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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計---基于labview的電子測量系統(tǒng)的設(shè)計(編輯修改稿)

2025-02-13 00:23 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 程序 , 在打開VI 引用節(jié)點 前的 路徑常量 中輸入要 打開 的文件名,注 意輸入文件名與想要 打開文件名保持一致,一個字符亦不能錯 。 否則,系統(tǒng)將找不到正確的進入與返回路徑,而使 打開子 VI 無法順利進行。程序框圖左邊的“ OK” 按鈕 控件對應(yīng)于所調(diào)用的文件,也就是說在前面板中按 下程序框圖中 “ OK” 所對應(yīng)的按鈕,當(dāng)前程序?qū)⑦M入所 要打開 的程序。在 主程序 前面板所對應(yīng)的程序框圖的 “ OK” 按鈕上編輯文字,顯示所要進入的程序,使整個程序系統(tǒng)的運行清晰明了。 下面是打開信號發(fā)生器、打開信號調(diào)幅解調(diào)、打開數(shù)據(jù)采集 與 分析模塊的 鏈接 程序框圖,如圖 21 212和 213所示 。 圖 211 打開信號發(fā) 生器程序框圖的設(shè)計 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文) 第 13 頁 共 37 頁 圖 212 打開信號調(diào)幅解調(diào)程序框圖的設(shè)計 圖 213 打開數(shù)據(jù)采集與分析程序框圖的設(shè)計 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文) 第 14 頁 共 37 頁 第 3 章 虛擬信號發(fā)生器 的 實現(xiàn) 3. 1 信號發(fā)生器的介紹 信號發(fā)生器一般 是 指 能 自動產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等電壓波形的電路或儀器。傳統(tǒng)信號發(fā)生器大多由模擬電路構(gòu)成,存在連線復(fù)雜、調(diào)試煩瑣且可靠性差的缺點 [6]。 而使用 LabVIEW編程產(chǎn)生的虛擬信號發(fā)生器可以穩(wěn)定的產(chǎn)生虛擬波形,圖形化顯示在波形圖上,并且相應(yīng)的參數(shù)可以調(diào)節(jié)。接下來介紹虛擬信號發(fā)生器的設(shè)計。 虛 擬信號發(fā)生器的設(shè)計 . 1 虛擬信號發(fā)生器前面板的設(shè)計 虛擬信號發(fā)生器 主要運用 基本函數(shù)發(fā)生器 和下拉列表相結(jié)合, 實現(xiàn) 對 信號正弦波、方波、三角波、鋸齒波的 產(chǎn)生與 選擇,并在波形顯示器 輸出。 數(shù)字控件可以改變信號 頻率、幅值及方波占空比 的大小。如在下拉菜單“常用信號選擇 1”中選擇的是 正弦波 ,通過旋鈕 滑動桿 來調(diào)節(jié)正弦幅值,在波形顯示器中也會得到相應(yīng)的體現(xiàn);頻率也可以類似地調(diào)節(jié), 其 數(shù)據(jù)變化對輸出信號 波形的影響都 會 在前面板上 的波形 圖中顯示出來?!俺S眯盘栠x擇 2”中也可實現(xiàn)相同功能。如圖31所示 是虛擬 信號發(fā)生器前面板 的 設(shè)計 。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文) 第 15 頁 共 37 頁 圖 31 虛擬 信號發(fā)生器前面板設(shè)計圖 . 2 虛擬信號發(fā)生器程序框圖的設(shè)計 在虛擬信號發(fā)生器程序框圖的設(shè)計中, 主要使用“信號處理” → “ 波形生成” →“基本函數(shù)發(fā)生器”和文本下拉列表, 這樣信號發(fā)生器的四種信號選擇之間不產(chǎn)生沖突 , 選擇一種信號后,調(diào)節(jié)相應(yīng)的模塊上面的旋紐 ,可以改變所選信號的幅值和頻率 。 基本函數(shù)發(fā)生器各接線端如圖 32所示,分別有信號類型、頻率、幅值、相位、采樣信息、信號輸出等端口,在連接程序框圖是,接線端對應(yīng)連接。 圖 32 基本函數(shù)發(fā)生器各接線端示意圖 虛擬 信號發(fā)生器 的 程序 框 圖設(shè)計如 圖 33所示 。 利用 while循環(huán)中添加移位江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文) 第 16 頁 共 37 頁 寄存器功能,使波形得到動態(tài)顯示。具體是通過移位寄存器加 1之后乘上一個相應(yīng)的數(shù)值連接到基本函數(shù)發(fā)生器的相位接線端,實現(xiàn)相位的偏移。 為增加系統(tǒng)功能,在虛擬信號發(fā)生器的程序中,同一個 While 循環(huán)內(nèi)加入兩個基本函數(shù)發(fā)生器,所以也就有了前面板上所標識的“常用信號選擇 1”與“常用信號選擇 2”,但它們屬同一個信號源,因為兩個基本函數(shù)發(fā)生器的信號來源于同一組采樣信息。 圖 33 信號發(fā)生器 的 程序 框 圖 設(shè)計 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文) 第 17 頁 共 37 頁 第 4 章 信號調(diào)幅解調(diào) 器 的 設(shè)計 調(diào)制解調(diào)原理 工程中被測物理量 ,如力、位移、溫度等 , 經(jīng)過傳感器變換后 , 常常是一些緩變的微小電信號。從放大處理來看 ,直流放大有零漂和級間耦合等問題。為此 ,往往把緩變信號先變?yōu)轭l率適當(dāng)?shù)慕涣餍盘?,然后利用交流放大器放大 ,最后再恢復(fù)為原緩變信號 [7]。這樣的變換過程稱為調(diào)制與解調(diào) ,已被廣泛用于傳感器的調(diào)理電路中。調(diào)制是指利用被測緩變信號來控制或改變高頻振蕩波的某個參數(shù)(幅值、頻率或相位 ) ,使其按被測信號的規(guī)律變化 ,以利于信號的放大與傳輸。若控制量是高頻振蕩波的幅值 ,則稱為調(diào)幅 (AM) ; 若控制量 是高頻振蕩波的頻率或相位 ,則稱為調(diào)頻 (FM) 或調(diào)相 ( PM) 。 解調(diào)原理 在 AM 調(diào)制過程中 ,如果將載波分量抑制掉 ,就可以形成抑制載波的雙邊帶信號。雙邊帶信號也可以用載波和調(diào)制信號直接相乘得到 [8]。當(dāng)調(diào)制信號為單頻信號時 ,若設(shè) : ? ? tutu m ?? ?? co s , tutu ccmc ?c o s)( ? 式中 : c???? 。 則雙邊帶調(diào)幅信號的數(shù)學(xué)表示式為 : ttukuuckutu ccmmD S B ?c o sc o s)( ??? ?? (41) 式中 : k 為乘積電路的電路常數(shù) ; tuku cmm ?? cos 為雙邊帶調(diào)幅信號的振幅 ,它與調(diào)制信號成正比。 一般把控制高頻振蕩波的緩變信號稱為調(diào)制波 ; 載送緩變信號的高頻振蕩波稱為載波 。經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩波稱為已調(diào)波。解調(diào)器中的乘法器有 2個輸入信號 :一個是待解調(diào)的調(diào)幅波 ,另一個是同步信號。雙邊帶調(diào)幅解調(diào)器結(jié)構(gòu)如圖 41所示。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文) 第 18 頁 共 37 頁 圖 41 雙邊帶調(diào)幅解調(diào)器結(jié)構(gòu) 乘積型同步檢波器原理 已調(diào) 信號與同步信號經(jīng)過乘法器和濾波后就可以得到原調(diào)制信號。如果同步信號和發(fā)送端的頻率及相位有一定的 偏差 ,將會使恢復(fù)出來的調(diào)制信號產(chǎn)生失真。 設(shè)輸入信號為 DSB信號 : ttUtu cimi ?c o sc o s)( ?? 式中 : tukuu cmmim ?? 同步信號為 : )c o s ()( ?? ?? tUtu rrmr 這兩個信號相乘 ,輸出為 : ???? )c o s (c o sc o s ??? ttUtUuu rrmcimri ? ?? ? ???????? ?????? tttUU rcrcrmim )(c os)(c osc os21 (42) 式中 : k 為乘法器的相乘系數(shù)。經(jīng)低通濾波得到輸出信號為 : ? ???? ???? ttUUtu rcrmimo )(c osc os21)( (43) 乘法器 后接的低通濾波器的截止頻率遠小于和頻 rc ??? 時 ,上式中的高頻分量 ? ?? ???? ?? trcc o s 項將被低通濾波器大大衰減 ,而只有差額信號項? ?? ???? ?? trcc o s 輸出。可見 ,解調(diào)器是由乘法器和低通濾波器組成的。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文) 第 19 頁 共 37 頁 信號調(diào)幅解調(diào) 器功能 該儀器的功能是仿真生成兩個幅值、相位和頻率可調(diào)的正弦波 , 這兩個仿真的 正弦波一個是高頻信號作為載波信號 ,用來模擬傳感器實驗主機箱提供的音頻振蕩信號 ,另一個是低頻信號作為調(diào)制信號 ,它同時也是用來模擬金屬 箔應(yīng)變式傳感器所測得的振動源的原始振動信號。低頻信號經(jīng)高頻載波后形成調(diào)幅波 ,調(diào)幅波再經(jīng)巴特沃斯濾波器濾波后解調(diào) ,并同時輸出調(diào)幅波和解調(diào)后信號的波形。通過波形分析 ,使學(xué)生掌握調(diào)制解調(diào)器的基本原理 [9]。 虛擬調(diào)幅波解調(diào)器設(shè)計過程 選用同步解調(diào)的理由 調(diào)幅波解調(diào)的方法大致有 4 種非線性解調(diào)、線性解調(diào)、包絡(luò)線解調(diào)和同步解調(diào)。本文選用同步解調(diào)主要因為 [10]: (1) 非線性解調(diào)其解調(diào)失真大 ,難以得到高質(zhì)量的解調(diào) ; (2) 線性解調(diào)雖不產(chǎn)生解調(diào)失真 ,但輸出的解調(diào)信號比較小 ,剩下很多調(diào)制波成 分 ,這表明輸入的調(diào)制波過而不入 ,只有一部分成為輸出信號 ; (3) 包絡(luò)線解調(diào)平直 ,會產(chǎn)生解調(diào)失真 ,所以必須要減小電路的時間常數(shù) ,使之具有指數(shù)函數(shù)的衰減特性 ,但實現(xiàn)起來過于繁瑣 ; (4) 所謂同步解調(diào)就是通過求解調(diào)波與載波的乘積進行解調(diào)的方法 ,其與調(diào)制過程僅僅存在著輸入是信號還是調(diào)幅波的不同 ,其余完全相同 ,特別是本文中用來抑制載波的調(diào)幅 ,除該方法外再無其他解調(diào)法 ,所以采用該方法 ; 低通濾波環(huán)節(jié) 信號調(diào)理中另外一個重要的調(diào)理環(huán)節(jié)是濾波。巴特沃思濾波器最突出特點是具備最大平坦程度的振幅響應(yīng) ,也就是 具備最平直的頻率響應(yīng)曲線 ,這也是本設(shè)計 選用巴特沃思低通濾波器的主要原 因 [11]。 虛擬調(diào)幅波解調(diào)器前面板設(shè)計 調(diào)幅解調(diào)器的 前面板如圖 42所示 ,用到了 5個波形顯示器 , 分別顯示 調(diào)制信號”、“載波信號”、 “已調(diào)信號”、“已調(diào)信號與載波信號乘積”和還原出來的“相敏檢波 信號 ” 。 調(diào)制信號、載波信號、參考信號的參數(shù)可由數(shù)字輸入控件改變,改變數(shù)值,調(diào)制出最佳的還原波形。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文) 第 20 頁 共 37 頁 圖 42 調(diào)幅 解調(diào)器的前面板 調(diào)幅波解調(diào)器 程序框圖 的設(shè)計 虛擬調(diào)制解調(diào)器程序 框圖 如圖 43 所示 ,主要用到了 3個正弦波信號 發(fā)生器、巴特沃斯濾波器、捆綁函數(shù)等相應(yīng)節(jié)點來完成調(diào)幅解調(diào)的過程。其中巴特沃斯濾波器的濾波類型設(shè)置為低通濾波,濾波階數(shù)為 5階。 圖 43 調(diào)制解調(diào)器程序框圖 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文) 第 21 頁 共 37 頁 一般說來,調(diào)制信號的變化要比載波變化慢得多,習(xí)慣上稱之為窄帶信號。幅值調(diào)制的頻移功能在工程測試中具有重要意義,應(yīng)用非常廣泛。例如,當(dāng)所測信號的頻率很低時,由于常用的電子放大器在低頻段工作特性不佳或容易混入低頻噪聲信號(如工頻干擾),故造成被測信號的“污染”。為防止這種情況發(fā)生,就可幅值調(diào)制方法,將所測信號頻率移至放大器增益保持常值和不易受干擾的頻段上 ,待放大后再設(shè)法移回原處,恢復(fù)已放大了的原測試信號。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文) 第 22 頁 共 37 頁 第五章 數(shù)據(jù)采集分析 系統(tǒng)的設(shè)計 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)采集 ( Data Acquisition,DAQ) ,就是將 被測對象的各種參量(物理量、化學(xué)量、生物量等)通過各種傳感器件做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后,再經(jīng)信號調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E送到控制器進行數(shù)據(jù)處理或記錄的過程。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常由傳感器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集卡、計算機及外設(shè)等部分組成 [12]。 基于 LabVIEW 的 數(shù)據(jù)采集卡 對于虛擬儀器系統(tǒng), 要實 現(xiàn) 對外部 數(shù)據(jù)采集 的功能 ,必須 配 有一塊數(shù)據(jù)采集卡。典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入,模擬輸出,數(shù)字 I/O, 計數(shù)器 /定時器操作等,這些功能分別由相應(yīng)的 單元電路 來實現(xiàn)。 模擬輸入是數(shù)據(jù)采集卡最基本,最常用的功能。 通過采集卡內(nèi)的 A/D轉(zhuǎn)換電路,一個模擬信號就能轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 A/D 轉(zhuǎn)換器的性能直接影響著模
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