gè)一維數(shù)組，其每個(gè)元素為一個(gè) unsigned char 型數(shù)據(jù)， 8 個(gè)數(shù)據(jù)，分別代表同一時(shí)刻輸出的 8 路數(shù)字端口電平狀態(tài)。 當(dāng) Dx 被配置為輸出模式時(shí)，其輸出電平狀態(tài)將由 DO 中的輸出值決定。該參數(shù)決定函數(shù)執(zhí)行一次數(shù)據(jù)數(shù)組中所輸出的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，當(dāng)向采集卡中輸出 SampleNumber 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)后函數(shù)成功返回。 （ 4） extern C int Counter(int * Counter1, int * Counter2, int DeviceNumber) int Counter：函數(shù)執(zhí)行讀取計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的功能。計(jì)數(shù)值范圍為 065535，超出后將從新從 0 計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)值范圍為 065535，超出后將從新從 0 計(jì)數(shù)。軟件通過計(jì)算機(jī)接口控制硬件電路完成相應(yīng)的功能，并能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示和存儲(chǔ)。此外， Visual C++ 所編寫的應(yīng)用程序界面是基于 Windows 的，這就給習(xí)慣使用了Windows 操作系統(tǒng)的用戶帶來了極大的方便。下面簡(jiǎn)要介紹這兩個(gè)模塊： 圖 溫度傳感器測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用程序界面 “文件”主菜單和“數(shù)據(jù)采集”主菜單資源下的子菜單如圖 所示。相關(guān)程序代碼如下所示： void CTestsystemView::OnDraw(CDC* pDC) { CTestsystemDoc* pDoc = GetDocument()。 if((pDocfileopenflag)==TRUE) { for(int j=0。 (pDocfileopenflag)=FALSE。graphRect)。 //選擇新筆，并保存舊筆 //畫坐標(biāo)軸 pDCMoveTo(hOriginPoint,vOriginPointmaxHeight)。i=20。 } //給 y 軸標(biāo)刻度數(shù)字 for(i=0。 pDCTextOut(0,vOriginPoint120*i,str)。 pDCLineTo(hOriginPoint+i*10,vOriginPoint+4)。 pDCLineTo(hOriginPoint+maxWidth,vOriginPoint)。i=50。 //采用 12保持精度 pDCLineTo(hOriginPoint+2,vOriginPointi*12)。 pDCLineTo(hOriginPoint5,vOriginPointmaxHeight+10)。NewPen2)。 if(VoltAnolog[0]!=100) pDCMoveTo(hOriginPoint,vOriginPoint(int)(VoltAnolog[0]*))。 //采用 120保持精度 } pDCSelectObject(pOldPen2)。 pDCMoveTo(hOriginPoint,)。 //創(chuàng)建畫筆，實(shí)線，藍(lán)色 CPen* pOldPen4=pDCSelectObject(amp。 pDCSelectObject(pOldPen4)。 = vOriginPoint+20。數(shù)據(jù)采集模塊的主要程序代碼如下所示： void CTestsystemView::OnDataacqgo() { // TODO: Add your mand handler code here UpdateData()。 for(int i=0。 pDocVoltAnolog[i]=100。 } 基于數(shù)據(jù)采集卡的敏感元件動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng) 20 void CTestsystemView::OnTimer(UINT nIDEvent) { // TODO: Add your message handler code here and/or call default if(nIDEvent==1) { if((stopflag==TRUE)|(num=20xx)) { stopflag=FALSE。 unsigned short value_buf[128]。 } VoltAnolog[num]=MPS_TEST()。((VoltAnolog[num1]VoltAnolog[num])=)) |(((VoltAnolog[num2]VoltAnolog[num1])=)amp。 drawflag=TRUE。 } } CScrollView::OnTimer(nIDEvent)。 } //函數(shù)聲明 //SetPara 函數(shù) typedef int(* Type_SetPara)(int SampleRate, int ADChannalNumber, int *ADPGAofChannals, int DIOModal, unsigned short PWM1, unsigned short PWM2, int ComparatorEnable, int ExtTrigger, int DeviceNumber)。 Type_DataIn MPS_DataIn=(Type_DataIn)GetProcAddress(hDll, DataIn)。 define SampleNumber 128 float VoltageIn1[SampleNumber]。 int h=SampleNumber。 } //采集與輸出 MPS_flag=MPS_SetPara(5000, 2, PGAArray,2, 0, 0, 0, 0, 0)。 } int t,s。t++) { value_buf[t]=VoltageIn1[t]。sht。 } } } return(value_buf[(SampleNumber1)