高電壓技術(shù)論文

1、基于daqmx的模擬電壓生成與采集系統(tǒng)設(shè)計 在labview中，快速express vi和底層daqmx vi都可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。快速vi簡單、方便、易用，在實現(xiàn)功能相對單一的數(shù)據(jù)采集任務(wù)時經(jīng)常選用；然而，底層vi卻可以靈活地實現(xiàn)功能比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。另外，底層vi的執(zhí)行效率高于快速vi。因此，在實際應(yīng)用中，選擇使用底層vi?；谶@一思想，本設(shè)計選用底層vi，借助于ni usb6009數(shù)據(jù)采集卡以及數(shù)據(jù)采集卡配置軟件max（measurement&automation explorer），在labview中生成并采集電壓模擬信號。一、總體方案設(shè)計本系統(tǒng)前面板的虛擬界面如圖1所示。圖1 系

2、統(tǒng)前面板1、前面板功能說明與使用方法（1）系統(tǒng)實現(xiàn)的功能系統(tǒng)運行狀態(tài)下，選擇好通道，配置相應(yīng)參數(shù)后，按下綠色“啟動”按鈕，生成的電壓波形和采集到的電壓波形分別在各自的波形圖表中顯示出來，生成電壓頻率由數(shù)值顯示控件顯示，指示燈由紅變綠，表示數(shù)據(jù)生成與采集程序正在運行。按下紅色“停止”按鈕，波形圖表所顯示的數(shù)據(jù)定格，指示燈由綠變紅，表示數(shù)據(jù)生成與采集程序停止運行。再次按下“啟動”（或“停止”）按鈕，數(shù)據(jù)生成與采集程序繼續(xù)（或停止）運行。按下藍(lán)色“退出系統(tǒng)”按鈕，整個程序停止運行，“啟動”和“停止”不再具有啟停功能。（2）界面的使用方法第一步，運行程序。第二步，配置參數(shù)。首先，選擇生成電壓的輸出通道

3、以及采集電壓的輸入通道。由于采用了ni usb6009數(shù)據(jù)采集卡，在max中創(chuàng)建了相應(yīng)任務(wù)，這里選用usb-6009/ao0和usb-6009/ai0通道。然后，配置輸出電壓最大和最小伏值、輸出速率與每周期點數(shù)。ni usb6009模擬電壓的輸出伏值是0-5v，最大最小伏值設(shè)置時要在這個范圍中進(jìn)行；輸出速率配置的是ms數(shù)，數(shù)值越大，輸出波形變化越緩慢；每周期點數(shù)越多，生成的波形越平滑，越接近正弦波。最后配置通道采樣數(shù)。usb6009支持的采樣數(shù)為1-1024，超限系統(tǒng)會以對話框的形式報錯，并指出原因。第三步，操作按鈕。按下“啟動”按鈕，如若配置參數(shù)正確，波形圖表顯示波形，數(shù)值顯示控件顯示顯示輸

4、出頻率。按下“停止”按鈕，同時停止數(shù)據(jù)的生成與采集。再次按下“啟動”按鈕，繼續(xù)生成和采集數(shù)據(jù)。按下“退出系統(tǒng)”按鈕，整個程序終止運行。補充說明，如若在運行狀態(tài)下修改程序，需要再次“啟動”后，方能實現(xiàn)新配置參數(shù)下數(shù)據(jù)的生成與采集；而“啟動”按鈕在“停止”按鈕按下，即“停止”狀態(tài)下才生效。所以，在啟動狀態(tài)下調(diào)整參數(shù)配置，需要先轉(zhuǎn)換到停止?fàn)顟B(tài)，配置好后，重新轉(zhuǎn)換到啟動狀態(tài)。另外，也可以在運行程序之前，首先完成參數(shù)的配置。2、程序框圖的總體架構(gòu)本系統(tǒng)程序框圖如圖2所示。圖2 系統(tǒng)程序框圖（1）結(jié)構(gòu)關(guān)系系統(tǒng)的主體模塊是模擬電壓生成模塊和模擬電壓采集模塊（這兩個模塊將在后面詳細(xì)說明），主體模塊程序由條件結(jié)

5、構(gòu)觸發(fā)，觸發(fā)條件是“啟動”按鈕按下。為了保證條件結(jié)構(gòu)的循環(huán)掃描，在條件結(jié)構(gòu)之外使用while循環(huán)結(jié)構(gòu)。該循環(huán)的跳出條件是，“停止”按鈕按下。同時，“退出系統(tǒng)”按鈕按下也可以終止本循環(huán)。因為“退出系統(tǒng)”的屬性節(jié)點（值改變）與“停止”按鈕的狀態(tài)做“或”運算后的結(jié)果賦給該循環(huán)終止條件。由于布爾輸入控件使用了屬性節(jié)點，其機械動作只兼容前三種，按下后無法自動跳回。這就要求系統(tǒng)在運行上述循環(huán)程序之前，對這些布爾輸入控件恢復(fù)默認(rèn)值。另外，系統(tǒng)運行狀態(tài)指示燈在主體程序運行之前，也應(yīng)保持關(guān)閉的顯示狀態(tài)。所以在這里引入順序結(jié)構(gòu)，在主體程序執(zhí)行之前，使用這些控件的調(diào)用節(jié)點，將其全部恢復(fù)默認(rèn)值。為了在“退出系統(tǒng)”按鈕

6、按下之前，“啟動”、“停止”按鈕能夠無限次實現(xiàn)啟停操作，在順序結(jié)構(gòu)之外，再次使用while循環(huán)，以“退出系統(tǒng)”按鈕作為終止條件。（2）主體模塊主體模塊由三部分組成，分別是系統(tǒng)運行狀態(tài)指示、模擬電壓生成和模擬電壓采集。后兩個部分在后文具體說明，這里僅對“系統(tǒng)運行狀態(tài)指示”部分進(jìn)行說明?！跋到y(tǒng)運行狀態(tài)指示”在虛擬界面上顯示為一個指示燈的兩種顏色變化：綠色表示“啟動”，紅色表示“停止”。如圖3 所示。 （a）啟動狀態(tài) （b）停止?fàn)顟B(tài)圖3 運行狀態(tài)指示控件在前面板中的兩種顏色變化該部分的程序框圖由條件循環(huán)中的布爾顯示控件與順序結(jié)構(gòu)第一幀中的調(diào)用節(jié)點構(gòu)成。如圖4所示，當(dāng)“運行”按鈕按下時，條件結(jié)構(gòu)“真”

7、狀態(tài)下的程序（主體程序）開始運行，“系統(tǒng)運行狀態(tài)”指示燈vi被賦真值，使界面中的指示燈控件顯現(xiàn)綠色；當(dāng)“停止”按鈕按下時，包含上述條件結(jié)構(gòu)的while循環(huán)停止運行，本次順序執(zhí)行結(jié)束，然而，在最外層while循環(huán)的連續(xù)執(zhí)行下，順序結(jié)構(gòu)再次運行，第一幀中的“系統(tǒng)運行狀態(tài)”的恢復(fù)默認(rèn)值調(diào)用節(jié)點將指示燈關(guān)閉。 （a）條件結(jié)構(gòu)中賦真值的布爾顯示控件 （b）順序結(jié)構(gòu)第一幀中布爾顯示控件的調(diào)用節(jié)點圖4 運行狀態(tài)指示程序框圖中的具體實現(xiàn)方法二、主體程序設(shè)計說明1、模擬電壓生成模擬電壓生成部分的程序框圖如圖5所示。圖5 模擬電壓生成部分程序框圖模擬電壓生成部分的程序由daqmx通道創(chuàng)建vi、daqmx開始任務(wù)v

8、i、daqmx寫入vi 、daqmx清除任務(wù)vi和簡易錯誤處理器vi組成。daqmx通道選擇vi選擇模擬電壓輸出模式。daqmx寫入vi選擇“模擬”、“單通道”、“單采樣”、“dbl”。對簡易錯誤處理器vi創(chuàng)建“對話框類型”常量，在其下拉菜單中選擇“ok message + warnings”。daqmx寫入vi是這個部分的核心，圖6所示，為該vi的圖標(biāo)及其在模擬dbl1通道1采樣模式下的接線端子。任務(wù)/通道輸入端與daqmx開始任務(wù)vi的任務(wù)輸出端相連。數(shù)據(jù)端送予數(shù)學(xué)運算生成的正弦波形。整個寫入過程放在一個while循環(huán)中，實現(xiàn)波形的連續(xù)生成與向通道不斷寫入。該循環(huán)的停止條件是，“停止”或“

9、退出系統(tǒng)”按鈕按下，或者通道寫入出錯，三種情況其中之一發(fā)生。圖6 daqmx寫入（模擬dbl1通道1采樣）當(dāng)停止循環(huán)寫入之后，使用daqmx清除任務(wù)vi清除通道中寫入的數(shù)據(jù)。使用該vi，在清除之前，vi將停止該任務(wù)，并在必要情況下釋放任務(wù)保留的資源。如在寫入的過程中出錯，簡單錯誤處理器vi將以對話框形式顯示有錯誤發(fā)生。由于設(shè)置的對話框類型為ok message with warnings，則顯示含有警告和確定按鈕的對話框。確認(rèn)該對話框后，該vi將控制返回至主vi。2、模擬電壓采集模擬電壓采集部分的程序框圖如圖7所示。圖7 模擬電壓采集部分程序框圖模擬電壓采集部分的程序由daqmx通道創(chuàng)建vi、

10、daqmx開始任務(wù)vi、daqmx讀取vi 、daqmx停止任務(wù)vi和簡易錯誤處理器vi組成。daqmx通道選擇vi選擇模擬電壓輸入模式。daqmx讀取vi選擇“模擬”、“多通道”、“多采樣”、“1d波形”。對簡易錯誤處理器vi創(chuàng)建“對話框類型”常量，在其下拉菜單中選擇“ok message + warnings”。daqmx讀取vi是這個部分的核心，圖8所示，為該vi的圖標(biāo)及其在模擬1d波形n通道n采樣模式下的接線端子。任務(wù)/通道輸入端與daqmx開始任務(wù)vi的任務(wù)輸出端相連。在每通道采樣數(shù)端創(chuàng)建輸入控件，這樣，在前面板就可以配置其采樣數(shù)值。讀取的數(shù)據(jù)由波形圖表顯示在前面板中，在數(shù)據(jù)端創(chuàng)建標(biāo)

11、簽為“采集電壓波形”的波形圖表。整個讀取過程放在一個while循環(huán)中，實現(xiàn)通道數(shù)據(jù)的連續(xù)讀取。該循環(huán)的停止條件是，“停止”或“退出系統(tǒng)”按鈕按下，或者通道讀取出錯，三種情況其中之一發(fā)生。圖8 daqmx讀取（模擬1d波形n通道n采樣）當(dāng)停止循環(huán)讀取之后，使用daqmx停止任務(wù)vi終止任務(wù)，使其返回daqmx開始任務(wù)vi尚未運行。如在讀取的過程中出錯，簡單錯誤處理器vi將以對話框形式顯示有錯誤發(fā)生。由于設(shè)置的對話框類型為ok message with warnings，則顯示含有警告和確定按鈕的對話框。確認(rèn)該對話框后，該vi將控制返回至主vi。三、usb6009及max與labview的配合使用

12、基于labview的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集硬件、驅(qū)動程序的用戶接口和daq vi構(gòu)成。硬件驅(qū)動程序是應(yīng)用軟件對硬件的編程接口，包含對硬件的操作命令，并完成與硬件之間的數(shù)據(jù)傳遞；在measurement & automation explorer中，用戶可以對硬件進(jìn)行必要的設(shè)置和測試。labview中的數(shù)據(jù)采集vi按照measurement & automation explorer中的設(shè)置采集數(shù)據(jù)。它們的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖9所示。數(shù)據(jù)采集硬件硬件驅(qū)動程序驅(qū)動程序的用戶接口 measurement&automation explorerlabview開發(fā)環(huán)境數(shù)據(jù)采集vi圖9 基于labview的數(shù)據(jù)采

13、集系統(tǒng)1、 max創(chuàng)建任務(wù)在計算機上接入usb6009數(shù)據(jù)采集卡，打開max軟件，創(chuàng)建模擬電壓輸出任務(wù)，即模擬電壓生成任務(wù)，如圖10。(a) 新建任務(wù)（b）選擇通道圖10 使用max創(chuàng)建模擬電壓輸出任務(wù)在max中創(chuàng)建任務(wù)后，要對任務(wù)進(jìn)行配置。設(shè)置最大伏值為5，最小伏值為0；接線端配置采用rse模式（參考單端模式），即以系統(tǒng)地作為參考進(jìn)行測量；生成模式選用1采樣（按要求）。具體配置如圖11所示。圖11 usb6009模擬電壓輸出任務(wù)的參數(shù)配置本次設(shè)計中，還需要創(chuàng)建模擬電壓輸入任務(wù)，即模擬電壓采集任務(wù)。其配置與輸出任務(wù)類似，這里不再驁述。2、 usb6009數(shù)據(jù)采集卡硬件連線本設(shè)計選用的數(shù)據(jù)采集硬

14、件是ni usb6009數(shù)據(jù)采集卡。使用usb數(shù)據(jù)線與計算機相連。使用導(dǎo)線將ai0于ao0連接起來。如圖12。圖12 usb6009數(shù)據(jù)采集卡的硬件接線3、labview通道選擇由于數(shù)據(jù)采集卡的硬件接線是將ai0與ao0相連，所以在max中選擇任務(wù)的物理通道時，要包括ao0與ai0，而在labview前面板中的生成及采集通道選擇輸入控件的下拉菜單中，分別選擇usb-6009/ao0和usb-6009/ai0，這樣，才能將程序生成的模擬電壓波形送給輸出通道ao0，而又通過輸入通道ai0將模擬電壓值采集回來，通過波形圖表在界面中顯示出來。這里對daqmx通道創(chuàng)建vi進(jìn)行具體說明。圖13所示為daq

15、mx通道創(chuàng)建vi的圖標(biāo)和及其在ai電壓或ao電壓模式下的接線端子。圖13 daqmx創(chuàng)建通道（ai-電壓-基本）/（ao-電壓-基本）在讀取部分，在daqmx創(chuàng)建通道vi的“物理通道”端子創(chuàng)建輸入控件，在界面中對通道進(jìn)行選擇，只有選擇與實際硬件接線及max任務(wù)配置相一致的通道，才能實現(xiàn)指定通道數(shù)據(jù)的讀取。再寫入部分，該vi除了需要選擇通道外，還需要進(jìn)行，電壓伏值的上下限設(shè)置。所以分別在“最大值”、“最小值”端子創(chuàng)建數(shù)值輸入控件。四、總結(jié)1、設(shè)計收獲通過本次設(shè)計，初步掌握了應(yīng)用daqmx vi進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的編程方法，數(shù)據(jù)采集硬件的接線注意事項以及max軟件的任務(wù)創(chuàng)建與參數(shù)配置步驟；相對深入的理解了數(shù)據(jù)采集的原理；切身體會了labview在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，和在虛擬儀器設(shè)計中的強大功能