【正文】 /0，計數(shù)器 /計時器等。 模擬輸入簡稱模入，是采集卡的最基本的功能。一個模擬信號通過上述各部分后可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 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。在單端輸入中，輸入信號均以共同的地線為基準。如果信號達不到這些標準，此時應該用差分輸入。 (2) 采樣速率 這一參數(shù)決定了每秒鐘進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的次數(shù)。 (3) 分辨率 模數(shù)轉(zhuǎn)換器用來表示模擬信號的位數(shù)即是分辨率。例如， 3位模數(shù)轉(zhuǎn)換把輸入范圍細分為 2的三次方，即 8份，二進制數(shù)從 000到 111分別代表每一份。 (4) 輸入范圍 輸入范圍是 ADC可以量化的最小和最大的電壓。 在本檢測系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)采集卡的考慮包括一下幾點： 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，盡量選擇性價比高的。它滿足了本系統(tǒng)的要求，而且價格低廉，減少了項目成本。 (1) USB7360采集卡的特點 USB數(shù)據(jù)采集卡是各種應用的理想之選，從簡單的數(shù)據(jù)記錄到嵌入式 OEM系統(tǒng)，非常廣泛。因為 USB接口的廣泛普及，可以在臺式機或筆記本計算機上自由開發(fā)應用程序而不論最終使用何種平臺。它的出現(xiàn)，讓設備接入有了一個統(tǒng)一和規(guī)范。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。 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。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。 模入部分，用戶可根據(jù)實際需要選擇單端或雙端輸入方式，其 A/D轉(zhuǎn)換啟動方式可以選用程控頻率觸發(fā)。模出部分，用戶可根據(jù)控制對象的需要選擇不同的量程。計數(shù)部分，本模塊有 3路 16位字長的計數(shù)器。 5V 程控增益： 1； 10； 100； 輸入通道選擇方式：單通道程序指定 /多通道自動掃描 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/75KHz A/D啟動方 式：程控觸發(fā) FIFO存儲器容量： 8K 16bit(全滿 )/4K 16bit(半滿 ) 通道切換時間： (模擬開關導通時間 +放大器建立時間 )≤ 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接口插入計算機 USB插座； ② 啟動計算機，操作系統(tǒng)將自行檢測新安裝的硬件，并彈出“添加新硬件向?qū)А? 對話框，在“添加新硬件向?qū)А睂υ捒虺霈F(xiàn)時，點擊“下一步”按鈕； ③ 選中“顯示指定位置的所有驅(qū)動程序的列表”單 選鈕，點擊“下一步”按鈕； ④ 點擊“下一步”； ⑤ 點擊“從軟盤安裝”按鈕，彈出“從磁盤安裝”對話框； 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設計過程 16 ⑥ 點擊“瀏覽”按鈕，選擇“ Usb7kC． inf”所在的目錄 (光盤 \USB7000\Usb7kc)， 點擊“確定”按鈕； ⑦ 回到“添加新硬件向?qū)А保c擊“下一步”按鈕； ⑧ 點擊“完成 按鈕，第一塊模塊安裝完成。在安裝第二塊模塊時，系統(tǒng)會自動檢測安裝，不再經(jīng)過上述 l～8的步驟，只是模塊的索引值不同。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依次加 l。 USB7360數(shù)據(jù)采集卡的實物圖如圖 34所示： 圖 34 USB7360數(shù)據(jù)采集卡的實物圖 [5] 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試中虛擬儀器的軟件平臺 LabVIEW 軟件介紹 LabVIEW是一種圖形化的編程語 言，它廣泛地被上業(yè)界、學術界和研究實驗室所接光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設計過程 17 受，而且被視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。它還內(nèi)置了便于應用 TCP/IP， ActiveX等軟件標準的庫函數(shù)。 圖形化的程序語言，又稱為 G語言。它盡可能利用了技術人員、科學家 、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此， LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。使用它進行原理研究、設計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高上作效率。因此在本系統(tǒng)的設計中，我們采用 LabVIEW來進行開發(fā)編程。 利用 LabVIEW可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文樣，它是一個真正的 32位編譯器。 LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的程序稱為 VI(Virtual Instrument)。 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設計過程 18 VI前面板：前 面板類似于傳統(tǒng)儀器的模擬面板，主要由輸入控制器 ((Control)和輸出指示器 ((Indicate)組成。如圖 35所示： 圖 35 VI前面板 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設計過程 19 VI框圖程序：框圖程序相當于程序的源代碼，只有在創(chuàng)建了框圖程序以后該程序才能真正運行。 VI用圖標代碼和連線來完成算術和邏輯運算，圖標代碼是對具體變成問題的圖形化 解決方案。 VI使用接口板來代替文本編程的函數(shù)參數(shù)表，每個輸入和輸出的參數(shù)都有自己的連接端口，其他相關的 VI可以通過它來相互傳遞數(shù)據(jù)。像其他高級編程語言中，一個函數(shù)可以調(diào)用其他的函數(shù)作為它的子函數(shù)一樣。我們將一個復雜的應用程序逐步劃分成為一系列簡單的子任務，并為每一個子任務創(chuàng)建一個 VI，再將它們裝配到另一個圖標代碼中最終完成一個復雜的任務。此外，許多底層子 VI可以完成不同應用軟件的通用光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設計過程 20 功能，所以可以為將要構建的應用軟件開發(fā)一系列的適用子 VI，這些子 VI可以重復利用，使得大大提高了程序的開發(fā)效率。因此在本系統(tǒng)的設計中，我們采用 LabVIEW來進行開發(fā)編程。這些模板集中反映了該軟件的功能與特征，對 LabVIEW程序的創(chuàng)建、設計和調(diào)試具有重要的作用。一般在啟動 LabVIEW時，該模板就會出現(xiàn)，如果該模板沒有出現(xiàn)，則可以在 Windows菜單下選擇 Show Tools Palette命令以顯示該模板。選擇了任一種工具后，鼠標箭頭就會變成該工具相應的形狀 圖 37 工具模板 當從 Windows菜單下選擇了 Show HelpWindow功能后，把工具模板內(nèi)選定的任種工具光標放在流程圖程序的子程序 (SubVI)或圖標上，就會顯示相應的幫助信息。每個圖標代表一類子模板。 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設計過程 21 圖 38 控件模版 控件模板本次論文用到的包括如下所示的一些子模板。 表 31 控件面板的圖標、名稱及功能 圖標 子模板名稱 功能 1 Numeric(數(shù)值量 ) 數(shù)值的控制和顯示。 2 Boolean(布爾量 ) 邏輯數(shù)值的控制和顯示。 3 Stringamp。 4 Arrayamp。 5 Listamp。 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設計過程 22 續(xù)表 31 7 Ringamp。 8 vo(輸入 /輸出功能 ) 輸入 /輸出功能。 (3) 函數(shù)模板 (Functions Palette) 函數(shù)模板是創(chuàng)建流程圖程序的工具，包含了編寫程序的過程中會用到的函數(shù)和 VI程序，主要用于構建后面板的對象。若函數(shù)模板不出現(xiàn)，則可以用 Windows菜單下的 Show Functions Palette功能打開它，也可以在流程圖程序窗口的空白處點擊鼠標右鍵以彈出 功能模板。 圖 39 函數(shù)面板及其子面板 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設計過程 23 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試中軟件設計的層次結(jié)構 測試系統(tǒng)軟件至上而下分為頂層應用程序，中層功能模塊，以及底層的驅(qū)動程序和開發(fā)環(huán)境支持三個層次。中層的功能模塊是在 LabVIEW環(huán)境下編程實現(xiàn)的子程序集，包括對板卡編程實現(xiàn)的測量模塊、對數(shù)據(jù)的處理分析模塊、數(shù)據(jù)庫調(diào)用模塊及存儲顯示模塊等。對于論文所設計的性能測試系統(tǒng)，軟件編程所采用的是按照模塊化設計，層次調(diào)用、結(jié)構化的思想，把任務分解為一系列任務，每一項任務還可以分解為更多項小任務，然后將其組合來完成更大的任務。 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試中軟件設計的程序結(jié)構 軟件的程序結(jié)構是一種程序流程控制節(jié)點，它們放置在程序框圖中，外形一般是一個大小可以縮放的邊框，當它與其他節(jié)點的連線由數(shù)據(jù)傳遞過來時，邊框內(nèi)的一段代碼或者反復執(zhí)行，或者有條件執(zhí)行，或者按照一定順序執(zhí)行，下面來介紹在本文研究的性能測試系統(tǒng)中控制程序運行的幾種常用結(jié)構。這種情況一般采用 LabVIEW的布爾控件控制 Case結(jié)構，使每種分析形式對應于一個布爾控件，從而構成一系列的 Case結(jié)構。這是因為 LabVIEW的運行機制是多線程并行的，如果直接利用布爾控件控制，運行中每次循環(huán)都要對所有布爾控件判定之后才能確定程序的分支流程，所需時間較長，所以運行速度慢。 圖 310 Case結(jié)構輸入 16運行真分支時的顯示結(jié)果 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設計過程 24 圖 311 Case結(jié)構輸入 3運行假分支時的顯示結(jié)果 圖 312 Case結(jié)構假分支 圖 313 case結(jié)構真分支 本 VI中用到的對話框單按鈕的用法： 圖 314 對話框按鈕引腳 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設計過程 25 單按鈕對話框 ： 顯示包含一條消息和一個按鈕的對話框 。 按鈕名稱是對話框按鈕的名稱。 真單擊按鈕時值為 TRUE。 While循環(huán)可以反復執(zhí)行循環(huán)體的程序，直至到達某個邊界條件。 While循環(huán)的框圖是一個大小可變的方框，用 于執(zhí)行框中的程序，直到條件端子接收到的布爾值為 FALSE。 圖 315 While循環(huán)應用的前面板圖 圖 316 While循環(huán)應用的程序框圖 (3) For循環(huán)結(jié)構 For循環(huán)結(jié)構在程序設計時， For循環(huán)一般用于循環(huán)次數(shù)已知的情況。 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設計過程 26 圖 317 For循環(huán)的簡單應用前面板圖 圖 318 For循環(huán)的簡單應用程序框圖 (4) 基本函數(shù)發(fā)生器 優(yōu)點： ① 任意波可實現(xiàn)公式輸入； ② 信號頻率、幅度、相位、偏移量可調(diào)可控； ③ 方波占空比可調(diào)； ④ 噪聲任意可加、創(chuàng)建友好界面、信號波形顯示； ⑤ 輸出頻譜特性； 用法： 根據(jù)信號類型，創(chuàng)建一個輸出波形。默認值為 。默認值為 FALSE。默認值為 10。幅值也是峰值電壓。 相位是波形的初始相位，以度為單位。如重置信號的值為 FALSE， VI將忽略相位。默認值為無錯誤。如在 VI或函數(shù)運行前沒有發(fā)生錯誤， VI或函數(shù)將正常運行。 簡易錯誤處理器 或 通用錯誤處理器 VI可用于顯示錯誤代碼的說明信息。默認值為 FALSE。默認值為 0。如狀態(tài)的值為 FALSE，代碼將為 0或警告代碼。默認值為空字符串。默認值為 1000。默認值為 1000。僅當信號類型是方波時， VI使用該參數(shù)。 信號輸出是生成的波形。 錯誤輸出包含錯誤信息。否則，表明 VI或函數(shù)中出現(xiàn)的錯誤狀態(tài)。 狀態(tài)的值為 TRUE（叉）時表示錯誤，的值為 FALSE（勾）時表示警告或無錯誤。如狀態(tài)的值為 TRUE，代碼將為非零 錯誤代碼 。 源表示錯誤或警告的源，大多數(shù)情況下表示出現(xiàn)錯誤或警告的 VI或函數(shù)名。其圖形如圖 320所示： 圖 320 XY圖引腳 （ 6）創(chuàng)建 XY圖介紹 圖 321 創(chuàng)建 XY圖引腳 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)開發(fā)設計過程 29 圖 322 創(chuàng)建 XY圖引腳定義 (7) 波形圖介紹： 圖 323 波形圖引腳及用法 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和性能測試系統(tǒng)的軟件界面設計及流程 30 4 光伏電池板數(shù)據(jù)采集和性能測試系統(tǒng)的軟件界 面設計及流程 軟件界面設計思想 由于受時間、資金等因素的限制，對光伏電池板電壓、電流的數(shù)據(jù)采集及溫度、面積等參數(shù)的測量并沒有真正的實現(xiàn)，在本虛擬儀器測試系統(tǒng)中運用仿真信號 VI模擬電壓、電流信號，用布爾變量模擬獲取溫度、面積等測量參數(shù)進行仿真。在系統(tǒng)的編制中采用了結(jié)構化和模塊化的編程思想。模塊化設計手段，即要求進行具體編程的過程中，按照層次結(jié)構，對每個獨立的任務編制相應獨立的程序模塊，根據(jù)主程序任務的需要，對各個模塊進行調(diào)用。這樣使程序有條理，容易修改和維護。前面板中主要是實現(xiàn)輸入和顯示功能?？刂破魇褂脩艨梢暂斎霐?shù)據(jù)到程序，而指示器則用來顯示程序產(chǎn)生的數(shù)值。所以在前面板設計好以后，根據(jù)各個框圖之間的關系以及對數(shù)據(jù)的處理方法等設計框圖程序。 (3) 程序的調(diào)試：在前面板以及程序框圖設計好以后，程序執(zhí)行過程中可能會遇到錯誤，程序不能 正常運行，因此要對程序進行調(diào)試。點擊這個按鈕， LabVIEW會彈出錯誤列表窗口，雙擊錯誤列表，則出錯的對象就會以高亮顯示出來，這樣就便于修