【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 bVIEW軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和保存，經(jīng)處理和保存過(guò)的數(shù)據(jù)在測(cè)試系統(tǒng)中再次被調(diào)用，同時(shí)通過(guò)日射強(qiáng)度計(jì)來(lái)采集光照強(qiáng)度，以此來(lái)分析光伏電池的特性。 LABVIEWPC太陽(yáng)光伏電池板數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集特性分析光伏電池板面積日射強(qiáng)度計(jì)溫度傳感電流電壓溫度圖31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 光伏電池板數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集(Data AcQuisition，DAQ)是從傳感器和其他待測(cè)設(shè)備等模擬或數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采集信息的過(guò)程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自己定義的測(cè)量系統(tǒng)。一個(gè)完整的DAQ系統(tǒng)包括傳感器或變換器、信號(hào)調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和分析硬件、計(jì)算機(jī)、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件等，如圖32所示：被測(cè)對(duì)象傳感器信號(hào)PCLABVIEW軟件數(shù)據(jù)采集卡DAQ USB調(diào)理信號(hào) 圖32 典型的基于PC的數(shù)據(jù)采集(DAQ)系統(tǒng)(1) 傳感器和變換器傳感器感應(yīng)物理信息并生成可測(cè)量的電信號(hào)。例如熱電偶、電阻式測(cè)溫計(jì)(RTD)、熱敏電阻器和IC傳感器可以把溫度轉(zhuǎn)變成ADC可測(cè)量的模擬信號(hào)。其他例子包括應(yīng)力計(jì)、流速傳感器、壓力傳感器等，它們可以相應(yīng)地測(cè)量應(yīng)力、流速或壓力。在所有這些情況下，傳感器可以生成和它們所檢測(cè)的物理量呈比例的電信號(hào)。常見(jiàn)的信號(hào)類型有5類，其中模擬信號(hào)包括直流(DC)信號(hào)、時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào)；數(shù)字信號(hào)包括通斷和脈沖序列兩種類型。但這5種信號(hào)并不互相排斥，它只是電信號(hào)的5種測(cè)量角度而已。對(duì)同一個(gè)信號(hào)可以采用多種測(cè)量角度。(2) 信號(hào)調(diào)理從傳感器得到的信號(hào)可能會(huì)很微弱，或者含有大量噪聲，或者是非線性的等，這種信號(hào)在進(jìn)入采集卡之前必須經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理。信號(hào)調(diào)理的方法主要包括放大、衰減、隔離、多路復(fù)用、濾波、激勵(lì)和數(shù)字信號(hào)調(diào)理等。 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本檢測(cè)系統(tǒng)的硬件主要有一臺(tái)電腦，數(shù)據(jù)采集卡USB7360，溫度傳感器，日射強(qiáng)度計(jì)，萬(wàn)用表，可變電阻、電線組成。 傳感器的選擇在溫度檢測(cè)系統(tǒng)中，根據(jù)具體系統(tǒng)對(duì)傳感器的選擇很重要，它是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步，傳感器的性能直接影響系統(tǒng)的性能。在本系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求選用溫度傳感器AD590。AD590是AD公司利用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型溫度傳感器．這種傳感器在被測(cè)溫度一定時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測(cè)量精度高，并具有消除電源波動(dòng)的特性。即使電源在5～10V之間變化，其電流只是在1uA以下作微小變化。AD590產(chǎn)生的電流與絕對(duì)溫度成正比，它有非常好的線性輸出性能，溫度每增加1℃，其電流增加1uA。AD590的主要技術(shù)指標(biāo)：(1) 測(cè)溫范圍為55℃～+150℃； (2) 電源電壓范圍為4V～30V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使反接也不會(huì)被損壞； (3) 輸出電阻為710mΩ； (4) 精度高，AD590在55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差僅為177?！妗D590在應(yīng)用時(shí)，是一個(gè)恒流源，它將溫度值轉(zhuǎn)換為電流值，而此系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)將此電流值再轉(zhuǎn)換為電壓值。它的調(diào)理電路如圖33所示，AD590的輸出電流為： A (31)其中為攝氏溫度，因此量測(cè)的電壓為: V (32)為了將電壓量測(cè)試出來(lái)又需使輸出電流不分流出來(lái)，使用電壓跟隨器，其輸出電壓等于輸入電壓。由于一般電源供應(yīng)較多元件之后，電源是帶噪聲的，因此使用齊納二極管作為穩(wěn)壓零件，再利用可變電阻分壓。接下來(lái)使用差動(dòng)放大器。此調(diào)理電路原理圖如下圖33所示：20k20k圖33 傳感器AD590調(diào)理電路根據(jù)放大器的工作原理可得出式33，34： (33) (34)由式33，34可得: V (35)當(dāng)所測(cè)溫度為30~80℃時(shí)，~4V，適應(yīng)本測(cè)試系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集范圍5~+5V。 數(shù)據(jù)采集卡的選擇由于在通用計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡設(shè)備的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的虛擬儀器具有良好的功能擴(kuò)展性，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的工程師采用基于PC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)完成測(cè)試測(cè)量任務(wù)。一個(gè)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/0，計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器等。當(dāng)采集卡測(cè)量模擬信號(hào)時(shí)，必須考慮信號(hào)的輸入模式(單端輸入或差分輸入)、分辨率、輸入范圍、采樣范圍、采樣速率、精度和噪聲等因素，如果信號(hào)的特性不滿足直接利用采集卡進(jìn)行測(cè)量，一般還需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。模擬輸入簡(jiǎn)稱模入，是采集卡的最基本的功能。它一般由多路開(kāi)關(guān)(MUX)，放大器(Amplifier)，采樣保持電路(S/H)以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)模擬信號(hào)通過(guò)上述各部分后可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。ADC的性能和參數(shù)直接影響著采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量所需要的精度來(lái)選擇合適的ADC。模擬輸入主要考慮的基本參數(shù)包括通道數(shù)、采樣速率、分辨率和輸入范圍等。(1) 通道數(shù)對(duì)于采用單端和差分兩種輸入方式的設(shè)備，模擬輸入通道數(shù)可以分為單端輸入通道數(shù)和差分輸入通道數(shù)。在單端輸入中，輸入信號(hào)均以共同的地線為基準(zhǔn)。這種輸入方法主要應(yīng)用于輸入信號(hào)電壓較高(高于1V)，信號(hào)源到模擬輸入硬件的導(dǎo)線較短()，且所有的輸入信號(hào)共用一個(gè)基準(zhǔn)地線。如果信號(hào)達(dá)不到這些標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)應(yīng)該用差分輸入。對(duì)于差分輸入，每一個(gè)輸入信號(hào)都有自有的基準(zhǔn)地線；由于共模噪聲可以被導(dǎo)線所消除，從而減小了噪聲誤差。(2) 采樣速率這一參數(shù)決定了每秒鐘進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的次數(shù)。一個(gè)高采樣速率可以在給定時(shí)間下采集更多數(shù)據(jù)，因此能更好地反映原始信號(hào)。(3) 分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器用來(lái)表示模擬信號(hào)的位數(shù)即是分辨率。分辨率越高，信號(hào)范圍被分割成的區(qū)間數(shù)目越多，因此，能探測(cè)到得電壓變量就越小。例如，3位模數(shù)轉(zhuǎn)換把輸入范圍細(xì)分為2的三次方，即8份，二進(jìn)制數(shù)從000到111分別代表每一份。如果把分辨率增加到16位，模/數(shù)轉(zhuǎn)換的細(xì)分?jǐn)?shù)值就可以從8增加到2的十六次方，即65536，它就可以更準(zhǔn)確的表示原始信號(hào)。(4) 輸入范圍輸入范圍是ADC可以量化的最小和最大的電壓。數(shù)據(jù)采集卡提供了可選擇的輸入范圍，它與分辨率、增益等配合，以獲得最佳的測(cè)量精度。在本檢測(cè)系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的考慮包括一下幾點(diǎn)：① 多通道模擬輸入；② 電壓的輸入量程；③ 一定的精度要求；④ 滿足連續(xù)采集；⑤ 考慮到經(jīng)費(fèi)，盡量選擇性價(jià)比高的。本系統(tǒng)采用的是北京中泰研創(chuàng)科技有限公司自己研發(fā)USB7360型數(shù)據(jù)采集卡。它滿足了本系統(tǒng)的要求，而且價(jià)格低廉，減少了項(xiàng)目成本。 USB7360數(shù)據(jù)采集卡經(jīng)過(guò)選擇比較，系統(tǒng)選用的是北京中泰研創(chuàng)科技有限公司自行研發(fā)的USB7360系列數(shù)據(jù)采集卡。(1) USB7360采集卡的特點(diǎn)USB數(shù)據(jù)采集卡是各種應(yīng)用的理想之選，從簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)記錄到嵌入式OEM系統(tǒng)，非常廣泛。因此，USB數(shù)據(jù)采集卡設(shè)備從低價(jià)位、單功能到高速、16位多功能，應(yīng)有盡有。因?yàn)閁SB接口的廣泛普及，可以在臺(tái)式機(jī)或筆記本計(jì)算機(jī)上自由開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序而不論最終使用何種平臺(tái)。USB接口技術(shù)在計(jì)算機(jī)接口領(lǐng)域應(yīng)該稱是劃時(shí)代的技術(shù)。它的出現(xiàn)，讓設(shè)備接入有了一個(gè)統(tǒng)一和規(guī)范。讓計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備可以隨時(shí)移除，有著良好的移動(dòng)和遷移性能。所以，數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)采集儀、數(shù)據(jù)采集模塊都容入了USB接口。讓使用數(shù)據(jù)采樣時(shí)更方便、更具有可移植性。USB7360多功能數(shù)據(jù)采集卡適用于提供了USB接口的PC系列微機(jī)。具有真正的熱插拔、即插即用(PnP)功能。其操作系統(tǒng)可選用目前流行的Windows系列、高穩(wěn)定性的Unix等多種操作系統(tǒng)以及專業(yè)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)LabVIEW及LabwindowsCVI等軟件環(huán)境。在硬件的安裝上非常簡(jiǎn)單，使用時(shí)只需將USB7360的USB接口插入計(jì)算機(jī)內(nèi)任何一個(gè)USB接口插座中，其模入、模出、I/0信號(hào)、脈沖輸入及脈沖輸出信號(hào)均由模塊上的雙排針插頭與外部信號(hào)源及設(shè)備連接。模入部分，用戶可根據(jù)實(shí)際需要選擇單端或雙端輸入方式，其A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式可以選用程控頻率觸發(fā)。A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果通過(guò)先進(jìn)先出存儲(chǔ)器(FIFO)緩存后由USB總線讀出。模出部分，用戶可根據(jù)控制對(duì)象的需要選擇不同的量程。開(kāi)關(guān)量部分，本模塊有16路數(shù)字量輸入和16路數(shù)字量輸出接口，光隔16路輸出可配接PS002繼電器板。計(jì)數(shù)部分，本模塊有3路16位字長(zhǎng)的計(jì)數(shù)器。(2) 主要技術(shù)指標(biāo)：USB指標(biāo)：處理器及USB接口芯片：CY7C68013通訊方式：USB接口通訊距離：小于5米通訊協(xié)議：模入部分：輸入通道數(shù)：?jiǎn)味?8路；雙端24路輸入信號(hào)范圍：O～5V，0～lOV，177。5V程控增益：1；10；100；輸入通道選擇方式：?jiǎn)瓮ǖ莱绦蛑付?多通道自動(dòng)掃描A/D轉(zhuǎn)換精度/最高采樣速率：12位AD／75K；A/D采樣程控頻率：1KHz/10KHz/25KHz/50KHz/75KHzA/D啟動(dòng)方式：程控觸發(fā)FIFO存儲(chǔ)器容量：8K16bit(全滿)/4K16bit(半滿)通道切換時(shí)間：(模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間+放大器建立時(shí)間)≤2uS(3) USB7360數(shù)據(jù)采集卡的安裝調(diào)試：USB7360系列多功能數(shù)據(jù)采集模塊在硬件安裝完成后還需進(jìn)行軟件安裝調(diào)試，其具體步驟如下：① 將模塊USB接口插入計(jì)算機(jī)USB插座；② 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)將自行檢測(cè)新安裝的硬件，并彈出“添加新硬件向?qū)А睂?duì)話框，在“添加新硬件向?qū)А睂?duì)話框出現(xiàn)時(shí)，點(diǎn)擊“下一步”按鈕；③ 選中“顯示指定位置的所有驅(qū)動(dòng)程序的列表”單選鈕，點(diǎn)擊“下一步”按鈕；④ 點(diǎn)擊“下一步”；⑤ 點(diǎn)擊“從軟盤安裝”按鈕，彈出“從磁盤安裝”對(duì)話框；⑥ 點(diǎn)擊“瀏覽”按鈕，選擇“Usb7kC．inf”所在的目錄(光盤\USB7000\Usb7kc)，點(diǎn)擊“確定”按鈕；⑦ 回到“添加新硬件向?qū)А保c(diǎn)擊“下一步”按鈕；⑧ 點(diǎn)擊“完成按鈕，第一塊模塊安裝完成。當(dāng)要安裝多塊模塊時(shí)，應(yīng)先安裝第一塊模塊，軟件安裝中會(huì)出現(xiàn)上述1～8的步驟，按以上步驟操作安裝。在安裝第二塊模塊時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)安裝，不再經(jīng)過(guò)上述l～8的步驟，只是模塊的索引值不同。索引值是USB板模塊使用時(shí)非常重要的參數(shù)，USB7000系列模塊是靠索引值來(lái)區(qū)分的。一般情況下，第一塊安裝模塊的索引值為0，以后安裝的模塊索引值自動(dòng)依次加l。用戶通過(guò)調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(Usb7kC．d11)中的OpenUSB7kC函數(shù)，將USB模塊的索引值賦給此函數(shù)，即可操作相應(yīng)的USB模塊。USB7360數(shù)據(jù)采集卡的實(shí)物圖如圖34所示：圖34 USB7360數(shù)據(jù)采集卡的實(shí)物圖[5] 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測(cè)試中虛擬儀器的軟件平臺(tái) LabVIEW軟件介紹LabVIEW是一種圖形化的編程語(yǔ)言，它廣泛地被上業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，而且被視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB，VXI，RS232和RS485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/IP，ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。它是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件，利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，并且其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。圖形化的程序語(yǔ)言，又稱為G語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高上作效率。測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需要。因此在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們采用LabVIEW來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)編程。LabVIEW軟件工具的特點(diǎn)可以歸納為：(1) 圖形化的編程方式，設(shè)計(jì)者無(wú)需編寫任何文本格式的代碼，是真正的工程師的語(yǔ)言；(2) 提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲(chǔ)的庫(kù)函數(shù)；(3) 既提供了傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行，同時(shí)提供有獨(dú)到的高亮執(zhí)行工具，使程序動(dòng)畫式運(yùn)行，利于設(shè)計(jì)者觀察程序運(yùn)行的細(xì)節(jié)，使程序的調(diào)試和開(kāi)發(fā)更為便捷；(4) 32位的編譯器編譯生成32位的編譯程序，保證用戶數(shù)據(jù)采集、測(cè)試和測(cè)量方案的高速執(zhí)行；(5) 囊括了DAQ，GPIB，PXI，VXI，RS232/485在內(nèi)的各種儀器通訊總線標(biāo)準(zhǔn)的所