虛擬儀器虛擬電壓表課程設計報告

1、<p>　　虛擬儀器課程設計的目的意義</p><p>　　課程設計的目的及要求</p><p>　　1.1.1 設計目的</p><p>　　本課程設計的目的主要是讓學生在理解理論知識的基礎上掌握虛擬儀器技術的組件的性能、屬性、創(chuàng)建虛擬儀器的方法理論基礎和虛擬儀器的圖形編程方法,掌握虛擬儀器系統(tǒng)軟件開發(fā)工具，綜合利用傳感器技術和虛擬儀器技術進行虛擬儀器的

2、綜合開發(fā)，以及掌握虛擬儀器在測量儀器、過程控制、信號分析、網(wǎng)絡遠程控制等應用技能。</p><p>　　1.1.2 設計要求</p><p>　　本課程要求學生從理論上掌握虛擬儀器系統(tǒng)的基本構成及基本設計思想,圖形語言有關知識，在課程設計過程中能利用數(shù)據(jù)采集卡和相應的硬件設施完成課程設計任務。使學生掌握虛擬儀器系統(tǒng)軟件的設計方法，提高計算機技術綜合應用的能力。</p><

3、;p>　　軟件實驗部分主要學習圖形化編程軟件LabVIEW的原理及編程方法，按照實驗內(nèi)容和要求進行操作，循序漸進地掌握VI程序及子程序的創(chuàng)建和調(diào)用，編輯和調(diào)試，各種結構、圖表、圖形和數(shù)組的使用，以及字符串和文件I/O的操作，熟悉LabVIEW的各種函數(shù)以及菜單，選項的作用和功能。硬件實驗部分，主要了解PCI-6024E多功能數(shù)據(jù)采集卡的使用方法和采集通道設置，并創(chuàng)建VI程序控制數(shù)據(jù)采集卡的I/O操作，利用信號發(fā)生器產(chǎn)生信號，實時檢

4、測，顯示測量數(shù)據(jù)及波形，并寫出課程設計報告。</p><p>　　1.2 課程在教學計劃中的地位和作用</p><p>　　《虛擬測試技術與儀器課程設計》是為測控專業(yè)《虛擬測試技術與儀器》課程而開設的課程設計教學環(huán)節(jié)，其目的在于培養(yǎng)我們綜合運用理論知識來分析和解決實際問題的能力。 </p><p>　　通過課程設計能進一步鍛煉學生在虛擬測試技術與儀器應用方面的實際工

5、作能力。我們要著重學會面對一個實際問題，如何去自己收集資料，如何自己去學習新的知識，如何自己去制定解決問題的方案并通過實踐不斷地去分析和解決前進道路上的一切問題。</p><p><b>　　設計任務</b></p><p>　　2.1必選題設計任務</p><p>　　電子秤是各行業(yè)對物料進行計量或工礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中對物料重量進行各種控制的

6、新一代重量計量器具。作為重量測量儀器，智能電子秤在各行各業(yè)中開始顯現(xiàn)其測量精度高，測量速度快，操作簡單易學，可以實時監(jiān)控的巨大優(yōu)點，使其已經(jīng)開始逐漸取代傳統(tǒng)型的機械杠桿測量稱，成為測重領域的主流產(chǎn)品。</p><p>　　結合傳感器技術、數(shù)據(jù)采集技術和虛擬儀器技術開發(fā)設計一種基于LabVIEW的虛擬電子秤，采用普通PC機為主機，利用圖形化可視測試軟件LabVIEW 8.5為軟件開發(fā)平臺，完成虛擬儀器電子秤的標定程

7、序、測量程序設計，進行測量數(shù)據(jù)的低通濾波，應用編寫的電子秤VI進行重量測量，記錄數(shù)據(jù)并與實際值進行比較，簡要分析引起誤差的原因。</p><p>　　2.2選作題設計任務</p><p>　　電壓是電路中常用的電信號，通過電壓測量，利用基本公式可以導出其它的參數(shù)。因此，電壓測量是其他許多電參數(shù)和非電參數(shù)量測量的基礎,測量電壓相當普及的一種測量儀表就是電壓表。</p><

8、p>　　結合數(shù)據(jù)采集技術和虛擬儀器技術設計一種基于LabVIEW 8.5的虛擬數(shù)字電壓表，應用DAQ卡獲取電壓信號，或產(chǎn)生模擬信號，分別進行交直流電壓測量，實現(xiàn)電壓數(shù)字顯示（直流檔顯示直流電壓，交流檔顯示有效值，平均值和峰值），通道配置與選擇，交、直流選擇，采樣頻率、采樣點數(shù)設置。</p><p>　　第三章 總體設計方案</p><p>　　3.1虛擬電子秤總體設計方案</

9、p><p>　　本系統(tǒng)主要通過LabVIEW8.5編程來實現(xiàn)電子秤的功能，采用模塊化設計，將不同測量內(nèi)容設計成單獨的功能模塊，各子模塊分別完成一定的功能。</p><p>　　系統(tǒng)主要由硬件和軟件模塊構成，硬件模塊利用DVCC-TES壓力實驗平臺和PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡采集壓力信號并進行A/D轉換。軟件模塊細分為前面板設計和框圖程序設計，前面板主要由輸入控制器和輸出控制器組成，可通過控制

10、模板和工具模板構建；框圖程序主要由數(shù)據(jù)采集處理模塊、標定模塊、重量測量顯示模塊和價格計算顯示構成，數(shù)據(jù)采集處理模塊主要完成模擬量與數(shù)字量的相互轉換,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集測量并進行濾波處理，標定模塊主要是對系統(tǒng)進行標定，重量測量模塊主要完成測量結果的顯示?？傮w設計流程圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 虛擬電子秤總體設計流程圖</p><p>　　3.2虛擬數(shù)字電壓表總體設計方案&l

11、t;/p><p>　　根據(jù)虛擬數(shù)字電壓表的設計要求，可以知道其組成部分包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理顯示兩部分。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集部分采用NI公司PCI-6024E卡獲取電壓信號或者產(chǎn)生模擬信號，數(shù)據(jù)處理部分軟件基于虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW8.5進行開發(fā)，主要控制數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集，并對采集得到的數(shù)據(jù)進行分析處理并顯示?？傮w設計流程圖如圖3.2所示。</p><

12、p>　　圖3.2 虛擬數(shù)字電壓表總體設計流程圖</p><p><b>　　第四章 硬件設計</b></p><p>　　4.1 PCI-6024E卡及安裝</p><p>　　PCI-6024E卡將作為本次課程設計的數(shù)據(jù)采集卡，VI程序通過它來實現(xiàn)虛擬儀器的輸入輸出功能。PCI-6024E卡是基于32位PCI總線的高性能、多功能的數(shù)據(jù)采

13、集卡。它有16個單端輸入或8個差分模擬輸入，2路獨立的DA輸出通道，24條與TTL兼容的數(shù)字I/O，3個用于I/O定時的16 位計數(shù)/定時器。</p><p>　　將PCI－6024E 數(shù)據(jù)采集卡插到計算機主板上的一個空閑PCI插槽中，接好各種附件，包括一條50芯的數(shù)據(jù)線和一個轉接板。</p><p>　　4.2 PCI－6024E卡I/O配置</p><p>　　

14、PCI－6024E卡同NI公司的絕大部分數(shù)據(jù)采集卡一樣是即插即用型的設備，硬件正確安裝后，如果機器安裝了LabVIEW和NI－DAQ，就會出現(xiàn)在Measurement & Automation Explorer的Configuration>Mysystem> Devices and Interfaces列表中。</p><p>　　在設備名PCI-6024E上單擊右鍵，選擇Properties

15、，就會出現(xiàn)采集卡的配置對話框配置包括System,AI,AO,Accessory,OPC和Remote Access五個部分的設置。</p><p>　　4.3 PCI－6024E卡通道配置</p><p>　　在使用DAQ設備的模擬I/O或數(shù)字I/O功能時，必須首先配置設備的通道。在Measurement & Automation Explorer中配置通道步驟如下：</p

16、><p>　　① 右鍵單擊Data Neighbourhood圖標，選擇彈出菜單中的Insert，系統(tǒng)會彈出Insert New對話框。單擊Finish；</p><p>　?、?在彈出的Create New Channel對話框中將通道類型設置為Analog Input，單擊下一步；</p><p>　　③ 在Enter Channel Name and Descri

17、ption對話框中，將通道名稱設置為ScropA，并填上適當?shù)耐ǖ烂枋?，單擊下一步?lt;/p><p>　?、?在Channel Wizard對話框中，選擇傳感器或測量信號類型，單擊 </p><p><b>　　下一步；</b></p><p>　　⑤ 設置單位為Volts，量程為－5V～5V，單擊下一步；</p><p&g

18、t;　　⑥ 設置縮放比例因子為NoScaling，單擊下一步；</p><p>　?、?指定DAQ硬件為Dev1:PCI-6024E，通道編號為0；模擬輸入方式為Differential,單擊完成。 </p><p>　　4.4 數(shù)據(jù)采集操作</p><p>　　LabVIEW涉及到的操作類型有模擬輸入，模擬輸出，計數(shù)操作和數(shù)字I/O等，相應的操作函數(shù)在功能模板中的

19、Data Acquisition子模板。本次實驗中，我們應用了以下DAQ assitant對PCI-6024E卡進行操作。</p><p>　　雙擊DAQ assitant，對DAQ assitant進行初始化操作，設置合適的采樣點數(shù)和采樣頻率，單擊OK完成。</p><p>　　DVC-TES3壓力實驗平臺利用CZL-1R型橋路(應變片)壓力傳感器(量程500克)實現(xiàn)R-V物理量變換,將

20、壓力傳感器輸出的小信號經(jīng)過放大和低通濾波后,送至A/D轉換器。具體工作原理是當橋路中的某臂電阻發(fā)生變化時，橋路就不平衡，橋路輸出的變化量就反映了壓力的變化量。該變化量通過二級放大，將微弱信號放大送到PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡，通過PCI-6024E卡送到PC機，完成數(shù)據(jù)采集操作。</p><p>　　4.5 虛擬電子秤接線說明</p><p>　　DVC-TES3壓力實驗平臺的壓力信號輸

21、出口IN0與PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡的相應的通道通過數(shù)據(jù)線相連，注意：DVC-TES3壓力實驗平臺的接地端與PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡的接地端要相連。</p><p>　　4.6 虛擬數(shù)字電壓表接線說明</p><p>　　通過PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生模擬信號，數(shù)據(jù)采集卡上的模擬信號輸出口通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集卡上的相應的通道相連（如果通過波形生成選板里的波形產(chǎn)生函數(shù)產(chǎn)生模擬信

22、號的，則硬件部分不用接線）。</p><p><b>　　第五章 軟件設計</b></p><p>　　5.1 虛擬電子秤軟件設計</p><p>　　5.1.1 虛擬電子秤框圖程序設計</p><p>　　虛擬電子秤軟件設計框圖程序具體如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1虛擬電子秤框

23、圖程序</p><p>　　5.1.2 虛擬電子秤框圖程序說明</p><p>　　虛擬電子秤框圖程序大體分為四個部分:數(shù)據(jù)采集處理模塊、標定模塊、重量測量顯示模塊和價格計算顯示模塊。下面就四個子模塊對該框圖程序進行介紹。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)采集處理模塊</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集處理模塊主要完成

24、模擬量與數(shù)字量的相互轉換,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集測量并進行濾波處理。借助DAQ assitant 完成數(shù)據(jù)的采集，采用切比雪夫濾波器和平均值對數(shù)據(jù)進行濾波處理，具體見圖5.2。</p><p>　　圖5.2數(shù)據(jù)采集處理模塊</p><p><b>　　標定模塊</b></p><p>　　標定模塊主要是對電子秤進行標定，找出重量與電壓的關系。具體原理是

25、電子稱托盤空載時輸出電壓V0設置為重量W0：0克，托盤上放置重量W1：200克的砝碼，記下這時的輸出電壓V1。那么1伏輸出電壓對應的重量為：</p><p>　　detaW=(W1-W0)/(V1-V0)</p><p>　　標定模塊如圖5.3所示。</p><p><b>　　圖5.3 標定模塊</b></p><p>

26、;　　3.重量測量顯示模塊</p><p>　　標定后的電子秤基本達到了設計要求，為了減少設計的電子秤測量誤差，使其測量更精準，在數(shù)據(jù)采集處理之后進行零點補償和校正，然后輸出值乘以標定值的局部變量，結果顯示的是當前砝碼的重量。</p><p>　　重量測量顯示模塊如圖5.4所示。</p><p>　　圖5.4 重量測量顯示模塊</p><p>

27、;　　4.價格計算與顯示模塊</p><p>　　取重量的局部變量，乘以單價輸入值，顯示結果。</p><p>　　價格計算與顯示模塊如圖5.5所示。</p><p>　　圖5.5 價格計算與顯示模塊</p><p>　　5.2 虛擬數(shù)字電壓表軟件設計</p><p>　　5.2.1 虛擬數(shù)字電壓表框圖程序設計<

28、/p><p>　　虛擬數(shù)字電壓表工作狀態(tài)由電源開關決定，框圖程序設計如圖5.6所示。</p><p>　　圖5.6 虛擬數(shù)字電壓表框圖程序</p><p>　　5.2.2 虛擬數(shù)字電壓表框圖程序說明</p><p>　　虛擬數(shù)字電壓表框圖程序采用模塊化設計，主要分為數(shù)據(jù)采集模塊（或軟件生成模擬信號模塊）和數(shù)據(jù)處理模塊，其中數(shù)據(jù)處理顯示模塊里細分為

29、交直流數(shù)據(jù)處理顯示兩個子模塊。下面對虛擬數(shù)字電壓表框圖程序進行說明。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集模塊（或軟件生成模擬信號模塊）</p><p>　　通過PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生模擬信號并通過通道0采集，DAQ assitant輸出的數(shù)據(jù)信號通過Butterworth濾波器進行濾波處理。數(shù)據(jù)采集模塊如圖5.7所示。</p><p>　　圖5.7 數(shù)據(jù)采集模塊

30、</p><p>　　通過波形生成選板里波形基本函數(shù)發(fā)生器直接產(chǎn)生模擬信號，信號輸出通過Butterworth濾波器進行濾波處理。軟件產(chǎn)生模擬信號模塊如圖5.8所示。</p><p>　　圖5.8 軟件產(chǎn)生模擬信號模塊</p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理顯示模塊</b></p><p>　　交流電壓處理顯示模塊應用了波

31、形測量選板里的幅值和電平測量函數(shù)，選取此函數(shù)，雙擊后在配置幅值和電平窗口選擇均方根（有效值）、最大峰、最小峰和周期平均（平均值），點擊確定即可。</p><p>　　交流電壓處理顯示模塊如圖5.10所示</p><p>　　圖5.10 交流電壓處理顯示模塊</p><p>　　直流電壓處理顯示模塊應用了幅值和電平測量函數(shù)，在配置幅值和電平測量窗口選取直流，點擊確定即

32、可，直流電壓處理顯示模塊如圖5.11所示。</p><p>　　圖5.11 直流電壓處理顯示模塊</p><p>　　第六章 系統(tǒng)調(diào)試及使用操作說明</p><p>　　6.1 虛擬電子秤系統(tǒng)調(diào)試及使用操作說明</p><p>　　6.1.1 系統(tǒng)調(diào)試</p><p>　　按正確連線操作把DVCC-TES3壓力實驗平

33、臺、PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡和PC機連成一個系統(tǒng)。空載時，按零點標定，放200g砝碼，按第二次標定，標定完成進入稱重狀態(tài)。系統(tǒng)調(diào)試中碰到下面兩個問題：1）重量顯示屏幕數(shù)字顯示不穩(wěn)定；2)測量結果誤差較大。</p><p>　　經(jīng)過老師的指導和與同學探討，找到了解決問題的方法，重新設置DAQ assitant的采樣點數(shù)和采樣頻率，修改顯示格式，重量顯示保留兩位小數(shù)，單價輸入和總價顯示保留一位小數(shù)。</p&

34、gt;<p>　　6.1.2 系統(tǒng)使用操作說明</p><p>　　虛擬電子秤前面板如圖6.1所示。</p><p>　　圖6.1 虛擬電子秤前面板</p><p>　　運行程序，進入標定界面?？蛰d時，按零點標定按鈕；放200g砝碼后，按第二次標定，完成電子秤標定，進入稱重界面，放上砝碼，輸入單價，即時顯示重量和總價。</p><p

35、>　　6.2 虛擬數(shù)字電壓表系統(tǒng)調(diào)試及使用操作說明</p><p>　　虛擬數(shù)字電壓表前面板如圖6.2所示。</p><p>　　圖6.2 虛擬數(shù)字電壓表前面板</p><p>　　運行程序，按下開關按鈕，將交直流開關打到交流檔，測量交流電壓，并在交流顯示欄顯示電壓有效值、平均值、最大峰值和最小峰值，如圖6.3所示。</p><p>　

36、　圖6.3 交流電壓測量</p><p>　　運行程序，按下開關按鈕，將交直流選擇開關打到直流檔，測量直流電壓并在直流顯示欄顯示直流電壓，運行結果如圖6.4所示。</p><p>　　圖6.4 直流電壓測量</p><p><b>　　第七章 收獲、體會</b></p><p>　　本學期我們專業(yè)開設了《虛擬儀器》課，這

37、門課主要學習圖形化編程軟件LabVIEW的原理及編程方法，理論知識比較強。學習任何知識，僅從理論上去求知，而沒有實踐，探索是不行的，所以在學期末給我們安排一次虛擬儀器的課程設計是很及時的也很有必要的，這樣不僅能加深我們平時所學的知識，而且還及時真正的做到學以致用。</p><p>　　本次課程設計中，我的設計內(nèi)容是虛擬電子秤和虛擬數(shù)字電壓表的設計。這兩個設計項目注重軟硬件結合，虛擬電子秤的硬件部分應用PCI-60

38、24E數(shù)據(jù)采集卡和DVCC-TES3壓力實驗平臺，虛擬數(shù)字電壓表硬件部分應用PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生模擬信號并通過采集通道采集數(shù)據(jù)信號，軟件部分主要學習圖形化編程軟件LabVIEW的原理及編程方法，并應用LabVIEW的各種函數(shù)以及菜單，選項的作用和功能，創(chuàng)建VI程序，完成課程設計要求。</p><p>　　課程設計中，我遇到了很多問題，比如電子秤測量精度還不夠高，存在測量誤差，重量顯示不穩(wěn)定等等，通過老

39、師的指導和同學的幫助，這些問題都得到了解決。</p><p>　　這次課程設計歷時三個星期，通過這三個星期的學習和動手實踐，發(fā)現(xiàn)了自己在這門課方面的知識還有很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]胡仁喜，等.LabVIEW8.2.1虛擬儀