基于labview的测试系统设计毕业设计

基于labview的测试系统设计毕业设计内容摘要：

表示，或使用系统可分辨的实际电压值来表示，有时也会用满刻度值可以划分的级数来表示。 采集速率又称数据吞吐率，是指在满足系统精度指标的前提下，系统对输入模拟信号在单位时间内所能完成的 采样次数，或者说是系统一个通道一秒钟能够采集的有效数据量。 非线性失真也称谐波失真。 给系统输入一个频率为 f0 的正弦波时，其输出信号出现了很多频率为 nf0（ n 为正整数）的新的频率分量，这种现象称为非线性失真。 通常可以用谐波失真系数来衡量系统产生非线性失真的程度。 动态范围是从信号系统中引入的一个概念，数据采集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最大幅值 Umax 与最小幅值 U min 之比的分贝数。 数据采集系统平台结构 图 数据采集系统平台结构 被测信号 数据 采集卡 计算机 传感器 重庆科技学院本科生毕业设计 2 系统方案设计 6 如图所示，被测信号经过传感器的采集，并转换为标准信号后传送给数据采集卡，由信号采集卡采集，经过 USB 数据总线将信号传送至计算机系统，最后由LabVIEW 软件平台实现信号处理。 系统硬件方案部分 本系统的硬件主要有 :NI 公司 USB— 6251 数据采集模块和相关计算机设备等，数据采集卡的具体参数为 : 通道 :16 路单端或 8 路差分 分辨率 :16 位 最高采样速率 :卡上 FIFO:4K 采样 转换时间 : 输入范 围 :双极性 :  ，  ，  ，  5V，  10V 单极性 :0— ， 0— ， 0— 5V， 0— 10V 最大输入过载电压 :  30V 线性误差 :  1LSB 漂移 :30PPM/OC(0~60OC)典型值 输入阻抗 :1GQ 通过本采集卡可实现最多犯通道信号的实时采集监测，并且支持符合多种电压标准的被测信号，具有一定的适用性，扩展性和可靠性。 硬件部分要做的工作主要是将采集到的模拟信号经过 A/D 转换传送至 PC 机。 系统软件方案设计 主菜单 数据采集 信号处理 存储回放 报表打印 图 系统功能结构 重庆科技学院本科生毕业设计 2 系统方案设计 7 软件就是仪器，软件是虚拟仪器测试系统的重要组成部分，所以软件部分是课题研究的主要内容，如图 ，就是本系统所设计的 4 个功能模块。 在功能层上，包括参数设置、数据采集、数据处理、存储回放、报表打印、 5个功能模块。 采集部分包括信号采集中设备，通道号，采样率，采样数量等进行设置。 通过本模块，可以根据不同信号采用不同的采样率和采样方式，从而使本系统能够根据需要适用于工程技术领域的不同测量工作。 例如在对液位等变换缓慢的信号可采用较低的采样率节省存储空间，而对于电力系统中涉及到突发测量则需要采用触发采集高速采样才能进行后期的信号的分析处理。 信号参数检测部分包括信号周期，频率，峰峰值，有效值，平均值，脉冲参数的测量。 系统对信号参量 的检测是比不可少的，本系统能够以实时数据形式、 数据表格形式、图形形式等多种方式形象直观地向操作者显示测试结果。 信号处理部分包括信号的平滑及滤波处理，频谱分析，傅立叶变换等。 从外界环境采集的信号难免会受到各种各样的噪声和干扰杂波的影响，这对必然降低系统的准确性和可靠性，所以设计了信号滤波等处理模块，增强系统对外界环境的适用性。 信号存储与查询部分包括信号的存储，以及历史文件的查询等。 对于一个完整的数据采集系统，我们经常需要将硬件的配置信息写入配置文件或者将采集到的数据以一定格式存储在文件中保存数据。 本系统 设计了波形文件存储和 tdms文件存储数据。 波形文件专门用于存储波形数据类型， Tdms 文件是对 tdm 文件的改进，他比 tdm 文件读写速度更快使用更简单方便，因此非常适合用来存储数量庞大的测试数据。 本系统编写了波形存储 VI、波形文件读取 VI、 TDMS 存储 VI、TDMS 文件读取 VI 四个子 VI 实现信号的存储与回放功能。 报表打印是测控系统普遍要求的一项基本功能，例如对产品进行测试要有测试报告，长期检测一个生产过程要求有生产日报表等，对报表的实时性提出了要求。 目前，几种用于生成报表的软件有 Visual Basic、 Matlab Report Generator 等。 LabVIEW 是 NI 公司退出的一种基于 G 语言的虚拟仪器软件开发工具。 利用LabVIEW 可以很方便地生成一个虚拟仪器系统，完成信号的采集、数据处理等任务构成一个完整的测试系统。 LabVIEW 本身带有强大的报表生成功能，能与多种应用程序的通讯成为报表生成技术中首选的工具。 目前已大量用于测试系统的后期数据处理中。 报表生成方法可以通过这么几种方法： 1） 直接使用 NI 公司的 Report Generation Toolkit 生成报表。 2） 使用 生成报表。 重庆科技学院本科生毕业设计 2 系统方案设计 8 3） 使用 Report Generation 类函数生成报表。 4） 利用 Excel 生成报表。 然而，由于 Report Generation Toolkit 模块没有集成在 LabVIEW 中，须额外购买，性价比不高。 通过比较我采用了编程 类函数 里面的报表生成函数直接 生成报 表，虽然它的可读性不是很强，样式比较简单，但是他使用方便，能满足本设计的基本要求，所以我采用了文件 I/O 函数的生成报表模块。 其能将前面板控件图像波形或者某个指定子 VI 的前面板加入报表，也能设置字体页面距等。 重庆科技学院本科生毕业设计 3 硬件参数设置 9 3 硬件参数设置 USB6251 采集模 块概述 NI USB6251 数据采集卡 是一款 USB 高性能 M 系列多功能 DAQ 模块，在高采样率下也能保持高精度。 NI USB6251 数据采集卡 是数据记录类应用和台式传感器测量的理想选择。 它具有 8 路模拟输入、 2 路模拟输出、 8 个 DIO、 1 个 APFI和 2 个用户自定义 BNC 端子。 NI USB6251 BNC 为移动应用或空间上有限制的应用专门设计。 其即插即用的安装最大程度地降低了配置和设置时间，同时它能直接与螺丝端子相连，从而削减了成本并简化了信号的连接。 该模块还具有新的 NI 信号读写技术，实现了USB 总线上类似 DMA 的双向高速数据流操作。 仪器控制是建立在仪器驱动 (NIDAQ)的基础上的，工作组件提供一种高级的编程接口，这样可以方便的建立虚拟仪器 (VI)。 对于工作组件，可以使用所有的配置工具，资源管理工具，控制平台，还有 NIDAQ。 LabVIEW 可以提供图形的，更人性化的用户接口和强大的图形化编程语言。 NIDAQ 驱动包括在 NI 的硬件工具包里面，但 NIDAQ 软件不是 USB6251 的附带品。 NIDAQ 有扩展的功能库，从这些库函数中可以根据编程环境任意的调用，这些库函数包括模拟的输入，带缓存的数据 采集 (高速 A/D 转换 )、模拟输出、波形发生、数字 I/0、计数操作等。 NIDAQ 具有高端和低端的输入输出功能， NIDAQ 也定义了地址，这些地址区别了计算机和 DAQ 硬件，例如编程接口和 DMA 控制器。 NIDAQ 保持了一些软件接口在它的不同版本中，所以我们可以不用改变代码，在不同的平台上编程，无论使用的是传统的编程语言还是 NI 提供的应用软件，测量应用都会使用 NIDAQ驱动程序。 所以说， NIDAQ 仪器驱动在应用软件 (LabVIEW)和硬件 USB6251 之间起着关键的作用，也为用户开发带来了方便。 这里数据 采集卡 USB6251采用 NIDAQmx驱动程序和测量服务软件提供了简单易用的配置和编程界面， DAQ Assistant 等功能可帮助用户缩短开发时间。 USB6251 具有以下特点 1） 8 路差分 BNC 模拟输入 (16 位 ),单通道 MS/s 采样率 (总计 1 MS/s) 2） 2路 BNC模拟输出 (16位 , MS/s)。 24路数字 I/O(其中 8路时钟同步 ,8个 BNC)。 32 位计数器 3） 配合使用 Mass 终端版和 SCC 信号调理 4） NI 信号读写实现 USB 上的双向高速数据流 5） 与 LabVIEW, ANSI C/C++, C, Visual Basic .NET 和 Visual Basic 兼容 NIDAQmx 驱动软件和 NI LabVIEW SignalExpress LE 交互式数据记录软重庆科技学院本科生毕业设计 3 硬件参数设置 10 件 硬件结构原理 USB— 6251 数据采集卡 它具有 8 路模拟输入、 2 路模拟输出、 8 个 DIO、 1 个APFI 和 2 个用户自定义 BNC 端子 ，以及 USB 传输总线，其接线面板图如图 图 数据采集卡面板图 当数据采集系统至于现场中，拖过传感器对模拟信号进行采样、保持，并送入 AD 转 换器编程数字信号，然后将信号送到 FIFO 中，当 FIFO 中存放的数据达到一定的数目时，再从 FIFO 中读出然后将数据通过 USB 传输给上位机，此数据采集卡是多路采集，他们经过模拟开关后再进入 AD 转换器， CPLD 是整个系统的控制核心，他控制采集通道的切换、 AD 转换器的启停、转换后数据在 FIFO 中存重庆科技学院本科生毕业设计 3 硬件参数设置 11 放的地址、产生终端请求等等。 其原理图如图 图 数据采集卡工作原理 本次采集系统主要由被测信号、 DAQ 板卡、驱动程序、 LabVIEW 软件以及 PC机资源构成。 数据采集系统是测试系统的 关键，而在采集系统中起关键作用的就是数据采集卡。 它将外界被测信号转化成计算机可接收处理的信号。 此次系统的采集架构如图 图 数据采集系统框图模拟信号 AD 转换 FIFO 采样频率产生电路 控制芯片 USB 接口 重庆科技学院本科生毕业设计 4 软件设计 12 4 软件设计 软件开发平台 LabVIEW 是一种程序开发环境，由美国国家仪器（ NI）公司研制开发的，类似于 C 和 BASIC 开发环境，但是 LabVIEW 与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而 LabVIEW 使用的是图形化编辑语言 G 编写程序，产生的程序是框图的形式。 图形化的程序语言，又称为 “ G” 语言。 使 用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。 它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此， LabVIEW 是一个面向最终用户的工具。 它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。 使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。 与 C 和 BASIC 一样， LabVIEW 也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。 LabVIEW 的函数库包括数据采集 、 GPIB、串口控制、数据分析、数据 处 理等。 LabVIEW 标志显示及数据存储，等等。 LabVIEW 也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子 VI）的结果、单步执行等等 ， 便于程序的调试。 尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。 可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。 用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。 系统调用 本系统有四个独立的功能模块，但他们都是独立的 VI，没有构成一个完整的系统，所以需要将他们整合起来，实现函数的调用，其框图如图 重庆科技学院本科生毕业设计 4 软件设计 13 图。