【正文】 本檢測(cè)系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，各功能模塊以 LabVlEW子 VI的形式實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)系統(tǒng)的基本流程圖如下圖 41所示： 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和性能測(cè)試系統(tǒng)的軟件界面設(shè)計(jì)及流程 31 。首先查找錯(cuò)誤，如果一個(gè) VI程序存在語(yǔ)法錯(cuò)誤，程序是不能執(zhí)行的，運(yùn)行按鈕會(huì)變成一個(gè)折斷的箭頭。對(duì)框圖程序的設(shè)計(jì)主要是對(duì)節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)端口和連線的設(shè)計(jì)。 (2) 框圖程序的設(shè)計(jì)：框圖程序相當(dāng)于源代碼，只有在創(chuàng)建了框圖程序以后該程序才能真正運(yùn)行起來，實(shí)現(xiàn)功能。利用工具模板來添加開關(guān)、按鈕、數(shù)字顯示、圖表等輸入控制器和輸出指示器。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以分為三部分： (1) 首先創(chuàng)建前面板：前面板是用戶操作的面板，它使用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的執(zhí)行，而且用戶能觀察到的也是前面板，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際中的儀器面板以及該儀器所要實(shí)現(xiàn)的功能來設(shè) 計(jì)前面板。確定了軟件系統(tǒng)的功能和任務(wù)劃分后，可以設(shè)計(jì)出主要程序結(jié)構(gòu)和程序流程圖，明確各個(gè)功能模塊的劃分，在定義的公用數(shù)據(jù)接口上，進(jìn)行各模塊的編程。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，即是要求自頂而下的把軟件從整體到局部進(jìn)行層層細(xì)分，分析各個(gè)任務(wù)的細(xì)節(jié)，以及 相互之間的關(guān)系。 本虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)采用 ，利用 LabVIEW強(qiáng)大的圖形化界面功能，快速地編制友好的用戶界面。 （ 5） XY圖的介紹： XY圖也是波形圖的一種，它需要同時(shí)輸入 X軸和 Y軸的數(shù)據(jù)， X， Y之間相互聯(lián)系不要求 X坐標(biāo)等間距，且能通過編程能方便地繪制任意曲線。如狀態(tài)的值 為 FALSE，代碼將為 0或警告代碼。 代碼是錯(cuò)誤或警告代碼。右鍵單擊錯(cuò)誤輸光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)過程 28 出的前面板顯示控件，從快捷菜單中選擇解釋錯(cuò)誤可獲取更多關(guān)于該錯(cuò)誤的信息。如錯(cuò)誤輸入表明在 VI或函數(shù)運(yùn)行前已發(fā)生錯(cuò)誤，錯(cuò)誤輸出將包含相同的錯(cuò)誤信息。 相位輸出是 波形的相位，以度為單位。默認(rèn)值為 50。 方波占空比是方波在一個(gè)周期內(nèi)高電平所占時(shí)間的百分比。 s是波形的采樣數(shù)。 采樣信息包含采樣信息 ： Fs是每秒采樣率。 源表示錯(cuò)誤或警告的源，大多數(shù)情況下表示出現(xiàn)錯(cuò)誤或警告的 VI或函數(shù)名。如狀態(tài)的值為 TRUE，代碼將為非零 錯(cuò)誤代碼 。 代碼是錯(cuò)誤或警告代碼。錯(cuò)誤輸入和錯(cuò)誤輸出用于檢查錯(cuò)誤并 VI或函數(shù)運(yùn)行前已發(fā)生錯(cuò)誤，值為 FALSE（勾）時(shí)表示警告或無錯(cuò)誤。如在 VI或函數(shù)運(yùn)行時(shí)發(fā)生錯(cuò) 誤， VI或函數(shù)將正常運(yùn)行并在錯(cuò)誤輸出中設(shè)置自身的錯(cuò)誤狀態(tài)。如錯(cuò)誤發(fā)生在 VI或函數(shù)運(yùn)行之前， VI或函數(shù)將把錯(cuò)誤輸入值傳遞至錯(cuò)誤輸出。 錯(cuò)誤輸入表明 VI或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生的錯(cuò)誤。默認(rèn)值為 0。默認(rèn)值為 。 幅值是波形的幅值。 信號(hào)類型是要生成的波形的類型 表 32 0 Sine Wave （ 默認(rèn)） 1 Triangle Wave 2 Square Wave 3 Sawtooth Wave 頻率是波形頻率，以赫茲為單位。 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)過程 27 重置信號(hào)如值為 TRUE，相位將被重置為相位控件的值，時(shí)間標(biāo)識(shí)將被重置為 0。 圖 319 基本函數(shù)發(fā)生器 引腳 偏移量指定信號(hào)的直流偏移量。 For循環(huán)將把它的框圖中的程序執(zhí)行指定的次數(shù)， For循環(huán)具有下面這兩個(gè)端子： N，計(jì) 數(shù)端子（輸入端子） — 用于指定循環(huán)執(zhí)行的次數(shù)； i，周 期端子（輸出端子） — 含有循環(huán)已經(jīng)執(zhí)行的次數(shù)。如圖 31 316所示。它類似于普通編程語(yǔ)言中的 Do循環(huán)。 (2) While循環(huán)結(jié)構(gòu) While循環(huán)條件循環(huán)結(jié)構(gòu)是一種無限循環(huán)結(jié)構(gòu)，只要條件滿足，它就可以一直循環(huán)運(yùn)行下去。默認(rèn)值為確定。 消息是對(duì)話框中顯示的文本。為了提高運(yùn)行速度，將原來的多個(gè)Case結(jié)構(gòu)合并為一個(gè)，合并后 Case結(jié)構(gòu)的輸入值不再是單一的布爾控件，而變成改進(jìn)后的輸入值。但是在 Case結(jié) 構(gòu)過多的情況下，將會(huì)在很大程度上影響系統(tǒng)的速度。 (1) Case結(jié)構(gòu) 一般測(cè)試系統(tǒng)分析功能都比較多，需要用合適的算法判定程序在各個(gè)時(shí)刻應(yīng)該運(yùn)行哪種分析功能。因此，在 LabVIEW軟件平臺(tái)中具體表現(xiàn)為“從上至下”的設(shè)計(jì)，程序中的“底層”就是一個(gè)個(gè) VI，當(dāng)設(shè)計(jì)編好一個(gè) VI，你可以把它當(dāng)作一個(gè) SubVI在比它更高的層中使用，而且這種層次是沒有限制的，一個(gè)個(gè)的 VI構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)程序的總體。頂層應(yīng)用程序是最終提供給 用戶使用的具有完善測(cè)試界面和配置界面的應(yīng)用程序。 底層驅(qū)動(dòng)程序接口是由軟硬件廠商提供的，包括 LabVIEW圖形化編程環(huán)境和板卡的驅(qū)動(dòng)程序。函數(shù)模板如圖 39所示。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。于操作 OLE， ActiveX等功能。Enum〔環(huán)與枚舉 ) 環(huán)與枚舉的控制和顯示。Table( 列表和表格 ) 列表和表格的控制和顯示 6 Graph(圖形顯示 ) 顯示數(shù)據(jù)結(jié)果的趨勢(shì)圖和曲線圖。Cluste( 數(shù)組和簇 ) 數(shù)組和簇的控制和顯示。Path(字符串和路徑 ) 字符串和路徑的控制和顯示。包含各種布爾開 關(guān)、按鈕以及指示燈等。包含數(shù)字式、指針式 顯示表盤及各種輸入框。子模板中包括的對(duì)象，在功能方面用文字簡(jiǎn)要介紹，如表 31所示。如果控制模板不顯示，可以用城 Windows菜單的 Show Controls Palette功能打開它，也可以在前面板的空白處，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制模板，如圖 38所示。 (2) 控制模板 (Controls Palette) 該模板用來給前面板設(shè)置各種所 需的控制量 (Controls)和顯示量 (Indicators)，主要用來創(chuàng)建前面板中的對(duì)象，構(gòu)建程序的界面。當(dāng)從模板內(nèi)。 (1) 工具模板 (Tools Palette) 具模板如圖 37所示，該模板包含各種用于創(chuàng)建、修改 LabVIEW中的對(duì)象，并可對(duì)VI程序進(jìn)行調(diào)試。 LabVIEW 的操作模板 在 LabVIEW的用戶界面上，應(yīng)特別注意它提供的操作模板，包括工具 (Tools)模板、控制 (Eontrols)模板和函數(shù) (FuionS)模板。 LabVIEW建立在易用的圖形化編程語(yǔ)言上，符合模塊 化程序設(shè)計(jì)思想，滿足了測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)的需要。這樣，頂層的 VI包含著一系列的 VI，其中每個(gè) VI都用于完成特定的功能，由于每個(gè)子 VI都可以單獨(dú)執(zhí)行，這樣使得在程序調(diào)試的時(shí)候非常方便。對(duì)于一個(gè) VI，也可以在框圖程序中通過其他的 VI的圖標(biāo) /連接口來調(diào)用其他的 VI作為其子程序，這些被調(diào)用的 VI稱為 程序設(shè)計(jì)符合了模塊化的程序設(shè)計(jì)思想， 并對(duì)這種思想起了推進(jìn)作用。 VI是具有層次結(jié)構(gòu)和模塊化的特點(diǎn)。如圖 36所示： 圖 36 程序框圖 VI的圖標(biāo) /連接口相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器的接口，用來實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)展。主要包括了節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)端口和連線，其中節(jié)點(diǎn)即一個(gè)執(zhí)行單位，是 VI程序運(yùn)行的要素，可以把它理解為程序的一條語(yǔ)句。用戶在使用虛擬儀器時(shí)，通過鼠標(biāo)、鍵盤來對(duì)儀器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，并在顯示類控件中對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行顯示。一個(gè)完整的 VI程序由三部分組成：前面板 (Front Panel)、框圖程序 (Block Diagram)和圖標(biāo) /連接口。像許多重要的軟件一樣， LabVIEW提供 T Windows， UI VIX， Linux， Macintosh的多種版本。 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)的所有功能函數(shù)，使得不懂總線標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者也能夠驅(qū)動(dòng)不同總線標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備與儀器； (6) 提供大量與外部代碼或軟件進(jìn)行連接的機(jī)制，諸如 DLL(動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) )、 DDE(共享庫(kù) )、 ActiveX等； (7) 強(qiáng)大的 Inter功能，支持常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，方便網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測(cè)控儀器開發(fā)。測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)的需要。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程都生動(dòng)有趣。 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。用戶通過調(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。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區(qū)分的。 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。 (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?48路；雙端 24路 輸入信號(hào)范圍： O～ 5V， 0～ lOV，177。開關(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。 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果通過先進(jìn)先出存儲(chǔ)器 (FIFO)緩存后由 USB總線讀出。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光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)過程 15 插頭與外部信號(hào)源及設(shè)備連接。具有真正的熱插拔、即插即用 (PnP)功能。讓使用數(shù)據(jù)采樣時(shí)更方便、更具有可移植性。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。 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)。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。 USB7360 數(shù)據(jù)采集卡 經(jīng)過選擇比較，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。 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。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。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)。分辨率越高，信號(hào)范圍被分割光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)過程 14 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。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)。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。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 (低于)，且所有的輸入信號(hào)共用一個(gè)基準(zhǔn)地線。 (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)。 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)量所需要的精度來選擇合適的 ADC。它一般由多路開關(guān) (MUX)，放大器(Amplifier)，采樣保持電路 (S/H)以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)來實(shí)現(xiàn)。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。 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)來完成測(cè)試測(cè)量任務(wù)。接下來使用差動(dòng)放大器。它的調(diào)理電路如圖 33所示， AD590的輸出電流為： ? ?ti ?? 273 u A (31) 其中 t 為攝氏溫度， 因此量測(cè)的電壓 u 為 : ? ? ?????? ??????? tKutu V (32) 為了將電壓量測(cè)試出來又需使輸出電流 i 不分流出來，使用電壓跟隨器，其輸出電壓 2u 等于輸入電壓 u ?！?。 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。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。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。 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)，萬用表，可變電阻、電線組成。 (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