毕业设计（论文）-基于LabVIEW的多参数数据采集平台设计(16页).docx

-毕业设计（论文）-基于LabVIEW的多参数数据采集平台设计-第 11 页本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：基于LabVIEW的多参数数据采集平台设计 学 院：电气工程学院 专 业：测控技术与仪器 班 级：测仪121 学 号： 学生姓名： 指导教师：2016年 6 月 5 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 摘要IIIAbstractII目录I第一章 绪论11.1 引言11.2 多参数数据采集国内外发展现状11.3 数据采集系统设计方案论证1第二章 总体方案3 2.1 多通道数据采集系统总体硬件框图322 程序设计概述4 2.2.1程序设计的模块化原则4 2.2.2软件系统的模块化设计原则4 2.3 本设计的软件系统模块划分6第三章 设计多通道采集电路 7 31 电流采样电路的设计7 32 电压采样电路的设计83.3 基于Proteus的下位机单片机系统设计10 3.4联调演示12第四章 数据采集15 4.1数据采集程序15 4.2数据保存程序15 4.3历史数据查询程序16第五章 总结17 致谢18 参考文献19 摘要数据采集设备的优点科技研究和开发的数据采集设备配置,社会保障电子文件收集照片,如身份证自动识别模块中,用户可以根据实际情况选择。它可以调节照片,并且可以得到准确的信息。在确保规范照片,你只需要把照片放在一个社保卡照片数据收集器槽、进机器,电脑屏幕上的图像,根据社会保障卡上图数据收集器图片按钮,计算机自动生成一个图像的电子文件,保证收集到的标准个人照片图像信息的准确性。提高信息的准确性,该公司提出了社会保障卡数据处理工厂的概念。参保个人数据通过数据处理软件,由于输入错误等原因,很少使用为解决词错误率在30% - 30%,根据管理模式,确保数据速率达到一定标准。数据的采集和处理那就用到了虚拟仪器，虚拟仪器领域中LabVIEW是重要的和使用很常见的工具。虚拟仪器领域的技术热点目前是测量和控制，它是未来仪器技术的发展方向。它最大特点是“按需建设，如你随用”国家仪器公司的软件产品虚拟仪器,是最具代表性的,虚拟仪器语言虚拟仪器是一个革命性的图形化编程开发环境,它是基于G语言,用户数据采集、控制、数据分析和数据表示。基于虚拟仪器的数据采集系统是下一代自动测试系统的发展方向。 AbstractThe advantages of data acquisition equipment technology research and development of data acquisition device configuration, the social security electronic document collection pictures, such as id card automatic recognition module, the user can choose according to actual situation. It can adjust the picture, and can ensure the accuracy of the information. In ensuring specification pictures, you just need to put the photos on a social security card photo data collector trough, into the machine, the images on the computer screen, according to the social security card above data collector pictures button, the computer automatically generate an image of electronic file, to ensure the accuracy of the standard personal photo image information collected. Improve the accuracy of the information, the company puts forward the concept of social security card data processing factory. Ginseng protect personal data through data processing software, due to reasons such as input errors, rarely used to solve the word error rate from 30% to 30%, according to factory management model, to ensure that the data rate reaches a certain standard. Data acquisition and processing, then use the virtual instrument in the field of virtual instrument LabVIEW is important and the use of common tools. Virtual instrument technology hot spot is currently in the field of measurement and control, it is the development direction of the future instrument technology. Its biggest characteristic is "on-demand construction, such as you in".The national instruments (NI) of the company's software products - LabVIEW, is the most representative, virtual instrument language LabVIEW is a revolutionary graphical programming development environment, it is based on G language, user data acquisition, control, data analysis and data representation. The data acquisition system based on LabVIEW is the development direction of the next generation of automatic test system. 第一章 绪论 1.1 引言 近几年来,得到发展和应用的东西是以计算机为中心,尤其越来越多的发展的是网络化测控技术和网络化测控，网络化测控系统一般有两个部分:测控终端和传播媒介这两个,与个人电脑的高速发展,测控终端更原始的位置被个人电脑占领。其中,软件系统是计算机系统的中很重要的系统,设置是整个控制系统的灵魂,应用于测量和控制领域的软件系统监控软件。通信网络的传输媒介主要是完成了通信和数据采集,数据采集系统测量和控制系统的主体是主要的控制任务。因此,“监控软件和数据采集系统”结构的测量和控制系统已广泛应用于特别多领域,并形成一套完整的理论。1.2 多参数数据采集国内外发展现状 数据采集器的主要功能熟实现数据的快速采集，通过条码或者电子标签扫描的方式把需要的信息录入采集器中，再采用不同的传输方式，如：数据线、wifi、蓝牙、gprs或者3g的方式传输给电脑或者网页端等接收端，接收端的系统或者软件对资料的处理，做到方便快捷，目前国内主流行业中普遍使用最多的行业分别为：1.运输快递行业（主要做为单据的实时更新，快递所到之处进行采集传输到网页以便客户及时查询），2.服装行业（随着服装行业的发展，品种繁多所以每件衣服上均有条形码所以用数据采集器对服装进行仓库管理会更快，当然随着物联网条形码发展，简单条码扫描已经满足不了服装发展，现在服装采用RFID电子标签管理，这样更快的处理所有数据，无需一个条码一个条码的扫描了）3.档案管理行业、图书馆里、仓库管理等一些均使用到这些。以后发展方向，随着大数据时代来临，后面的各行各业均会和条码行业相关 1.3 数据采集系统设计方案论证最经典的基于单片机的数据采集系统和一些很习惯用的的外围电路控制核心去构建系统, ,以前的那些传统的系统就比较繁琐，所以不能满足更多用户的要求。目前,国家仪器开发的虚拟仪器技术领域的数据挖掘技术,丰富的是因为它的高速采集图形化编程语言的性能,和许多其他重要的功能是在领先位置,但这些技术大多是基于虚拟仪器昂贵的数据采集硬件的支持,因此不受到很多的通用应用程序青睐。然而,两个软件基于虚拟仪器的LabVIEW设计的数据采集系统可以有效地解决这些问题。数据采集系统的设计分为下位机器数据实时监控和数据采集部分上位机部分。下位机器部分主要完成温度信息采集功能,上位机部分采用虚拟仪器软件界面设计,完成接收的数据实时显示简单的处理后,在下位机可以节省大量的单元电路, 如历史描述曲线有效地提高可预见性和效率的事故。连接上机器和较低的机器由虚拟仪器实现温度的采集和显示在上位机中。虚拟仪器的设计采用虚拟仪器开发平台实验室,它是一种有效的图形化编程环境,加上很容易使用的图形格式的灵活性开发环境和强大的编程语言,提供了一个直观的编程效果。第二章 基于LabVIEW的多参数数据采集平台设计总体设计2.1 多通道数据采集系统总体硬件框图整个系统通过传感器转化为电信号过程当中,开始于被测量的对象。然后就经过信号调理模块进行简单处理,如热阻控制模块,热电偶模块,桥梁应变仪控制模块、信号发送到数据采集卡的采集,然后利用软件进行处理。具体框图见图2.1 多通道数据采集系统硬件结构图。 图2.1 多通道数据采集系统总体硬件框图 软件是虚拟仪器的关键。设计一个虚拟仪器系统,可以设计各种的软件,实现了仪器的不同性能。在设计和实现虚拟仪器的软件系统,需要考虑很多因素,如计算机硬件需求,操作系统,软件是建立在开放的环境下的,可以使用这个软件程序移植在在不同的计算机平台上? 需要编程经验吗?你能很便捷地扩展虚拟仪器功能吗。由于选用特殊软件开发,必须有一定数据采集过程。2.2 程序设计概述 数据采集系统的功能在很大意义上取决于它的研究和开发软件等已经明确了系统的设计目标,应采取良好的应用程序开发方法,如结构化设计方法,模块化的思想、多线程和评价标准的软件系统等等。 2.2.1程序设计的模块化原则模块化结构都是精心设计的软件系统,应用系统的基本特征是由一些功能相对独立的模块构成。好的软件结构应该反映自上而下的控制方式,控制性能之间的模块间的关系是总司令和从属关系。隐含信息和信息模块的基本特征是抽象的过程。所以我们注重模块化的解决问题,在比较高的层次上的抽象可以用来解决问题的语言环境的抽象描述;而在低层次抽象和可以使用程序上的术语。模块化的概念和逐步求精方法,面向问题的条件和实现面向方面都在一起。一个独立模块有两个定性标准指标:即块接触(凝聚力)块之间的联系(耦合),块接触指的是模块之间的连接,连接块小,模块的独立性越高。块接触指的是模块内部部件。一个模块是块接触的,模块的独立性将会改善。接触良好的模块结构,模块应该尽可能小,接触块应该尽可能大 2.2.2软件系统的模块化设计原则为了开发软件有很好的可靠性,易于维护,易于扩展和装卸方便,以下是软件设计应的原则。1)自顶向下逐步求精的设计方法刚开始接触软件设计的时候就不明白问题开始时所有关键的地方,我们就会做出很模糊的想法，抽象的东西对我们来说很难理解。所以一步一步的改进，每一步的改进和细化让我们初学者更容易理解。2)根据逻辑功能划分物理模块模块分解:消除重复的功能部分,使模块块接触较高,低块之间的联系。(2)合并模块;(3)模块的复制。3)模块的范围应该在该模块控制模块是指模块和模块的影响的范围。只要依靠在一个模块都包含某种决定操作,这个模块范围内的决心。4)模块间的调用关系模块之间的调用和被调用时,是由各自的逻辑功能模块和模块的扇入扇出没有必要限制。一般而言,底层模块高,风扇的扇出顶层模块较高。5)应保持一个清晰的和模块接口该模块的设计中必须考虑到减少模块接口的复杂性。可以来保持模块接口简单,一方面,必须减少模块间的信息传递,更重要的是传递必要的信息有一个清晰的逻辑意义。6)模块属性应保持一个条目单一入口模块,容易理解。由于减少不好作用,可以减少不必要错误的发生机率。可以有好几个模块出口组成,这个中间应该有一个清晰的逻辑意义。7)判断模块结构层之间被添加到提高可伸缩性图2.2 a,B模块调用,后来扩展到打电话C(图2.2 B)。当这样的扩展,除了增加在C语言中,尚未修改,这种变化可能是困难的。图2.2 c、F层模块之间添加了一个法官,开关量国旗决定调用模块,改变,所以只有有限的标记集,大大减少工作量。图 2.2 模块结构 2.3 本设计的软件系统模块划分系统的主要功能程序模块划分标准,其他的功能包括数据采集、历史数据查询等。如图2.4所示的多通道数据采集功能模块图 图2。4 数据采集功能模块图 第三章 设计多通道信号采集电路 31 电流采样电路的设计a.电流转换电路图3.1电流的开关电路,包括CT的霍尔电流传感器DT50 - P,其性能稳定、可靠,易于安装。如何选择电阻R是简单,可以参考上面的电压转换电路,这里不再是。图3.1 交流信号采样电路图3.2 电流转换电路电路工作原理:核心模块的电路和模拟比较器提供参考电压为7.5 V,参考电压值在这里建议敏度7.5 V,可以稍微的值大于7.5 V,为了提高系统的稳定性,目前通过机型应该保证模拟比较器偏置电流超过10倍机型值尽可能大。R1、R2并行调试方便,在现实中很难找到的电阻电阻非常合适,虽然滑动变阻器非常合适这个实验,但是市场价格特别贵,所以代替为两个电阻并联调试是个比较理想的效果。假设R是R1,R2,平行的价值,对当前通过R有类型的,可以认为是TL431灌溉当前最小值,并通过R2当前模拟比较器的偏置电流可以不用考虑在内的。两个电阻的选择, ,选择小于1的偏置电流,应该10倍当前通过内偏置电流。b .滤波器补偿电路由于测试点是STATCOM电压电流在同一点的电网谐波干扰的滤波补偿电路。分别后的三相电压和电流转换电路必须输入滤波补偿电路包括两个部分:RC滤波器的部分,另一部分是相位补偿,如图因为一些终端负载电流采样等于峰值检测的过程,事实上,这实际上是一个峰值检测电路零内部模拟比较器失调电流超过10倍,电阻值尽可能大,这样既减少了能源消耗,确保系统的稳定性。使用模拟比较器可使其内部集电极开路输出,程序的输出用来满足负载电阻。3.2 电压采样电路的设计图3.3 电压采样电路电压转换电路电压转换电路通过霍尔电压传感器CHV - 50 p。CHV - 50 p型传感器输出电压与原边是电气隔离电路,输出电流和电压成正比。以上电压转换电路单相电压转换电路,这里选择抵抗Ru1和抵抗Ru2一些结论所以电阻Ru1选择功率大的异能抗力。此外,为了防止共模干扰的交流输入端并联两个电容c。当然,为了消除这些干扰可以添加隔离变压器电压转换电路之前,之后选择电阻Ru1应该对应的隔离变压器电压变化和改变。因为CHV - 50便士输入额定电流In2 ADMC40l A / D转换通道检测,必须将输出电流转换为电压和电压传感器的输出端串联电阻Ru2。ADMC401 A / D转换通道检测电压范围- 2 v + 2 v,是抵抗Ru2消耗功率小,阻力Ru2选择没有特殊要求。b .滤波器补偿电路由于测试点是STATCOM电压电流在同一点的电网谐波干扰的滤波补偿电路。,分别后的三相电压和电流转换电路必须输入滤波补偿电路包括两个部分:RC滤波器的部分,另一部分是相位补偿,如上图所示。 图3.4 采集系统的程序框图 在LabVIEW开发项目包括前面板和框图两部分组成。前面板是一个图形用户界面,用户的界面是由交互输入和输出控制这两种类型构成的。数值、文本输入控件是由按钮,输入设备组成输入、输出控制。程序框图的逻辑功能是实现虚拟仪器图形化源代码,框图的编程元素除了包括前面的控制对应的接线端点,和函数和常量,结构和连接等。串口通信程序设计都要通过VISA,它是NI公司开发了一种用于与各种先进仪器总线应用程序编程接口。LabVIEW8.2以上,驱动程序前要加载VISA，然后就可以使用一个USB,GPIB, PXI,串口编程和调试和以太网系统配置。一套简单容易实用的控制功能是由VISA提供的,强大的资源管理和仪器控制的性能,在应用形式是比较简单的。图3.5 采集系统上位机的程序框图前面板有一个串口测试、波形显示和数据集的功能。然后关闭了串口读写按照VISA配置程序。串口测试按钮和与非门和门联锁装置数据采集按钮,添加当前时间设置函数前的波形图。3.3 基于Proteus的下位机单片机系统设计 利用Proteus设计了一个简单的单片机仿真系统，如图3.6所示。图3.6 采集系统下位机仿真系统P2口,可模拟读取数据的A / D转换器。串行部分可以省略当模拟TTL电平RS - 232电平转换电路,通过虚拟串口通信和上位机,可以接受电脑发送数据,直接从P2口没有任何处理和数据转移到电脑,再由电脑显示和处理,这样我们就可以利用PC机强大的数据处理功能来完成相关操作。 图3.7 电流电压采集图3.4 联调演示要将上位机与下位机通信需要配置一下串口，由于一般PC机只有COM1一个串口，很不方便做仿真测试，所以通一对虚拟串口COM3、COM4通过串口软件VSPD XP5来生成，串口联调演示如图3.8所示图3.8 串口设置COM1、COM2,左上角是一个PC串接端口,在它的下面为一个虚拟串口,我们一直没有设置为空。点击下方添加一对按钮将出现COM3和COM4为两个串行端口是一个虚拟的串口,和RS - 232标准,设置完成后COM3和COM4为虚拟链接时,函数的定义和使用方法完全一样的电脑物理串行端口,这些函数是虚拟串口软件VSPD XP5支持,不需要人为的管理,这是在模拟非常有用,但是在做物理COM3和COM4为COM1数据线路的两端分别插入就可以了。这里介绍VSPD使用方法:(1)首先在KEIL编译器书面程序。(2)打开VSPD,接口(3)KEIL和虚拟串行端口绑定,现在COM3和KEIL的绑定。进入调试模式在KEIL,以下命令在命令行上输入数据4800， 0，8，1 COM3(在这里设置同样的波特率是正确的,程序),ASSIGN COM3 顶多(单片机串口和COM3一起)。(4)打开串口调试助手,你可以看到虚拟串行COM3和COM4,我们要选择COM4,设置为4800,校验位是多位数据位,1个停止位,点开COM4位。在接下来的一些机器，点开串口COMPIM属性按钮,选择其中串口COM3，如图3.9所示。图3.9 C0MPIM属性配置打开的属性单片机,设置频率11.0592 MHz,为了获得准确的波特率4800个基点。编译后的源程序与软件生成十六进制文件并下载到单片机,如3.10所示图3.10 属性配置正常运行后再虚拟仪器,同时观察运行的效果。在上位机数据采集按钮,打开串口调试第四章 数据采集4.1数据采集程序系统采用采集卡,这个卡要支持DAQmx,所以这个设计是用到了DAQmx数据采集,在本部分中,主要采集参数设置和配置的输入办法,抽样最大最小设置。模仿波形抽样从一个或多个通道的多个点波形。收集、采集程序设计的时候,也需要确定采集两个点之间的时间间隔等参数(采样频率)和采样点。相对于单点采集、波形采集的参数需求,设置更多,甚至使用更多的计算机资源,同时还需要使用缓冲区。实现连续波形采集,其实现方法简单地读取数据和必要的数据处理程序的循环。而不是整个数据采集程序循环,这是因为如果是这样,每次数据采集操作的数据收集,包含设置,启动和删除操作,和相邻的两个集合之间如果有这些操作,采集很难确保持持续。一定要注意,模拟输出信号的硬件,即使停下来清理任务,采集卡输出端口仍将任务结束时最后一个数据样本,直到一个新的任务，如果采集卡作为输出信号没有必要长期比零水平,容易损坏,所以你不需要输出信号模拟输出任务完成,需要运行一个单点输出代码,将前面的输出通道设置为0。过程如图所示。图4.1 数据采集程序 4.2数据保存程序数据收集的数据保存到MySQL数据库,第一部分的工作是选择数据库和数据库表,然后使用LabSQL工具按照一定的时间间隔将收集的数据保存到数据库表中。具体的数据采集和保存过程如图4.2所示。图4.2采集保存程序 4.3历史数据查询程序图4.3 历史数据查询程序历史数据查询,因为已经收集的数据存储在数据库中,因此,历史数据查询只需要根据某些条件从数据库中检索,其中就有检索条件的问题存在,和保存数据的主键设置是解决了时间的问题,每个数据是也应该是唯一一个的，所以确定了条件保存数据。具体的过程如图4.3所示。第五章 总结 用LabVIEW开发电脑界面操作简单,快速和强大,用户可以将他们的时间和精力进行实验,数据分析和结论的总结将没有很多时间花在实验系统的设备。因此,虚拟仪器适用于科学研究,适合于工程应用。单片机基于Proteus仿真系统建立了快速、方便,可以直接运行结果,其快捷的功能让我们更快时间上完成实验。如果进行系统调试、测试没有目标原型可以进行采集验证时；并应用在实际项目关闭的时候。由此可见,在实际的项目开发,两种仿真系统软件是以一个数据采集程序完成的,可以验证设计的正确性,可以缩短非常多的时间上的消耗,这样就可以减少设计的成本。利用LabVIEW实现多参数的数据采集,利用仿真实验，我们对电压电流信号进行了有效的采集。在这个设计当中编写硬件采集程序这部分是我们在学习上有些许接触。但是对于我们学习研究这个题目我们就要更加深入地了解硬件，去理解硬件需要做什么的。在多参数数据采集系统的基础上,去创建建一个数据库,包括收集数据的存储功能和数据的历史记录等。整个系统我是从硬件到软件进行网络的全面一个设计和实施,是很不错的显示了数据采集系统功能和实际应用。在设计过程中,每个子程序设计,测试它的功能然后可以设计其他的子例程,所以程序调试阶段顺利,到最后的一些阶段中设计的这个系统,用到了许多框架,这些框架中特别重要的应该是事件结构。使用LabVIEW构成的实际测量和控制系统将成为一个重要的工具和测试技术的发展方向,额外的设计部分,反映了网络测量和控制技术的发展。通过这个设计,技术的深刻理解是一个重要的发展方向发展的工具。LabVIEW新模式和强大的功能。随着计算机技术和信息技术的发展,虚拟仪器将会扩展到各个领域,导致新型改革的测量和控制装置。致谢 五六月的到来，大学本科四年在这美丽的贵州大学里度过。在这大四下学期这个学期中我们惬意地生活然后陪伴着我们这个学习的是我们的毕业论文，想想大一刚来贵州时候的时光仿佛就在昨日，在这些时间里论文成稿，在这时候终于可以对这个学期交一个答卷了。我要感谢,非常感谢我的导师王民慧老师。她随和热情,仔细学术。她总是在聊天可以鼓励你,像一个知心朋友在论文写作和修辞方面,她总是“专业标准”严格要求你,真的很感谢王民慧老师。每次去电工楼去找王民慧老师，她都会很认真负责任指导我们一步一步地去完成，从开题到弄设计方案然后做提纲，到最后完成这个设计。特别感谢王民慧老师的辛勤付出。时间过得真的快,。真的是一眨眼,一眨眼，一眨眼四年的本科生活即将结束。,每一刻的心留念。平静的说,然而,无论是知识,知道故事的人物和经验。在这方面,简单的做一个总结。一个学期的毕业论文(设计)这个设计也给我感触很深，只要每天多花时间，能腾出我们空余时间去做这个设计，其实只要我们稍微用心我们就能很好的完成它。四年,无论是学习、工作生活问题,老师会解决一心一意地提供指导,让我感动。也在这里,为我的大学生涯设计画了完美很好的句号。我学术论文写作的开始,也是从这里开始的。在贵州贵阳这美丽的城市我们一起度过的学习、成长的生活，在这贵州大学这一个良好环境大家庭下,我们发展自己能力和丰富自己生活,再贵州这个美丽的地方让我度过美好的生活。参考文献1 王福瑞等.单片微机测控系统设计大全M. 北京：北京航空航天大学出版社，1999.2 韩九强.现代测控技术与系统M. 北京：清华大学出版社，2007.9.3 程德福，林君.智能仪器M. 北京：机械工业出版社，2005.2.4 中国标准出版社.电气制图国家标准汇编M. 北京：中国标准出版社，20015.5 陈树学，刘萱. LabVIEW宝典M. 北京：电子工业出版社，20113