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虚拟仪器虚拟电压表课程设计报告.doc
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虚拟仪器虚拟电压表课程设计报告.doc
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第一章 虚拟仪器课程设计的目的意义
1.1 课程设计的目的及要求
1.1.1 设计目的
本课程设计的目的主要是让学生在理解理论知识的基础上掌握虚拟仪器技
术的组件的性能、属性、创建虚拟仪器的方法理论基础和虚拟仪器的图形编程方
法,掌握虚拟仪器系统软件开发工具,综合利用传感器技术和虚拟仪器技术进行
虚拟仪器的综合开发,以及掌握虚拟仪器在测量仪器、过程控制、信号分析、网
络远程控制等应用技能。
1.1.2 设计要求
本课程要求学生从理论上掌握虚拟仪器系统的基本构成及基本设计思想,图
形语言有关知识,在课程设计过程中能利用数据采集卡和相应的硬件设施完成课
程设计任务。使学生掌握虚拟仪器系统软件的设计方法,提高计算机技术综合应
用的能力。
软件实验部分主要学习图形化编程软件 LabVIEW 的原理及编程方法,按照
实验内容和要求进行操作,循序渐进地掌握 VI 程序及子程序的创建和调用,编
辑和调试,各种结构、图表、图形和数组的使用,以及字符串和文件 I/O 的操作,
熟悉 LabVIEW 的各种函数以及菜单,选项的作用和功能。硬件实验部分,主要
了解 PCI-6024E 多功能数据采集卡的使用方法和采集通道设置,并创建 VI 程序
控制数据采集卡的 I/O 操作,利用信号发生器产生信号,实时检测,显示测量数
据及波形,并写出课程设计报告。
1.2 课程在教学计划中的地位和作用
《虚拟测试技术与仪器课程设计》是为测控专业《虚拟测试技术与仪器》课
程而开设的课程设计教学环节,其目的在于培养我们综合运用理论知识来分析和
解决实际问题的能力。
通过课程设计能进一步锻炼学生在虚拟测试技术与仪器应用方面的实际工
作能力。我们要着重学会面对一个实际问题,如何去自己收集资料,如何自己去
学习新的知识,如何自己去制定解决问题的方案并通过实践不断地去分析和解决
前进道路上的一切问题。
2
第二章 设计任务
2.1 必选题设计任务
电子秤是各行业对物料进行计量或工矿企业在生产过程中对物料重量进行
各种控制的新一代重量计量器具。作为重量测量仪器,智能电子秤在各行各业中
开始显现其测量精度高,测量速度快,操作简单易学,可以实时监控的巨大优点,
使其已经开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称,成为测重领域的主流产品。
结合传感器技术、数据采集技术和虚拟仪器技术开发设计一种基于 LabVIEW
的虚拟电子秤,采用普通 PC 机为主机,利用图形化可视测试软件 LabVIEW 8.5
为软件开发平台,完成虚拟仪器电子秤的标定程序、测量程序设计,进行测量数
据的低通滤波,应用编写的电子秤 VI 进行重量测量,记录数据并与实际值进行
比较,简要分析引起误差的原因。
2.2 选作题设计任务
电压是电路中常用的电信号,通过电压测量,利用基本公式可以导出其它的
参数。因此,电压测量是其他许多电参数和非电参数量测量的基础,测量电压相
当普及的一种测量仪表就是电压表。
结合数据采集技术和虚拟仪器技术设计一种基于 LabVIEW 8.5 的虚拟数字电
压表,应用 DAQ 卡获取电压信号,或产生模拟信号,分别进行交直流电压测量,
实现电压数字显示(直流档显示直流电压,交流档显示有效值,平均值和峰
值),通道配置与选择,交、直流选择,采样频率、采样点数设置。
3
第三章 总体设计方案
3.1 虚拟电子秤总体设计方案
本系统主要通过 LabVIEW8.5 编程来实现电子秤的功能,采用模块化设计,
将不同测量内容设计成单独的功能模块,各子模块分别完成一定的功能。
系统主要由硬件和软件模块构成,硬件模块利用 DVCC-TES 压力实验平台和
PCI-6024E 数据采集卡采集压力信号并进行 A/D 转换。软件模块细分为前面板设
计和框图程序设计,前面板主要由输入控制器和输出控制器组成,可通过控制模
板和工具模板构建;框图程序主要由数据采集处理模块、标定模块、重量测量显
示模块和价格计算显示构成,数据采集处理模块主要完成模拟量与数字量的相互
转换,实现数据的采集测量并进行滤波处理,标定模块主要是对系统进行标定,
重量测量模块主要完成测量结果的显示。总体设计流程图如图 3.1 所示。
图 3.1 虚拟电子秤总体设计流程图
开始
数据采集卡初始化
读取采样数据
对数据进行处理
测量结果显示
结束
零点标定?
斜率标定?
是
是
否
否
标定零点
标定斜率
4
3.2 虚拟数字电压表总体设计方案
根据虚拟数字电压表的设计要求,可以知道其组成部分包括数据采集和数据
处理显示两部分。
数据采集部分采用 NI 公司 PCI-6024E 卡获取电压信号或者产生模拟信号,
数据处理部分软件基于虚拟仪器开发平台 LabVIEW8.5 进行开发,主要控制数据
采集卡的数据采集,并对采集得到的数据进行分析处理并显示。总体设计流程图
如图 3.2 所示。
图 3.2 虚拟数字电压表总体设计流程图
开始
设置数据采集卡
显示交流电压参数
读取采样数据
对直流信号进行处理
结束
直流
否
是
对交流信号进行处理
显示直流电压参数
5
第四章 硬件设计
4.1 PCI-6024E 卡及安装
PCI-6024E 卡将作为本次课程设计的数据采集卡,VI 程序通过它来实现虚拟
仪器的输入输出功能。PCI-6024E 卡是基于 32 位 PCI 总线的高性能、多功能的
数据采集卡。它有 16 个单端输入或 8 个差分模拟输入,2 路独立的 DA 输出通道,
24 条与 TTL 兼容的数字 I/O,3 个用于 I/O 定时的 16 位计数/定时器。
将 PCI-6024E 数据采集卡插到计算机主板上的一个空闲 PCI 插槽中,接好
各种附件,包括一条 50 芯的数据线和一个转接板。
4.2 PCI-6024E 卡 I/O 配置
PCI-6024E 卡同 NI 公司的绝大部分数据采集卡一样是即插即用型的设备,
硬件正确安装后,如果机器安装了 LabVIEW 和 NI-DAQ,就会出现在 Measurement
& Automation Explorer 的 Configuration>Mysystem> Devices and Interfaces
列表中。
在设备名 PCI-6024E 上单击右键,选择 Properties,就会出现采集卡的配置
对话框配置包括 System,AI,AO,Accessory,OPC 和 Remote Access 五个部分的设
置。
4.3 PCI-6024E 卡通道配置
在使用 DAQ 设备的模拟 I/O 或数字 I/O 功能时,必须首先配置设备的通道。
在 Measurement & Automation Explorer 中配置通道步骤如下:
① 右键单击 Data Neighbourhood 图标,选择弹出菜单中的 Insert,系统会
弹出 Insert New 对话框。单击 Finish;
② 在弹出的 Create New Channel 对话框中将通道类型设置为 Analog
Input,单击下一步;
③ 在 Enter Channel Name and Description 对话框中,将通道名称设置为
ScropA,并填上适当的通道描述,单击下一步;
④ 在 Channel Wizard 对话框中,选择传感器或测量信号类型,单击
下一步;
⑤ 设置单位为 Volts,量程为-5V~5V,单击下一步;
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