基于虚拟仪器平台的凸轮检测数据处理系统的设计毕业论文(37页).doc
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1、-基于虚拟仪器平台的凸轮检测数据处理系统的设计毕业论文-第 33 页基于虚拟仪器平台的凸轮检测数据处理系统的设计摘 要以往的对数据处理分析中,都会存在灵活性不强而且成本较高等缺点。本次论文研究的课题是结合工厂生产要求,设计基于虚拟仪器对检测数据处理的系统。不但提高了灵活性而且降低成本更具有实时性等优点。工厂机械生产中,通常会对机械进行凸轮检测,这时会产生大量的数据,而且会对同一型号或同一参数进行多次检测。这便造成时间的浪费,同样,久用的机械设备也要进行检测,如果没有参数作为参考,可能耽误生产。本设计主要以两个工作任务来解决这些问题,一是通过对凸轮检测出来的数据进行处理,研究一种在Lab Win
2、dowsCVI平台能对Microsoft Access存储的数据进行调用,对历史数据的存放和读取以及新数据的写入。二是利用Lab Windows/CVI与武汉亚为科技的USB Adio模块实现数据传输,通过另一台检测装置对数据的处理。实践表明该方案对于数据管理切实可行。关键字:虚拟仪器;设备驱动、数据库 USB AdioAbstractPrevious analysis of data processing, the high cost will still exist and flexibility in faults. This paper research topic is combin
3、ed with factory production requirements, the design of detection data processing based on virtual instrument system. Not only can improve the flexibility and reduce the cost more has the advantages of real-time performance.Factory machinery production, usually to CAM mechanical testing, then will pr
4、oduce large amounts of data, and many times for the same model or parameter detection. It will cause waste of time, again, a long time with the machinery and equipment also want to test, if there are no parameters for reference, may hold up production. This design mainly by the two task to solve the
5、se problems, one is to process the data detected by CAM, research in Lab Windows/CVI platform can call on Microsoft Access the data stored on the storage of historical data and read and write new data. 2 it is using Lab Windows/CVI and RS232 serial interface for data transmission, through another te
6、sting device for data processing. Practice shows that the scheme for data management is feasible.Key words: virtual instrument; Device drivers, and the database,USB Adio目录第1章 绪论11.1题目介绍11.2 虚拟仪器对检测数据处理的演变与发展11.3主要任务2第2章 工作内容42.1工作内容与实施步骤42.2设计流程图5第3章 凸轮检测数据的提取与存储63.1凸轮检测装置63.1.1 检测系统的构成63.1.2系统的工作原理
7、63.1.3系统的特点63.1.3原始凸轮廊线计算的数值方法63.1.4 基本方程:63.2 凸轮的误差分析73.3 函数逼近和曲线拟合73.4 多项式曲线拟合83.5 正交多项式曲线拟合83.6凸轮升程83.7 凸轮检测的其他参数9第4章 CVI软件设计与功能的实现114.1 Lab Windows/CVI界面设计114.1.1 Lab Windows/CVI的主要功能114.1.2 建立用户界面114.2 CVI与数据库144.3 Lab Windows/CVI数据调用154.4 实现对数据库数据提取功能184.4.1 实现ODBC数据源查询、数据库查询、显示表testres的内容184.
8、4.2 数据记录的操作204.5 Lab Windows/CVI历史数据的处理214.6关于Lab Windows/CVI应用程序21第5章 串行接口功能设计及实现235.1 USB ADIO模块的介绍235.2 USB ADIO模块设计245.2.1 RS232通讯协议基本结构245.2.2 USB ADIO模块界面设计265.3 Lab WindowsCVI串行接口连接275.4功能实现出现的一些问题28第6章Lab WindowsCVI图像显示及分析29第7章 总结与展望32谢辞33参考文献34主要程序清单35CVI操作界面部分程序清单35USB ADIO模块连接程序清单:39第1章 绪
9、论1.1题目介绍20世纪80年代以后,电子技术和计算机技术的高速发展催生了新的对数据处理的方法、理论和仪器的出现。这些新的仪器技术在许多方面冲破了传统仪器的概念,测量仪器的功能开始发生了质的变化,在这种背景下,虚拟仪器应运而生。虚拟仪器借助于计算机的软硬件平台建立的测试与控制系统。通过虚拟仪器,用户可以根据自己的需求设计自己所需的仪器系统并对检测出来的数据进行处理,仅仅通过修改软件就能改变仪器功能,以满足多种多样的应用需求。Lab Windows/CVI是虚拟仪器语言中应用最普遍的、最有代表性的软件平台。Lab Windows/CVI以C语言为基础,采用图形化的编程方式,无须掌握复杂的编程技巧
10、便可完成程序设计,操作简便却功能强大,能够满足用户进行数据采集、数据处理、数据分析和数据存储的需求。设计具有高精度、灵活性、可移植性、有强大的分析处理及存储能力的数据分析系统具有实际意义。通过对虚拟仪器的了解和研究,本文提出了基于虚拟仪器平台的凸轮检测数据数据处理系统的设计。文中首先对虚拟仪器的原理、特点、应用进行了分析,在此基础上阐述了数据采集系统的设计思想,并分别给出了系统设计的软件平台与数据调用和利用串行接口实现检测装置对Lab Windows/CVI数据访问。软件设计在NI公司开发环境下进行。作者利用Lab Windows/CVI编写了系统的应用程序,实现了包括数据采集、数据处理与分析
11、、数据显示与存储在内的多个模块的功能,实现了对信号的滤波等处理,界面直观。1.2 虚拟仪器对检测数据处理的演变与发展传统的电子测量仪器、测试系统由信号采集、数据处理与分析和处理结果的最终显示三部分组成放在一个仪表机箱内,这三部分都是用电子线路来实现的,即都是采用硬件来实现的。传统仪器经历了从模拟仪器到数字化仪器的变革,随着现代科学技术和生产的不断发展,测试项目日益增多,测量范围日渐扩大,对测试系统在精度、速度及功能方面有了更高的要求,这就促使我们要不断的改进和完善测量仪器和测试方法,组建自动测试系统,使测试仪器逐步向智能化、自动化和虚拟化发展演变。智能仪器是将微处理器置入测试仪器,使其能进行自
12、动测量,并具有一定的数据处理能力。它的全部功能都是以硬件的形式存在,并通过键盘和鼠标来实现。近年来的一些智能仪器由于语音技术的应用实现了测量结果的自报功能,有的增加了触摸屏功能,但无论是开发还是应用,都缺乏灵活性。随着计算机技术、数字信号处理技术的进步,实现各种信号处理功能的软件算法精度越来越高,速度越来越快,在仪器的数据处理与分析部分,用软件代替硬件成为可能,即算法代替电子线路,能够实现传统仪器的信号处理功能。同时,处理结果的最终显示原本就是计算机的长项,这样吧传统仪器的后两部分用计算机软件来实现而不再采用硬件来实现,就形成了所谓的虚拟仪器。但是虚拟仪器的面板显示在计算机的屏幕上,仪器的操作
13、是通过鼠标选中不同的按键和旋钮来完成的。根据实际生产的需要,采用不同的软硬件组合,用户就能在屏幕上定义自己的仪器,生成各种不同仪器面板。传统的独立仪器由制造商来定义它的功能,而虚拟仪器完全由用户自己来定义仪器的功能,虚拟仪器是一种功能意义上的仪器是传统仪器观念的一次巨大变革,将代表仪器未来发展的一个重要方向。目前,虚拟仪器的应用受到了一定的限制。这是因为面向微波、通讯等领域的专用测试仪器,包括通用仪器的高端产品一直以来是台式仪器垄断着市场,相应的模块仪器产品为数不多。不过,近年来已有多家仪器厂商正在研制、开发面向测试高端领域的宽带、高速、复杂的模块化仪器。由于虚拟仪器本身是以计算机为平台,具有
14、方便、灵活的互联能力,随着通信技术、总线技术和网络化虚拟仪器的出现是一种必然。除了必要的硬件接口支持,虚拟仪器软件开发平台使用户可以借助Windows系统远程桌面、Lab Windows/CVI串口通信,可实现远程测试、诊断和维修。1.3主要任务本次设计的目的是对出厂机械凸轮检测出来的数据进行处理。设计中的凸轮检测是以盘形凸轮为例。如果产品存在不合格,长时间运作会使电动机瘫坏,甚至使工作人员得不到人身安全。数据是通过盘形凸轮检测装置检测出厂机械获得的,并将数据送入微机RAM内存储,进行转换。能够实现存储在Access中,并能通过Lab Windows/CVI调用函数。然后通过波形图的比较,如果
15、波形有较大的差异,这时就需要工作人员进行对机械的重新维修。最后利用USB ADIO模块实现一台检测装置对计算机数据的访问并实现数据处理功能,这就是我们常说的远程控制,这样就不必看着电脑点着鼠标。方便切快捷的实现功能。第2章 工作内容2.1工作内容与实施步骤本次设计主要从三个方面着手,第一是Access对采集来的数据进行存储,我利用检测到的数据进行整理,对两个数据进行存储一个是极坐标的角度,另一个是极径。极坐标角度的范围是0360度。利用参数公式运算,得到升程值。将获得的数据存储到Access中。对于数据库的存储,最新的数据库管理系统(DBMS)是将数据保存在表的形式。通过记录和字段的表结构构成
16、二维形式实现字段(包括:记录称为行,称为列)。数据库中每个表必须有一个唯一的名称,每个表中字段也必须有一个唯一的名称。每个领域都有其自己的数据类型,程序必须明确所有字段的数据类型,可以指定程序中的一个字段对应类型的变量,不然访问数据库数据类型会有不匹配错误的发生。使用Microsoft Access创建数据库比较简单,具体实现步骤如下:打开软件,创建一个空数据库,名为TestData.MDB,然后用表设计,创建一个数据库表。将需要创建一个表的列名依次填在写字段名称中,如极坐标角度,极径。并且根据数据填写的指定数据类型。如果需要对字段进行说明,则在最右边一列添加必要的说明文字。每个字段的属性有一
17、系列需要设置,如字段大小、格式和默认值。用户可以根据需要进行设置。新创建的数据没有任何记录在表中,开始测试后,测试程序获得的数据将填写相应的表格中。下面将进行第二方面设计。利用虚拟仪器Lab Windows/CVI设计出来的界面,对存储在Access中的数据进行调用。Lab Windows/CVI并没有直接通过标准函数库提供数据库的操作函数,也没有在工具包中包含数据库的驱动器。要在Lab Windows/CVI的环境下使用数据库,必须先安装CVI SQL Tookit工具包。工具包中一共包含了11个子类的函数库,这些数据库编程API使Lab Windows/CVI编写的上层应用程序对数据库的访
18、问得以实现。对界面编程的具体步骤为:制定程序设计的基本方案。根据任务确定程序的基本框架,其中包括程序界面和程序中所需要的函数等。创建用户图形界面。更具第一步制定的方案创建用户图形界面及回调函数名。程序源代码的编制。让计算机生成程序代码及回调函数的基本框架。添加函数代码,完成代码的编制工作。工程项目的完成。编译并调试程序,把头文件,用户图形界面文件,源代码文件添加到项目文件中去,完成整个程序的编制。虚拟仪器将接收到信息,并且将获得数据转化为波形的形式在界面中显示,接下来就是对数据进行分析,并设计出利用USB ADIO模块实现计算机与检测装置的互联。也就说,通过一台检测装置,利用串行接口,将计算机
19、内的数据传输到检测装置中,这时的检测装置也能够实现数据以波形图显示。本人的计算机是联想G470版,只有USB端口和VGA端口。图2-1 USB Adio模块2.2设计流程图本次设计的具体流程图如图所示:USB调用数据一台计算机中LabVIEW虚拟仪器存储于access中的相关数据检测设备图2-2 设计流程图第3章 凸轮检测数据的提取与存储3.1凸轮检测装置3.1.1 检测系统的构成 检测系统是由三部分组成:凸轮实验台;传感器;Apple-II计算机及输出系统等外部设备。凸轮试验台是用DY-2型手工检测台改装而成。而传感器则包括光电脉冲发生器和带磁栅数显表的磁尺。3.1.2系统的工作原理凸轮试验
20、台输出的凸轮角位移和从动件线位移Si,通过观点脉冲发生器和磁尺发生的信号进入磁栅数显表,得到凸轮单位转角(0.5)从动件位移量Si,用汇编语言编制的程序将数据送入内存储,并进行转换,然后又输出系统间测量值输出或被调用。3.1.3系统的特点 该系统与国内现有的检测装置比较,不但具有速度快、效率高、操作简便、不需要寻找凸轮升程的起点位置的有点;而且测得的数据可存储在磁盘中,随时可调用或进行处理。3.1.3原始凸轮廊线计算的数值方法 若被测盘形凸轮机构的从动件型式与检测装置相同,即直动对心滚子从动件,则按检测系统采集的数组用数值方法可直接计算出廊线和刀具中心轨迹坐标,并由绘图仪绘出去廊线图图3-1
21、凸轮廊线图3.1.4 基本方程:理论廊线方程:实际廊线方程:数控铣床铣刀中心轨迹坐标方程:压力角和曲率半径校核:式中:滚子半径;刀具半径;凸轮的法相角3.2 凸轮的误差分析检测装置的测量()含有误差,主要凸轮加工误差,检测装置的制造误差以及测量仪表的误差,它们的和为 从而导致凸轮从动件明显的类加速度误差为凸轮检测时必须设法消除误差。为此,除提高检测装置和仪表的精度外,拟用函数逼近的方法求出凸轮从动件运动的近似方程式,以提高检测的精度,同时求的其差值,还凸轮的本来面貌。3.3 函数逼近和曲线拟合(1)按测量值()寻出凸轮从动件的近似运动函数来反映自变量和因变量间关系,使其误差或它的平方和为最小,
22、即(2)被测凸轮从动件逼近函数的形式选择有Weierstrass定理:设f是闭区间0,1上的任一连续函数,为任一整数,则存在一多项式P,使不等式|f(x)-P(x)|7时,系数矩阵容易出现病态,使求解发生困难。而正交多项式则可避免上述缺陷,它的表达式为式中,是正交函数,即其中,wi为权系数,通常取1 按式求误差平方和极小值的条件,并利用正交原理,求的:3.6凸轮升程升程是凸轮转一圈最高点和最低点的距离,因为要旋转,必须有个轴带动它,那个槽就是键槽(固定轴用的)红色方块是旋转到最高点,黑色方块是旋转到最低点,如图所示图3-2 升程3.7 凸轮检测的其他参数假设动摆杆的运动规律为正弦加速运动,表达
23、式为:推程:回程:式中:为从动摆杆角位移;为从动摆杆最大角位移;为凸轮运动角度;为凸轮回程运动角;为凸轮推程运动角。凸轮与从动摆杆的运动轮廓曲线是一对共轭曲线,在一直摆杆规律、凸轮的运动和从动件轮廓曲线的条件下,利用共轭关系变能求的凸轮理论轮廓曲线,如图5-1所示,以凸轮回转中心为坐标原点,从动件摆杆回转中心,凸轮基圆半径r,摆杆l。摆动从动件的处事位置在行程起始位置时的,凸轮逆时针旋转角度后,凸轮与动件接触点为点A。利用反转法求凸轮轮廓A点,可以看成绕反转角度到达位置,在摆动角度到达位置。也可看成绕点反转(+)角度,到达绕点,再由平移到位置。设置A点坐标可用一次坐标旋转和一次坐标平移变换得到
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