电机数据采集分析系统的研发与设计

1、 I毕 业 设 计 题 目电电机数据据采集分分析系统统的研发发与设计计（院）系系电气信信息学院院专 业班 级学学号学生姓名名导师姓名名完成日期期20133年6月222日 诚 信信 声声 明明本人声明明：1、本人人所呈交交的毕业业设计（论文）是在老老师指导导下进行行的研究究工作及及取得的的研究成成果；2、据查查证，除除了文中中特别加加以标注注和致谢谢的地方方外，毕毕业设计计（论文文）中不不包含其其他人已已经公开开发表过过的研究究成果，也不包包含为获获得其他他教育机机构的学学位而使使用过的的材料；3、我承承诺，本本人提交交的毕业业设计（论文）中的所所有内容容均真实实、可信信。作者签名名： 日期：

2、年年 月月 日日 毕业设计计（论文文）任务务书设计（论论文）题题目：电电机数据据采集分分析系统统的研发发与设计计姓名院系系电气信信息学院院 专专业 班级学学号指导老师师职称教研研室主任任一、基本本任务及及要求：设计一个个基于虚虚拟仪器器的电机机数据采采集系统统，采用用霍尔传传感器以以及光电电传感器器采集到到转速信信号通过过数据采采集卡将将数据传传至主机机。通过过LabbVIEEW图形形化编程程对采集集到的信信号进行行相应处处理及波波形显示示，通过过测量计计算出电电机转速速。设计的主主要任务务是： = 1 * GB3 查阅相相关资料料确定总总体设计计方案； = 2 * GB3 根据课课题要求求确

3、定硬硬件方案案、硬件件设计； = 3 * GB3 软件设设计，学学习LaabVIIEW图图形化编编程软件件，对软软件的具具体模块块编程并并对信号号进行处处理；完成文文献综述述、开题题报告及及毕业设设计说明明书及设设计说明明书的撰撰写工作作。 二、进度度安排及及完成时时间：1、第11周至第第3周：查阅相相关资料料，搜集集课题所所需资料料，了解解课题现现状、课课题研究究的目的的和意义义，做好好选题报报告和文文献综述述。 2、第44周：参参考相关关资料，查阅相相关文献献，自学学相关知知识，了了解系统统整个工工作原理理和设计计方案，写好开开题报告告。 3、第55周至第第6周：确定总总体设计计方案及及个

4、人研研究重点点，分配配课题研研究任务务。学习习LabbVIEEW软件件。4、第7周周至第88周：根根据自己己的研究究方向和和总体设设计方案案，初步步构列出出系统的的硬件模模块和软软件模块块。完成成硬件设设计。 5、第99周至第第10周周：完成成系统各软软件模块块的编写写及调试试。6、第111周至至第133周：完完成系统统的软件件仿真和和软硬件件联调。 7、第114周至至第155周：整整理设计计资料，撰写毕毕业设计计论文。 8、第116周至至第177周：打打印、装装订论文文，进行行毕业答答辩。 目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc1326 摘要 PAGEREF _To

5、c1326 I HYPERLINK l _Toc21865 Absttracct. PAGEREF _Toc21865 II HYPERLINK l _Toc6886 第1章 绪论论 PAGEREF _Toc6886 1 HYPERLINK l _Toc9816 1.1电电机 PAGEREF _Toc9816 1 HYPERLINK l _Toc13558 1.1.1 直直流电机机 PAGEREF _Toc13558 1 HYPERLINK l _Toc26672 1.1.2 交交流电机机 PAGEREF _Toc26672 2 HYPERLINK l _Toc7028 1.2 虚拟仪仪器 P

6、AGEREF _Toc7028 3 HYPERLINK l _Toc7236 1.2.1 虚虚拟仪器器技术 PAGEREF _Toc7236 33 HYPERLINK l _Toc1458 1.2.2 虚虚拟仪器器发展现现状 PAGEREF _Toc1458 6 HYPERLINK l _Toc4795 1.2.3 虚虚拟仪器器系统构构成 PAGEREF _Toc4795 8 HYPERLINK l _Toc10449 1.2.4 虚虚拟仪器器系统软软面板设设计标准准 PAGEREF _Toc10449 9 HYPERLINK l _Toc9065 1.3 数据采采集 PAGEREF _Toc

7、9065 9 HYPERLINK l _Toc24519 第2章 总体体方案设设计 PAGEREF _Toc24519 122 HYPERLINK l _Toc15919 2.1 总体方方案设计计 PAGEREF _Toc15919 12 HYPERLINK l _Toc24742 第3章 硬件件设计 PAGEREF _Toc24742 113 HYPERLINK l _Toc6051 3.1 硬件总总体概述述 PAGEREF _Toc6051 13 HYPERLINK l _Toc20786 3.2 硬件组组成部分分 PAGEREF _Toc20786 13 HYPERLINK l _Toc

8、7133 3.2.1 传传感器 PAGEREF _Toc7133 113 HYPERLINK l _Toc23812 3.2.2 数数据采集集卡 PAGEREF _Toc23812 144 HYPERLINK l _Toc24712 3.3 信号采采样和AA/D转转换 PAGEREF _Toc24712 155 HYPERLINK l _Toc16834 3.3.1 信信号采样样 PAGEREF _Toc16834 15 HYPERLINK l _Toc22705 3.3.2 采采样频率率选择 PAGEREF _Toc22705 117 HYPERLINK l _Toc10816 3.3.3

9、AA/D转转换技术术 PAGEREF _Toc10816 18 HYPERLINK l _Toc24558 3.4 硬件接接线图 PAGEREF _Toc24558 118 HYPERLINK l _Toc14212 第4章 软件设设计 PAGEREF _Toc14212 200 HYPERLINK l _Toc8141 4.1 前面板板设计 PAGEREF _Toc8141 220 HYPERLINK l _Toc20225 4.2 程序设设计 PAGEREF _Toc20225 200 HYPERLINK l _Toc10670 4.2.1 功功能模块块 PAGEREF _Toc10670

10、 20 HYPERLINK l _Toc16255 4.2.2 电电机测速速及输入入电压程程序 PAGEREF _Toc16255 255 HYPERLINK l _Toc12401 4.3 序调试试与数据据处理 PAGEREF _Toc12401 226 HYPERLINK l _Toc6807 总结 PAGEREF _Toc6807 277 HYPERLINK l _Toc26791 参考文献献 PAGEREF _Toc26791 28 HYPERLINK l _Toc20130 致谢 PAGEREF _Toc20130 299 HYPERLINK l _Toc2846 附 录录 PAGE

11、REF _Toc2846 30电机数据采集分析系统研发与设计 电机数据据采集分分析系统统研发与与设计摘要：虚虚拟仪器器技术就就是利用用高性能能的模块块化硬件件，结合合高效灵灵活的软软件来完完成各种种测试、测量和和自动化化的应用用。虚拟拟仪器的的图形化化语言图图形化数数据流语语言和程程序框图图能自然然地显示示您的数数据流，同时地地图化的的用户界界面直观观地显示示数据，使我们们能够轻轻松地查查看、修修改数据据或控制制输入。本设计要要采集电电机相关关数据，选择电电机转速速及输入入电压作作为测量量对象。本设计计采用NNI PPCI-62881数据采采集卡实实现二通通道的数数据采集集。一通通道直接接采集

12、输输入电压压，另一一通道采采集通过过霍尔传传感器体体现转速速的模拟拟电压信信号，经经过模数数转换，转换为为数字信信号。利利用Laabviiew的的软件编编程实现现对波形形的显示示输入电电压并计计算得出出电机的的转速。本设计是是虚拟仪仪器在测测控领域域的一次次简单应应用。实实践明虚虚拟仪器器是一种种优秀的的解决方方案，能能够高效效的实现现各种测测控任务务。关键字：虚拟仪仪器;数数据采集集;传感感器 Motoor ddataa accquiisittionn annd aanallysiis ssysttem devveloopmeent andd deesiggnAbsttracct:TThe

13、virrtuaal iinsttrummentt teechnnoloogy is thee usse oof hhighh-peerfoormaancee moodullar harrdwaare, coombiinedd wiith effficiientt annd fflexxiblle ssofttwarre tto aaccoompllishh a varrietty oof ttestt, mmeassureemennt aand auttomaatioon aappllicaatioons. Viirtuual Insstruumennts graaphiicall laang

14、uuagee grraphhicaal ddataafloow llangguagge aand bloock diaagraam ccan natturaallyy diispllay youur ddataa fllow, annd mmap-bassed useer iinteerfaace to vissuallly dissplaay ddataa, aalloowinng uus tto eeasiily vieew, moddifyy daata or conntrool iinpuuts. Thee deesiggn oof tthe mottor to colllecct r

15、releevannt ddataa, sseleect thee mootorr sppeedd annd iinpuut vvolttagee ass thhe mmeassureemennt oobjeect. Thhe ddesiign usees aa NII PCCI-662811 daata acqquissitiion carrd ffor twoo-chhannnel datta aacquuisiitioon. A ppasssagee diirecctlyy coolleect thee innputt vooltaage, annd tthe othher Halll s

16、senssor embbodiied by chaanneel aacquuisiitioon sspeeed aanallog volltagge ssignnal, affterr annaloog-ddigiitall coonveersiion, coonveerteed iintoo diigittal siggnalls. Usee Laabviiew sofftwaare proograammiing to reaalizze tthe inpput volltagge wwaveeforrm ddispplayy annd ccalcculaatedd mootorr sppe

17、edd.Thiss deesiggn iis aa viirtuual insstruumennt iin tthe fieeld of a ssimpple monnitoorinng aand conntrool aappllicaatioons. Prractticee Miing virrtuaal iinsttrummentt iss ann exxcelllennt ssoluutioon tthatt caan eeffiicieentlly iimpllemeent varriouus mmoniitorringg taaskss.Keywwordds:virrtuaal ii

18、nsttrummentt; ddataa coolleectiion; seensoor 电机数据采集分析系统的研发与设计 PAGE 27第1章 绪论论电机从研研制、投投产，到到运行和和维修，其间的的各个阶阶段都要要进行一一系列试试验，以以获取电电机的各各种物理理参数和和性能指指标。近近年来，一些新新型电机机(如双双绕组电电机等)的应用用日益广广泛。这这些电机机的试验验特点是是测试项项目多、各个项项目测试试的参量量多，而而且往往往要求对对多个参参数同时时测量，测试要要求精度度高。使使用传统统的测试试仪表进进行测试试，由于于自动化化程度低低，操作作十分复复杂，工工作量大大，而且且精度也也难以达达

19、到要求求。因此此，建立立一种高高精度的的自动化化程度高高的测试试手段变变得十分分重要。虚拟仪仪器是全全新概念念的新一一代的测测量仪器器。自119877年诞生生以来，这一技技术与前前几代测测试仪器器相比，以前所所未有的的速度迅迅猛发展展。本文文介绍了了虚拟仪仪器的概概念和LLabVVIEWW的软件件开发环环境，以以及已开开发成功功的基于于LabbVIEEW的电电机数据据采集系系统的硬硬件组成成和软件件开发，并重点点介绍了了在LaabVIIEW下下一些关关键技术术的实现现方法和和数据分分析方法法。1.1电电机电机是指指依据 HYPERLINK 电电磁感应应定律实实现电能能的转换换或传递递的一种种

20、HYPERLINK 电磁装置置。 HYPERLINK 电动动机也称称（俗称称 HYPERLINK 马达），在电路路中用字字母“M”（旧标标准用“D”）表示示。它的的主要作作用是产产生驱动动转矩，作为用用电器或或各种机机械的动动力源。发电机机在电路路中用字字母“G”表示。它的主主要作用用是利用用机械能能转化为为电能，目前最最常用的的是，利利用 HYPERLINK 热能能、水能能等推动动发电机机转子来来发电，随着风风力发电电技术的的日趋成成熟，风风电也慢慢慢走进进我们的的生活。 电机按工工作电源源种类划划分：分分为 HYPERLINK 直流流电机和和 HYPERLINK 交流电电机。按按结构和和工

21、作原原理划分分：分为为直流电电动机、异步电电动机、同步电电动机。按起动动与运行行方式划划分：分分为电容容起动式式单相异异步电动动机、电容运运转式单单相异步步电动机机、电容起起动运转转式单相相异步电电动机和和分相式式单相异异步电动动机。按按用途划分分：分为为驱动用用电动机机和控制用用电动机机。按转子的的结构划划分：分分为笼型型感应电电动机（旧标准准称为鼠鼠笼型异异步电动动机）和和绕线转转子感应应电动机机（旧标标准称为为绕线型型异步电电动机）。按运运转速度度划分：分为高高速电动动机、低速电电动机、恒速电电动机、调速电电动机。低速电电动机又又分为齿齿轮 HYPERLINK 减速速电动机机、电磁磁减速

22、电电动机、力矩电电动机和和爪极同同步电动动机等。1.1.1 直直流电机机定义输出出或输入入为直流流电能的的旋转 HYPERLINK 电电机，称称为直流流电机，它是能能实现直直流电能能和 HYPERLINK 机械械能互相相转换的的电机。当它作作 HYPERLINK 电动机机运行时时是 HYPERLINK 直流流电动机机，将电电能转换换为机械械能；作作 HYPERLINK 发电机机运行时时是 HYPERLINK 直流流发电机机，将机机械能转转换为电电能。直流电机机的结构构应由 HYPERLINK 定定子和转转子两大大部分组组成。直直流电机机运行时时静止不不动的部部分称为为 HYPERLINK 定子

23、，定定子的主主要作用用是产生生 HYPERLINK 磁场，由由机座、主 HYPERLINK 磁极极、换向向极、端端盖、轴轴承和 HYPERLINK 电电刷装置置等组成成。运行行时转动动的部分分称为 HYPERLINK 转转子，其其主要作作用是产产生 HYPERLINK 电磁磁转矩和和感应电电动势，是直流流电机进进行能量量转换的的枢纽，所以通通常又称称为 HYPERLINK 电枢枢，由转转轴、电电枢铁心心、 HYPERLINK 电枢枢绕组、 HYPERLINK 换向器器和风扇扇等组成成。一台直流流电机原原则上既既可以作作为 HYPERLINK 电动动机运行行，也可可以作为为发电机机运行，这种原原

24、理在电电机理论论中称为为可逆原原理。当当原动机机驱动电电枢绕组组在主磁磁极N、S之间间旋转时时，电枢枢绕组上上感生出出电动势势，经电电刷、换换向器装装置整流流为直流流后，引引向外部部负载（或 HYPERLINK 电网网），对对外供电电，此时时电机作作直流发发电机运运行。如如用外部部直流电电源，经经电刷换换向器装装置将直直流 HYPERLINK 电流流引向电电枢绕组组，则此此电流与与主磁极极N、SS产生的的磁场互互相作用用，产生生 HYPERLINK 转矩，驱驱动转子子与连接接于其上上的机械械负载工工作，此此时电机机作直流流电动机机运行。直流电机机的工作作原理：1.直流流发电机机工作原原理直流发

25、电电机的工工作原理理就是把把电枢线线圈中感感应的交交变电动动势，靠靠换向器器配合电电刷的换换向作用用，使之之从电刷刷端引出出时变为为直流电电动势的的原理。感应电电动势的的方向按按 HYPERLINK 右手定定则确定定（磁感感线指向向手心，大拇指指指向导导体运动动方向，其他四四指的指指向就是是导体中中感应电电动势的的方向。直流电动动机的工工作原理理导体受力力的方向向用左手手定则确确定。这这一对 HYPERLINK 电电磁力形形成了作作用于电电枢一个个力矩，这个力力矩在旋旋转电机机里称为为电磁转转矩，转转矩的方方向是逆逆时针方方向，企企图使电电枢逆时时针方向向转动。如果此此电磁转转矩能够够克服电电

26、枢上的的阻转矩矩（例如如由摩擦擦引起的的阻转矩矩以及其其它负载载转矩），电枢枢就能按按逆时针针方向旋旋转起来来。1.1.2 交交流电机机交流电机机是用于于实现机机械能和和交流电电能相互互转换的的机械。由于交交流电力力系统的的巨大发发展，交交流电机机已成为为最常用用的电机机。交流流电机与与 HYPERLINK 直流电电机相比比，由于于没有 HYPERLINK 换换向器（见直流流电机的的换向），因此此结构简简单，制制造方便便，比较较牢固，容易做做成高转转速、高高电压、大电流流、大容容量的电电机。交交流电机机 HYPERLINK 功率的覆覆盖范围围很大，从几瓦瓦到几十十万千瓦瓦、甚至至上百万万千瓦。

27、20世世纪800年代初初，最大大的汽轮轮发电机机已达1150万万千瓦。交流电机机的分类类：按电机功功用分类类：交流流电机主主要分为为发电机机和电动动机。发电机主主要分为为汽轮发发电机、水轮发发电机和和柴油发发电机。汽轮发电电机是两两极高速速同步电电机，是是依靠燃燃烧煤、核能等等能源进进行发电电的。是是火力发发电厂、核能发发电厂的的主要设设备之一一，由汽汽轮机或或燃气轮轮机驱动动发电。水轮发电电机是多多极低速速同步电电机，是是依靠水水力的位位能转换换成动能能作为能能源来进进行发电电的，由由水轮机机驱动发发电。柴油发电电机由柴柴油机驱驱动发电电，两者者组成柴柴油发电电机组。通常用用作土矿矿企业、医

28、院、楼房的的应急备备用电源源；军事事与民用用通信、伐地和和野外作作业，车车辆船舶舶等特殊殊用途的的独立电电源，以以及电网网输送不不到、又又不适于于建立火火力发电电厂地区区的生活活和生产产所需的的电源和和多种移移动电站站等。交流电动动机又分分为同步步电动机机和异步步电动机机。当电机的的三相对对称绕组组，接通通三相交交流电后后，在空空气隙中中产生一一个转速速为v=600f/pp的旋转转磁场。当电机机的运行行速度nn始终保保持与旋旋转磁场场相同速速度(nn=v)的电电动机称称为同步步电动机机。主要要用于轧轧钢机、球磨机机、压缩缩机、鼓鼓风机等等。优点点是能向向电网输输送无功功功率，改善电电网的功功率

29、因数数。缺点点是需要要直流励励磁，结结构比较较复杂，电机造造价较贵贵。电机的运运行速度度n始终低低于旋转转磁场速速度(nnv)的交交流电机机称为异异步电动动机。异异步电机机具有结结构简单单、制造造方便、运行可可靠、维维护简便便、价格格低廉等等优点，因此被被广泛的的应用在在石油、化土、电站、矿山、冶金等等土业部部门，用用于驱动动泵、风风机、粉粉碎机等等机械设设备，在在各种电电气传动动系统中中，有990%左左右的设设备采用用异步电电机驱动动。异步电机机的缺点点是：1.从电电网中吸吸取无功功励磁功功率，使使电网的的功率因因数变坏坏；2.调速速性能差差，不能能用于轧轧钢、造造纸等转转速要求求严格恒恒定

30、的设设备中，也不能能用于在在运行中中转速要要求有所所变化的的设备中中。1.2 虚拟仪仪器1.2.1 虚虚拟仪器器技术 HYPERLINK t _blank 虚拟仪器器技术就就是利用用高性能能的模块块化硬件件，结合合高效灵灵活的软软件来完完成各种种测试、测量和和自动化化的应用用。虚拟拟仪器技技术是随随着现代代计算机机技术、信息技技术、现现代测量量技术的的发展而而出现的的新技术术。虚拟拟仪器是是通过应应用程序序将计算算机资源源（微处处理器、存储器器、显示示器）和和仪器硬硬件（AA/D、D/AA、数字字I/OO、定时时器、信信号调理理器）的的测量功功能结合合起来，形成的的测量装装置或测测试系统统。用

31、户户通过友友好的图图形界面面（称为为虚拟面面板）操操作计算算机，就就像操作作传统仪仪器一样样，通过过库函数数实现仪仪器模块块间的通通信、定定时、触触发，以以及数据据分析、数据表表达，并并形成图图形化接接口。虚虚拟仪器器由计算算机、仪仪器软件件和仪器器硬件组组成。虚拟仪器器包括硬硬件和软软件两个个基本要要素。其其中，硬硬件的功功能是获获取被测测试的物物理信号号，提供供信号传传输的通通道。虚虚拟仪器器的硬件件技术以以GPIIB、PPXI等等先进的的计算机机接口总总线的发发展为发发展标志志。GPPIB、PXII接口是是早期比比较流行行的接口口，随着着虚拟仪仪器技术术的发展展，现在在使用比比较广泛泛的

32、接口口是DAAQ、PPXI和和LXII。DAQ（Datta AAcquuisiitioon）仪仪器，即即数据采采集仪器器是一种种典型的的虚拟仪仪器，以以微型计计算机为为平台，将计算算机硬件件（如某某类总线线）和计计算机软软件（虚虚拟仪器器应用软软件）结结合起来来，实现现特定仪仪器测量量和分析析的功能能。由仪仪器卡组组成DAAQ仪器器的方式式主要有有三种：内插式式，即将将仪器卡卡插入微微机内部部总线上上来构成成DAQQ仪器；外挂式式，即将将微机总总线引到到扩展箱箱中，在在扩展箱箱里插入入仪器卡卡来构成成DAQQ仪器；直接外外挂式，即在并并行口、USBB口等微微机外总总线接口口上接入入仪器卡卡来构

33、成成DAQQ仪器。GPIIB（GGeneerall Puurpoose Intterffacee Buus）总总线技术术，即IIEEEE-4888总线线，是一一种数字字式并行行总线，它将可可编程仪仪器和计计算机紧紧密结合合起来。典型的的GPIIB仪器器系统由由一台PPC、一一块GPPIB接接口板卡卡和若干干台GPPIB仪仪器通过过GPIIB标准准总线连连接而成成。目前前，这种种应用已已经较少少。VXXI（VVMEbbus Exttenssionns FFor Insstruumenntattionn，意为为“VMEEbuss在仪器器领域内内的扩展展”）是继继GPIIB第二二代自动动测试系系统之

34、后后，为适适应测试试系统从从分离台台式结构构向高密密度、高高效率、多功能能、高性性能的模模块结构构发展的的需要，吸收智智能仪器器和PCC仪器之之设计思思想，集集GPIIB系统统和高级级微机内内总线VVMEbbus之之精华设设计而成成的仪器器。它克克服了GGPIBB仪器的的数据传传输率和和资源利利用率低低的缺点点。PXI（PCII Exxtennsioons Forr Innstrrumeentaatioon）总总线仪器器是PCCI在仪仪器领域域的扩展展，主要要特点是是模块化化。PXXI总线线仪器以以CommpacctPCCI为基基础，改改进了PPCI总总线技术术，增加加了PCCI插槽槽，使之之

35、适合试试验、测测量与数数据采集集场合应应用，是是一种有有别于GGPIBB等总线线结构的的新型虚虚拟仪器器体系结结构。GPIBBVXIIPXII总线方方式（适适合大型型高精度度集成系系统）GGPIBB于19978年年问世，VXII于19987年年问世，PXII于19997年年问世。PC插卡卡并口式式串口UUSB方方式（适适合于普普及型的的廉价系系统，有有广阔的的应用发发展前景景）PCC插卡式式于800年代初初问世，并行口口方式于于19995年问问世，串串口USSB方式式于19999年年问世。综上所述述，虚拟拟仪器的的发展取取决于三三个重要要因素。计算机机是载体体，软件是是核心，高质量量的A/D采

36、集集卡及调调理放大大器是关关键。相相信随着着科技的的不断创创新发展展，随着着人们对对其更需需人性化化的需求求，虚拟拟仪器的的发展也也将会不不断地更更上一个个台阶，让其发发挥出应应有而更更广泛的的的功效效，让人人们的生生活更加加美好。虚拟仪器器的主要要特点有有：1.尽可可能采用用了通用用的硬件件，各种种仪器的的差异主主要是软软件。2.可充充分发挥挥计算机机的能力力，有强强大的数数据处理理功能，可以创创造出功功能更强强的仪器器。3.用户户可以根根据自己己的需要要定义和和制造各各种仪器器。4.虚拟拟仪器实实际上是是一个按按照仪器器需求组组织的数数据采集集系统。虚拟仪仪器的研研究中涉涉及的基基础理论论

37、主要有有计算机机数据采采集和数数字信号号处理。目前在在这一领领域内，使用较较为广泛泛的计算算机语言言是美国国NI公公司的LLabVVIEWW。5.虚拟拟仪器的的起源可可以追溯溯到200世纪770年代代，那时时计算机机测控系系统在国国防、航航天等领领域已经经有了相相当的发发展。PPC机出出现以后后，仪器器级的计计算机化化成为可可能，甚甚至在MMicrrosooft公公司的WWinddowss诞生之之前，NNI公司司已经在在Maccinttoshh计算机机上推出出了LaabVIIEW 2.00以前的的版本。对虚拟拟仪器和和LabbVIEEW长期期、系统统、有效效的研究究开发使使得该公公司成为为业界

38、公公认的权权威。目目前LaabVIIEW的的最新版版本为LLabVVIEWW 20009，LabbVIEEW 220099为多线线程功能能添加了了更多特特性，这这种特性性在19998年年的版本本中被初初次引入入。使用用LabbVIEEW软件件，用户户可以借借助于它它提供的的软件环环境,该该环境由由于其数数据流编编程特性性、LaabVIIEW Reaal-TTimee工具对对嵌入式式平台开开发的多多核支持持，以及及自上而而下的为为多核而而设计的的软件层层次，是是进行并并行编程程的首选选。6.普通通的PCC有一些些不可避避免的弱弱点。用用它构建建的虚拟拟仪器或或计算机机测试系系统性能能不可能能太高

39、。目前作作为计算算机化仪仪器的一一个重要要发展方方向是制制定了VVXI标标准，这这是一种种插卡式式的仪器器。每一一种仪器器是一个个插卡，为了保保证仪器器的性能能，又采采用了较较多的硬硬件，但但这些卡卡式仪器器本身都都没有面面板，其其面板仍仍然用虚虚拟的方方式在计计算机屏屏幕上出出现。这这些卡插插入标准准的VXXI机箱箱，再与与计算机机相连，就组成成了一个个测试系系统。VVXI仪仪器价格格昂贵，目前又又推出了了一种较较为便宜宜的PXXI标准准仪器。本次课题题是基于于虚拟仪仪器的电电机数据据采集分分析系统统设计，其中LLabVVIEWW是整个个系统的的核心，只有把把LabbVIEEW这个个模块运运

40、用得当当，才可可能使系系统完整整，才可可能使本本次课题题得以成成功实现现。LabVVIEWW是一种种程序开开发环境境，由美美国国家家仪器（NI）公司研研制开发发的，类类似于CC和BAASICC开发环环境，但但是LaabVIIEW与与其他计计算机语语言的显显著区别别是：其其他计算算机语言言都是采采用基于于文本的的语言产产生代码码，而LLabVVIEWW使用的的是图形形化编辑辑语言GG编写程程序，产产生的程程序是框框图的形形式。与C和BBASIIC一样样，LaabVIIEW也也是通用用的编程程系统，有一个个完成任任何编程程任务的的庞大函函数库。LabbVIEEW的函函数库包包括数据据采集、GPII

41、B、串串口控制制、数据据分析、数据显显示及数数据存储储等等。LabbVIEEW也有有传统的的程序调调试工具具，如设设置断点点、以动动画方式式显示数数据及其其子程序序（子VVI）的的结果、单步执执行等等等，便于于程序的的调试。美国国家家仪器公公司NII（Naatioonall Innstrrumeentss）提出出的虚拟拟测量仪仪器（VVI）概概念，引引发了传传统仪器器领域的的一场重重大变革革，使得得计算机机和网络络技术得得以长驱驱直入仪仪器领域域，和仪仪器技术术结合起起来，从从而开创创了“软件即即是仪器器”的先河河。“软件即即是仪器器”这是NNI公司司提出的的虚拟仪仪器理念念的核心心思想。从这

42、一一思想出出发，基基于电脑脑或工作作站、软软件和II/O部部件来构构建虚拟拟仪器。I/OO部件可可以是独独立仪器器、模块块化仪器器、数据据采集板板（DAAQ）或或传感器器。NII所拥有有的虚拟拟仪器产产品包括括软件产产品（如如LabbVIEEW）、GPIIB产品品、数据据采集产产品、信信号处理理产品、图像采采集产品品、DSSP产品品和VXXI控制制产品等等。1.2.2 虚虚拟仪器器发展现现状本设计利利用虚拟拟仪器开开发软件件LabbVIEEW和传传感器及及数据采采集卡等等硬件实实现电机机转速的的采集和和分析处处理以及及波形显显示。作作为一种种图形化化虚拟仪仪器开发发平台的的LabbVIEEW有

43、了了越来越越多的发发展空间间，基于于LabbVIEEW的电电机数据据采集系系统，相相对于传传统的测测试仪表表具有精精度高、自动化化程度高高的特点点，能同同时实现现谐波分分析仪、示波器器、电压压表、电电流表、转速表表等多种种仪器的的功能。本设计计还可用用于长时时间高速速连续采采集,不不会出现现数据丢丢失和串串道的问问题。不似其他他语言，LabbVIEEW是与与硬件关关联很紧紧密的尤尤其是NNI的板板卡产品品，同时时是一个个具有革革命性的的图形化化开发环环境，它它内置信信号采集集、测量量分析与与数据显显示功能能，摒弃弃了传统统开发工工具的复复杂性，为您提提供强大大功能的的同时还还保证了了系统灵灵活

44、性。LabbVIEEW将广广泛的数数据采集集、分析析与显示示功能集集中在了了同一个个环境中中，让您您可以在在自己的的平台上上无缝地地集成一一套完整整的应用用方案。近年来，世界各各国的虚虚拟仪器器公司开开发了不不少虚拟拟仪器开开发平台台软件，以便使使用者利利用这些些仪器公公司提供供的开发发平台软软件组建建自己的的虚拟仪仪器或测测试系统统，并编编制测试试软件。LabbVIEEW采用用图形化化编程方方案，是是非常实实用的开开发软件件。美国国HP公公司的HHP-VVEE和和HPTTIG平平台软件件，美国国Tekktrooniss公司的的Ez-Tesst和TTek-TNSS软件，以及美美国HEEM DD

45、ataa公司的的Snaap-MMartter平平台软件件，是国国际上公公认的优优秀虚拟拟仪器开开发平台台软件。当今虚拟拟仪器的的系统开开发采用用的总线线包括传传统的RRS-2232串串行总线线、GPP-IBB通用接接口总线线、VXXI总线线，以及及已经被被PC机机广泛采采用的UUSB通通用串行行总线和和IEEEE-113944总线（即Fiirewwiree，也叫叫做火线线）。世世界各国国的公司司，特别别是美国国NI公公司，为为使虚拟拟仪器能能够适应应上述各各种总线线的配置置，开发发了大量量的软件件以及适适应要求求的硬件件（插件件），可可以灵活活地组建建不同复复杂程度度的虚拟拟仪器自自动测试试系

46、统。虚拟仪器器开发商商不仅注注意使虚虚拟仪器器能够适适应上述述各种通通用计算算机总线线系统，使之为为虚拟仪仪器服务务，而且且也注意意建立各各种仪器器专用的的总线系系统。美美国NII公司在在19997年99月1日日推出模模块化仪仪器的主主流平台台PXII，这是是与Coopacct PPCI完完全兼容容的系统统。这种种虚拟仪仪器模块块化主流流平台PPXI/Commpacce，PPCI的的传输速速度已经经达到1100MMb/ss，是目目前已经经发布的的最高传传输速度度。虚拟仪器器的开发发厂家，为扩大大虚拟仪仪器的功功能，在在测量结结果的数数据处理理、表达达模式及及其变换换方面也也做了许许多工作作，发

47、布布了各种种软件，建立了了数据处处理的高高级分析析库和开开发工具具库（例例如测量量结果的的谱分析析、快速速傅立叶叶变换、各种数数字滤波波器、卷卷积处理理和相关关函数处处理、微微积分、峰值和和阈值检检队波形形发生、噪声发发生、回回归分析析、数值值运算、时域和和频域分分析等），使虚虚拟仪器器发展成成为可以以组建极极为复杂杂自动测测试系统统的仪器器系统。同其他技技术相比比，虚拟拟仪器技技术具有有四大优优势：1.性能能高虚拟仪器器技术是是在PCC技术的的基础上上发展起起来的，所以完完全“继承”了以现现成即用用的PCC技术为为主导的的最新商商业技术术的优点点，包括括功能超超卓的处处理器和和文件II/O，

48、使您在在数据高高速导入入磁盘的的同时就就能实时时地进行行复杂的的分析。此外，不断发发展的因因特网和和越来越越快的计计算机网网络使得得虚拟仪仪器技术术展现其其更强大大的优势势。2.扩展展性强NI的软软硬件工工具使得得我们不不再受限限于当前前的技术术中。这这得益于于NI软软件的灵灵活性，只需更更新计算算机或测测量硬件件，就能能以最少少的硬件件投资和和极少的的、甚至至无需软软件上的的升级即即可改进进整个系系统。在在利用最最新科技技的时候候，我们们可以把把它们集集成到现现有的测测量设备备，最终终以较少少的成本本加速产产品上市市的时间间。3.开发发时间少少在驱动和和应用两两个层面面上，NNI高效效的软件

49、件构架能能与计算算机、仪仪器仪表表和通讯讯方面的的最新技技术结合合在一起起。NII设计这这一软件件构架的的初衷就就是为了了方便用用户的操操作，同同时还提提供了灵灵活性和和强大的的功能，使我们们轻松地地配置、创建、发布、维护和和修改高高性能、低成本本的测量量和控制制解决方方案。4.无缝缝集成虚拟仪器器技术从从本质上上说是一一个集成成的软硬硬件概念念。随着着产品在在功能上上不断地地趋于复复杂，工工程师们们通常需需要集成成多个测测量设备备来满足足完整的的测试需需求，而而连接和和集成这这些不同同设备总总是要耗耗费大量量的时间间。NII的虚拟拟仪器软软件平台台为所有有的I/O设备备提供了了标准的的接口，

50、帮助我我们轻松松地将多多个测量量设备集集成到单单个系统统，减少少了任务务的复杂杂性。使使得测试试水准更更加完善善。1.2.3 虚虚拟仪器器系统构构成虚拟仪器器由硬件件设备与与接口、设备驱驱动软件件和虚拟拟仪器面面板组成成。其中中，硬件件设备与与接口可可以是各各种以PPC为基基础的内内置功能能插卡、通用接接口总线线接口卡卡、串行行口、VVXI总总线仪器器接口等等设备，或者是是其它各各种可程程控的外外置测试试设备，设备驱驱动软件件是直接接控制各各种硬件件接口的的驱动程程序，虚虚拟仪器器通过底底层设备备驱动软软件与真真实的仪仪器系统统进行通通讯，并并以虚拟拟仪器面面板的形形式在计计算机屏屏幕上显显示

51、与真真实仪器器面板操操作元素素相对应应的各种种控件。用户用用鼠标操操作虚拟拟仪器的的面板就就如同操操作真实实仪器一一样真实实与方便便。1.虚拟拟仪器系系统的硬硬件构成成虚拟仪器器的硬件件系统一一般分为为计算机机硬件平平台和测测控功能能硬件。计算机机硬件平平台可以以是各种种类型的的计算机机，如台台式计算算机、便便携式计计算机、工作站站、嵌入入式计算算机等。它管理理着虚拟拟仪器的的软件资资源，是是虚拟仪仪器的硬硬件基础础。因此此，计算算机技术术在显示示、存储储能力、处理器器性能、网络、总线标标准等方方面的发发展，导导致了虚虚拟仪器器系统的的快速发发展。按照测控控功能硬硬件的不不同，VVI可分分为D

52、AAQ、GGPIBB、VXXI、PPXI和和串口总总线五种种标准体体系结构构，它们们主要完完成被测测输入信信号的采采集、放放大、模模/数转转换。2.虚拟拟仪器系系统的软软件构成成测试软件件是虚拟拟仪器的的主心骨骨。NII公司在在提出虚虚拟仪器器概念并并推出第第一批实实用成果果时，就就用软件件就是仪仪器来表表达虚拟拟仪器的的特征，强调软软件在虚虚拟仪器器中的重重要位置置。NII公司从从一开始始就推出出丰富而而又简洁洁的虚拟拟仪器开开发软件件。使用用者可以以根据不不同的测测试任务务，在虚虚拟仪器器开发软软件的提提示下编编制不同同的测试试软件，来实现现当代科科学技术术复杂的的测试任任务。在在虚拟仪仪

53、器系统统中用灵灵活强大大的计算算机软件件代替传传统仪器器的某些些硬件，特别是是系统中中应用计计算机直直接参与与测试信信号的产产生和测测量特性性的分析析，使仪仪器中的的一些硬硬件甚至至整个仪仪器从系系统中消消失，而而由计算算机的软软硬件资资源来完完成它们们的功能能。虚拟拟仪器测测试系统统的软件件主要分分为以下下四部分分。(1)仪仪器面板板控制软软件仪器面板板控制软软件即测测试管理理层，是是用户与与仪器之之间交流流信息的的纽带。利用计计算机强强大的图图形化编编程环境境，使用用可视化化的技术术，从控控制模块块上选择择你所需需要的对对象，放放在虚拟拟仪器的的前面板板上。(2)数数据分析析处理软软件利用

54、计算算机强大大的计算算能力和和虚拟仪仪器开发发软件功功能强大大的函数数库可以以极大提提高虚拟拟仪器系系统的数数据分析析处理能能力，节节省开发发时间。(3)仪仪器驱动动软件虚拟仪器器驱动程程序是处处理与特特定仪器器进行控控制通信信的一种种软件。仪器驱驱动器与与通信接接口及使使用开发发环境相相联系，它提供供一种高高级的、抽象的的仪器映映像，它它还能提提供特定定的使用用开发环环境信息息。仪器器驱动器器是虚拟拟仪器的的核心，是用户户完成对对仪器硬硬件控制制的纽带带和桥梁梁。虚拟拟仪器驱驱动程序序的核心心是驱动动程序函函数VII集，函函数VII是指组组成驱动动的模块块化子程程序。驱驱动程序序一般分分为两

55、层层，底层层是仪器器的基本本操作，如初始始化仪器器配置仪仪器输入入参数、收发数数据、查查看仪器器状态等等。高层层是应用用函数VVI层，它根据据具体测测量要求求调用底底层的函函数VII。(4)通通用I/O接口口软件在虚拟仪仪器系统统中，II/O接接口软件件作为虚虚拟仪器器系统软软件结构构中承上上启下的的一层，其模块块化与标标准化越越来越重重要。VVXI总总线即插插即用联联盟，为为其制定定了标准准，提出出了自底底向上的的I/OO接口软软件模型型即VIISA。作为通通用I/O标准准，VIISA具具有与仪仪器硬件件接口无无关性的的特点，即这种种软件结结构是面面向器件件功能而而不是面面向接口口总线的的。

56、应用用工程师师为带GGPIBB接口仪仪器所写写的软件件，也可可以于VVXI系系统或具具有RSS-2332接口口的设备备上，这这样不但但大大缩缩短了应应用程序序的开发发周期，而且彻彻底改变变了测试试软件开开发的方方式和手手段。1.2.4 虚虚拟仪器器系统软软面板设设计标准准虚拟仪器器软面板板是用户户用来操操作仪器器，与仪仪器进行行通信，输入参参数设置置，输出出结果显显示的用用户接口口。其设设计准则则是：1.按照照VPPP规范设设计软面面板，使使面板具具有标准准化、开开放性、可移植植性。2.根据据测试要要求确定定仪器功功能。根根据测试试任务确确定仪器器软面板板具体测测试、测测量功能能，开关关、控制

57、制等设置置要求。3.用面面向对象象的设计计方法设设计软面面板。按按照面向向对象的的设计思思想，一一个虚拟拟仪器集集成系统统由多个个虚拟仪仪器组成成，每个个虚拟仪仪器均由由软面板板控制。软面板板由大量量的虚拟拟控件组组成。1.3 数据采采集组建一个个基于LLabVVIEWW的虚拟拟仪器系系统，传传感器和和数据采采集模块块是最基基本的硬硬件。其其中，传传感器是是将被测测试的物物理量转转换为电电量的基基本环节节；数据据采集则则将模拟拟信号转转换成数数据信号号供计算算机进行行分析处处理。本本节将介介绍虚拟拟仪器中中数据采采集的基基本知识识。数据采集集就是将将被测对对象的各各种参量量（物理理量、化化学量

58、、生物量量等）通通过各种种传感器器件做适适当转换换后，再再经过信信号采样样、量化化、编码码、传输输等步骤骤送到控控制器进进行数据据处理或或记录的的过程。控制器器一般有有计算机机承担。计算机机是数据据采集系系统的核核心，它它对整个个系统进进行控制制，并对对采集的的数据进进行加工工处理。在智能仪仪器、信信号检测测与处理理、工业业自动化化控制领领域中，都存在在着信号号的采集集与处理理问题。数据采采集系统统结构如如图1.1所示示。图1.11 数据据采集系系统结构构利用NII公司提提供的数数据采集集卡和LLabVVIEWW开发数数据采集集程序，模拟信信号的采采集过程程如图11.2所所示。数数据采集集卡中

59、通通过多路路开关、A/DD转换器器和数据据缓存（Buffferr）几个个部件将将多通道道的模拟拟信号转转换成数数字信号号并存储储在数据据缓存中中。计算算机通过过LabbVIEEW中的的数据采采集VII对数据据采集卡卡中的采采集控制制电路进进行控制制，数据据采集卡卡和计算算机之间间通过计计算机总总线实现现交换数数据和传传递控制制信息。图1.22 模拟拟信号的的数据采采集过程程一个多通通道数据据采集的的过程一一般要经经过以下下几个步步骤。(1)数数据采集集VI传传递相关关采样参参数给数数据采集集卡。 采样频率率：即多多路开关关进行一一次扫描描的频率率。采样次数数：即多多路开关关扫描的的次数。采样通

60、道道：即多多路开关关对哪些些通道进进行扫描描。数据缓存存的大小小：确定定可以将将多少扫扫描的数数据存储储到数据据缓存中中。(2)采采样开始始，多路路开关对对采样通通道进行行一次扫扫描，每每个通道道一个点点。(3)采采样的模模拟信号号送到AA/D转转换器转转换成数数字信号号。(4)数数字信号号存储到到数据缓缓存中。(5)重重复(22)-(4)的的操作，知道完完成所需需的采样样次数。(6)从从数据采采集卡的的数据缓缓存中读读取数据据到计算算机的内内存中。(7)单单点、单单通道或或不经过过缓存的的采样过过程将上上述过程程做相应应的简化化即可。第2章 总体体方案设设计2.1 总体方方案设计计电机相关关