【正文】 數(shù)據(jù)采集卡是進(jìn)行高速直接控制以及低速控制的理想設(shè)備。最后再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。LABVIEW 作為開發(fā)環(huán)境具有的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下所述：（1）圖形編程化，降低了對(duì)使用者編程經(jīng)驗(yàn)的要求，易于工程師使用；（2）采用面向?qū)ο蟮姆椒ê透拍?，有利于軟件的開發(fā)和再利用；（3）對(duì)象、框圖及其構(gòu)成的虛擬儀器在 Windows，Windows NT、UNIX 等多平臺(tái)之間和各種 PC 機(jī)及工作站間兼容，便于軟件移植；（4）支持 550 多種標(biāo)準(zhǔn)總線設(shè)備及數(shù)據(jù)采集卡，如串行接口、GPIB、VXI 等；（5）具有豐富的庫函數(shù)和例子，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用程序，用戶可以從例子中取得程序框架，便于提高開發(fā)速度；（6）具有比較完備的代碼接口，可調(diào)用 Windows 中的動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）中的函數(shù)以及 C 語言程序，以彌補(bǔ)自身的某些不足；（7）直接支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE） 、對(duì)象聯(lián)接與嵌入（OLE） 、結(jié)構(gòu)化查詢語言35（SQL） 、便于與其他 Windows 應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序接口；（8）支持 TCP，UDP 等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，可遙控分布在其他微機(jī)上的虛擬儀器設(shè)備；（9）為加強(qiáng) LABVIEW 的功能，適應(yīng)各種工業(yè)應(yīng)用的需要，NI 公司又開發(fā)了一系列與 LABVIEW 配合使用的軟件包，如自動(dòng)測試工具、可連接 25 種數(shù)據(jù)庫的 SQL 工具、SPC 分析函數(shù)工具、信號(hào)處理套件、PID 控制工具、圖形控制工具等。設(shè)計(jì)一個(gè)簡易基于LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中必須考慮以下因素：開發(fā)成本低、執(zhí)行效率佳、程序彈性大、開放性架構(gòu)易于擴(kuò)充。美國國家儀器公司提滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)34出的“軟件即儀器” （The Software is the Instrument）形象的概況了軟件在虛擬儀器技術(shù)中的重要作用。差分輸入需要兩根線分別接到兩個(gè)輸入通道上，測量的是兩個(gè)輸入端的電壓差。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)30圖 模擬輸出功能測試個(gè)模擬輸出通道可以通過軟件設(shè)置選擇輸出正弦波、三角波、方波，您也可以設(shè)置輸出波頻率以及輸出電壓幅值。 ） 第二步：檢查板卡是否安裝正確，可以通過右擊“我的電腦” ，點(diǎn)擊“屬性”，彈出 “系統(tǒng)屬性 ”框；選中 “硬件”頁面，點(diǎn)擊“設(shè)備管理器”；將彈出畫面，如圖 所示：從圖中可以看到板卡已經(jīng)成功安裝。另外兩個(gè)級(jí)聯(lián)在一起，用作脈沖觸發(fā)的 32 位定時(shí)器。卡上的 SRAM 存儲(chǔ)了每個(gè)通道不同的增益值及配置。 RsTRSVt(max)0(max)??其中： (ax)為轉(zhuǎn)換時(shí)間， st為建立時(shí)間，SR 為運(yùn)放輸出轉(zhuǎn)換速率。O?DVnREF2??(2)運(yùn)放零點(diǎn)漂移引起的誤差稱為漂移誤差或平移誤差。它表示實(shí)際的 D/A 轉(zhuǎn)換特性和理想轉(zhuǎn)換特性之間的最大偏差。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)24 圖 權(quán)電流型 D/A 轉(zhuǎn)換器FORi???)(02123243ddIIII ?01234F?電阻 REi 的種類多。???iRFo?)(0123IIF?2310ddRVE?? )2(0134F?)22( 011 ddVnnnREo ?????? DVnREF??：，結(jié)構(gòu)簡單；，差別大，不易集成。例如，相對(duì)誤差≤177。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)20 圖 線性電壓比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器的原理圖比較器對(duì)輸入電壓和參考電壓 Vr 進(jìn)行比較，并通過門控電路控制計(jì)數(shù)器門。通常 D/A 轉(zhuǎn)換器容易獲得高精度，從而這種形式的 A/D 轉(zhuǎn)換的精度較高。 圖 逐次比較反饋編碼型 A/D 轉(zhuǎn)換比較環(huán)節(jié)：鑒別各步試碼狀態(tài)，決定新加碼的“取”或“舍” 。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)18直接比較型 A/D 轉(zhuǎn)換的具體形式多種多樣，下面介紹幾種形式。正因?yàn)檫@樣，有時(shí)又把 A/D 轉(zhuǎn)換器叫做編碼器。 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)A/D 轉(zhuǎn)換的基本原理在 A/D 轉(zhuǎn)換器中，由于輸入模擬信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的，而輸出數(shù)字信號(hào)是離散的，所以轉(zhuǎn)換只能在一系列選定的瞬間對(duì)輸入模擬信號(hào)采樣，然后再把這些采樣值轉(zhuǎn)換成輸出數(shù)字量。為了滿足采樣定理，一般情況下，人們總是采取隔離、屏蔽等措施，并在采樣前加上一級(jí)模擬低通或帶阻濾波器以削弱工頻干擾的影響。對(duì)于含有無窮高次諧波的信號(hào)，在一定條件下，可以用有限采樣頻率進(jìn)行采樣，而信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)失真。把編碼后的二進(jìn)制代碼輸出就得到A/D 轉(zhuǎn)換的輸出信號(hào)，對(duì)同一正弦波，若 S 越小，誤差將越小，編碼時(shí)所需二進(jìn)制代碼的位數(shù)就越多，對(duì)器件要求也越高。在用數(shù)字量表示取樣電壓時(shí)，也必須把它化成這個(gè)最小數(shù)量單位的整倍數(shù)，這個(gè)轉(zhuǎn)化過程就叫做量化。各種類型信號(hào)采集的難易程度差別很大。（5）程序測試。（3）設(shè)計(jì)用戶界面。在創(chuàng)建開發(fā)原型的過程中，開發(fā)人員要與程序的最終使用人員進(jìn)行充分的交流。第三章，基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)：本章講解了軟、硬件的選取方案，詳細(xì)講述了軟件選擇 LABVIEW。硬件平臺(tái)主要完成對(duì)被測信號(hào)的進(jìn)行調(diào)理和采集。圖形化編程語言LabVIEW 是當(dāng)今國內(nèi)外設(shè)計(jì)虛擬儀器最為流行的軟件，整個(gè)儀控系統(tǒng)都完全可以使用它來開發(fā)與執(zhí)行。結(jié)合我國的實(shí)際情況，我們必須走引進(jìn)與自行開發(fā)相結(jié)合的道路。1．2．3 發(fā)展趨勢虛擬儀器正在繼續(xù)迅速發(fā)展。主要檢測發(fā)動(dòng)機(jī)的功率特性、負(fù)荷特性等。這種虛擬儀器模塊化主流平臺(tái) PXI/Compact PCI 的傳輸速度已經(jīng)達(dá)到 100Mb/s。近年來，世界各國的虛擬儀器公司開發(fā)了不少虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)軟件，以便使用滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)8者利用這些公司提供的開發(fā)平臺(tái)軟件組建自己的虛擬儀器或測試系統(tǒng)，并編制測試軟件。虛擬儀器的硬、軟件都具有開放性、模塊化、可重復(fù)使用及互換性等特點(diǎn)。 虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)一臺(tái)性能優(yōu)良的虛擬儀器不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的大部分功能，而且在許多方面有傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如使用靈活方便、功能豐富、價(jià)格低廉、可一機(jī)多用、可重復(fù)開發(fā)等。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將分散在不同地理位置不同功能的設(shè)備聯(lián)系在一起，使昂貴的硬件設(shè)備、軟件在網(wǎng)絡(luò)上得以共享，減少了設(shè)備重復(fù)投資。適用于精確度要求高，但對(duì)計(jì)算機(jī)速率要求和總線控制實(shí)時(shí)性要求不高的場合應(yīng)用。（2） 并行口式的 VI最新發(fā)展的可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測試裝置，其硬件集成在一個(gè)采集盒里或探頭上，軟件裝在計(jì)算機(jī)上，可以完成各種 VI 功能。虛擬儀器還可以廣泛用于電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等多個(gè)方面。1．1．2 虛擬儀器的概念虛擬儀器是指通過應(yīng)用程序?qū)⒂?jì)算機(jī)、軟件的功能模塊和儀器硬件結(jié)合起來，用戶可以通過友好的圖形界面（通常叫做虛擬前面板，簡稱前面板）來操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)就像在操作自己定義、自己設(shè)計(jì)的一臺(tái)個(gè)人儀器一樣，從而完成對(duì)被測信號(hào)的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)字存儲(chǔ)等。第三代智能儀器，這類儀器內(nèi)置微處理器，可以進(jìn)行自動(dòng)測試和數(shù)據(jù)處理功能，可能代替部分腦力老公，習(xí)慣上稱為智能儀器。電子測量儀器發(fā)展至今，大體上可以分為四代：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能一起和虛擬儀器。隨著現(xiàn)在硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器的智能化和虛擬化成為各級(jí)實(shí)驗(yàn)室以及研究機(jī)構(gòu)發(fā)展的方向。用戶可以根據(jù)自己的需要，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用要求。這種方式受 PC 機(jī)機(jī)箱、總線限制，存在電源功率不足，機(jī)箱內(nèi)噪聲電平較高、無屏障，插槽數(shù)目不多、尺寸較小等缺點(diǎn)。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊 GPIB 接口卡可帶多達(dá) 14 臺(tái)的儀器，電纜長度可達(dá) 20m。這種新型模塊化儀器系統(tǒng)是在 PCI 總線內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，具有多板同步觸發(fā)、精確定時(shí)的星形觸發(fā)、相鄰模塊間高速通訊的局部總線以及高度的可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)，適用于大型高精度集成系統(tǒng)。但是 USB 在儀器控制方面上亦有一些缺點(diǎn)。（4）基于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫及報(bào)表技術(shù)和接口技術(shù)，使 VI 系統(tǒng)具有方便、靈活的互聯(lián)能力，廣泛支持諸如 CAN，F(xiàn)ield Bus，PROFIBUS 等各種工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)。價(jià)格低廉，儀器間資源可重復(fù)利用率高 價(jià)格昂貴，儀器間一般無法相互利用用戶可定義儀器功能 只有廠家能定義儀器功能可以與網(wǎng)絡(luò)及周邊設(shè)備方便互連 與其他設(shè)備儀器的連接十分有限軟件使得開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用降至最低 開發(fā)和維護(hù)開銷高技術(shù)更新周期短（12 年） 技術(shù)更新周期長（510 年）數(shù)據(jù)可編輯、存儲(chǔ)、打印 數(shù)據(jù)無法編輯1．2 虛擬儀器的現(xiàn)狀1．2．1 國外現(xiàn)狀虛擬儀器技術(shù)目前在國外發(fā)展很快，以美國國家儀器公司（NI 公司）為代表的一批廠商已經(jīng)在市場上推出了基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計(jì)的商品化儀器產(chǎn)品。世界各國的公司，特別是美國 NI 公司，為使虛擬儀器能夠適應(yīng)上述各種總線的配置，開發(fā)了大量的軟件以及適應(yīng)要求的硬件（插件） ，可以靈活的組建不同復(fù)雜程度的虛擬儀器自動(dòng)檢測系統(tǒng)。其中，華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院工程測試實(shí)驗(yàn)室將其開發(fā)成果在網(wǎng)上公開展示。國內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。圖形化編程平臺(tái)的進(jìn)一步發(fā)展和完善是虛擬儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。虛擬儀滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)10器技術(shù)是計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)的儀器技術(shù)融合的產(chǎn)物，是現(xiàn)代測試技術(shù)與系統(tǒng)的發(fā)展趨勢?；谶@種情形，本文引入虛擬儀器技術(shù)的思想和設(shè)計(jì)方法，在 LabVlEW 虛擬儀器開發(fā)環(huán)境下，運(yùn)用 LabVIEW 的逐點(diǎn)分析庫，研發(fā)了火車車輪狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)。本論文開發(fā)了一臺(tái)基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統(tǒng)設(shè)11計(jì)。本章將詳細(xì)討論對(duì)基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)幾種方案的比較。選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ甙鼘?huì)達(dá)到事半功倍的效果。鮮明就是說：需要強(qiáng)調(diào)的部分一定要用顏色加以突出，體現(xiàn)測控系統(tǒng)程序的特點(diǎn)，減少用戶操作過程中犯錯(cuò)誤機(jī)會(huì)。對(duì)于高級(jí)程序員來說，還要考慮程序的性能如何，能否滿足速度與響應(yīng)的要求以及內(nèi)存的使用情況。所以在此做數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)的講解。因此，對(duì)于任意輸入模擬電壓, 首先 應(yīng)把它量化為 的整數(shù)倍。香農(nóng)采樣定理給出了低通型帶限信號(hào)的最低采樣頻率，即采樣頻率 fs 必須大于被測信號(hào)最高頻率的兩倍，采樣后的信號(hào)才不會(huì)出現(xiàn)混頻現(xiàn)象。這種帶有干擾的有效信號(hào)（低通或帶通） ，它除了含有有效的帶限信號(hào)頻譜外，在干擾信號(hào)頻率點(diǎn) f0 處有一單一頻率的譜線，即含有工頻周期干擾信號(hào)的頻譜。實(shí)際上每個(gè)信號(hào)總要疊加上噪音，這就使模擬信號(hào)的精度受到限制。取樣電容 CH 上的電荷無泄放回路，將保持。如可按轉(zhuǎn)換速度分類，也可按轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換位數(shù)、轉(zhuǎn)換原理等進(jìn)行分類。最后保留的砝碼總和即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。轉(zhuǎn)換過程試碼是按權(quán)躍變進(jìn)行的，每一個(gè)十進(jìn)位只要四個(gè)節(jié)拍即可完成試碼。從轉(zhuǎn)換的角度看這是一種間接轉(zhuǎn)換，或者更確切地說是直接比較間接轉(zhuǎn)換。因?yàn)?，在最大輸入電壓一定時(shí)，輸出位數(shù)愈多，量化單位愈小，分辨率愈高。 D/A 轉(zhuǎn)換器。因此，速度快。(2)用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。3）轉(zhuǎn)換誤差分析D/A 轉(zhuǎn)換器的四個(gè)組成部分，均可引起轉(zhuǎn)換誤差。輸入信號(hào)由全 0 變?yōu)槿?1 所需時(shí)間最長。實(shí)際上，所有與總線相關(guān)的配置，比如基地址、中斷，均由即插即用功能完成。（4）卡上可編程計(jì)數(shù)器PCI6221 提供了可編程的計(jì)數(shù)器，用于為 A/D 變換提供可觸發(fā)脈沖。滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)28注意：如果您的計(jì)算機(jī)沒有啟用自動(dòng)安裝，可在 H：盤文件中點(diǎn)擊 文件啟動(dòng)安裝程。設(shè)置完成后點(diǎn)擊“OK” 即可。 （注：其它功能的測試就不再做介紹） 信號(hào)連接 管腳圖PCI6221 的管腳圖如圖 所示：圖 管腳圖 輸入連接（1 ）單端模擬輸入連接 滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)32PCI6221 提供 16 路模擬量輸入通道，當(dāng)測量一個(gè)單端信號(hào)時(shí)，只需一根導(dǎo)線將信號(hào)連接到輸入端口，被測的輸入電壓以公共地為參考。連接方法如圖 所示：圖 模擬信號(hào)輸出連接及外圍電路（2）外部觸發(fā)源連接 PCI6221 也支持外部觸發(fā)源觸發(fā) A/D 轉(zhuǎn)換，當(dāng)+5V 連接到 TRGGATE 時(shí)，就允許外部觸發(fā)，當(dāng) EXTTRG 有一個(gè)上升沿時(shí)觸發(fā)一次 A/D 轉(zhuǎn)換，當(dāng) TRGGATE 連接到DGND 時(shí)，不允許外部觸發(fā)。 （2）用專業(yè)圖形化編程軟件開發(fā)。這就大大縮短了虛擬儀器的開發(fā)周期、消除了虛擬儀器編程的復(fù)雜過程?？傮w系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：傳感器測量對(duì)象數(shù)據(jù)采集卡計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)濾波數(shù)據(jù)分析滿意設(shè)計(jì): 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設(shè)計(jì)36第三章 軟件模塊的設(shè)計(jì)在本章中詳細(xì)介紹各個(gè)功能模塊及其生成過程。LABVIEW 是一個(gè)多線程、最佳化的圖形編譯器，它能在最大程度上優(yōu)化系統(tǒng)的性能。LABVIEW 擁有完整的 Web 上位 labview，可以隨時(shí)發(fā)布測量結(jié)果。它類似于 Visual Basic，Visual C++。因此LABVIEW 是基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的最佳選擇。LABVIEW 具有模塊化特性，有利于程序的可重用性。對(duì)于虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫，大致可以分為兩種方式：（1）通用編程軟件進(jìn)行編寫。連接方式如圖 所示：33圖 差分式模擬輸入連接通過這種連接方式，可以消除在信號(hào)源和板卡地之間的共模干擾電壓 V（CM） 。圖 數(shù)字量輸入功能測試用戶可以方便地通過數(shù)字量輸入通道