畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于labview的ns級(jí)陡波信號(hào)采集與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 基于labview的ns級(jí)陡波信號(hào)采集與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要對(duì)于傳統(tǒng)的信號(hào)采集與處理系統(tǒng)設(shè)備，花費(fèi)成本高，兼容性差、使用過(guò)程中額外費(fèi)用多并且要求操作員具有較高的熟練程度。考慮到那些問(wèn)題后，本設(shè)計(jì)論文就是一種新的信號(hào)采集與處理平臺(tái)的虛擬儀器軟件的使用即labview8.20.值得一提的是實(shí)際上labview軟件是虛擬儀器領(lǐng)域中最具代表性的圖形化編程開(kāi)發(fā)平臺(tái)，在本設(shè)計(jì)中研究了基于這種軟件編程環(huán)境實(shí)現(xiàn)的信號(hào)采集與處理。基于這種labview8.20軟件，本系統(tǒng)要在前面板放置波形顯示控件來(lái)完成處理前后波形和數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示同時(shí)在程序框圖創(chuàng)建程序的節(jié)點(diǎn)連接實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)

2、生、采集與處理過(guò)程的程序設(shè)置。并且考慮到以后波形的調(diào)用問(wèn)題，基于主前面板波形顯示部分又創(chuàng)建了子vi環(huán)節(jié)可以更好的實(shí)現(xiàn)波形的前后比較及調(diào)用?；趌abview8.20這種軟件所完成的信號(hào)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可以在不同點(diǎn)不同高度完成從時(shí)域到頻域的數(shù)據(jù)處理及波形分析。除此之外還可以實(shí)現(xiàn)波形的及時(shí)顯示，多格式的存儲(chǔ)、恢復(fù)查詢等功能。本信號(hào)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的較好完成能夠滿足工業(yè)實(shí)踐、教學(xué)演示和深入研究的需要，所以在未來(lái)虛擬儀器實(shí)際工程運(yùn)用的普遍發(fā)展中其應(yīng)用范圍將越來(lái)越廣泛。ns orders steep wave signal acquisition and processing system based on labv

3、iew 8.20abstract:when it comes the tranditional signal acquisition and processing equipments ，these disadvantages of them are high cost,poor compatibility,poor expansibility and higher requirements for operators. in order to overcome those problems,in this paper a new signal acquisition and processi

4、ng system of steep wave which based on the virtual instrument software platform labview 8.20 was designed .specially,in fact labview is introduced as a kind of the most representative graphical programming platforms in virtual instrument field and realizing signal acquisition based on labview progra

5、mming environment is studied. the system which is made of the front panel and program block diagram can complete the generatiion of vibration signals ,signals acquisiting and processing. in this system ，generating the sub-vi which bases on the waveform display in the front panel can accomplish the w

6、ave comparison much butter。the system can analyze signal from time domain to frequency domain in different point and different depth in this software。whats more，this system also has the features such as real-time display, multi-format save,rehabilitation and so on。thinking about these characteristic

7、s of the system whose capabilities could be come true , it fully meets the requirements of industrial testing,teaching and research so it has broad prospects for future application. 目錄第1章 緒論1.1 labview8.20中文版軟件的概述1.2 信號(hào)發(fā)生、采集與處理基礎(chǔ)1.3 設(shè)計(jì)目標(biāo) 第2章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及原理2.1 信號(hào)發(fā)生部分的選擇設(shè)計(jì)2.2 波形顯示部分的選擇設(shè)計(jì)2.3 波形數(shù)據(jù)處理部分的思路設(shè)計(jì)2.

8、4 幾種功能實(shí)現(xiàn)的具體方法考慮第3章 軟件編程及具體線路連接3.1 系統(tǒng)的前面板設(shè)計(jì)3.2 系統(tǒng)的程序框圖設(shè)計(jì)3.3 關(guān)于圖形濾波的幾點(diǎn)考慮3.4 基于前面板波形圖顯示的子系統(tǒng)存儲(chǔ)部分設(shè)計(jì)3.5 基于前面板波形圖顯示的子系統(tǒng)查詢部分設(shè)計(jì)第4章 運(yùn)行結(jié)果與原因分析 4.1 前面板的結(jié)果顯示分析 4.2 程序框圖部分的結(jié)果分析 4.3 整體結(jié)果的顯示 4.4 綜合原因思考 第5章 結(jié)論 5.1 基于 labview8.20軟件編程的原因 5.2 程序中的一點(diǎn)改進(jìn)考慮 5.3. 總結(jié) 第章緒論本設(shè)計(jì)是基于labview8.20中文版的軟件運(yùn)行下實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理同時(shí)也有信號(hào)波形的濾波部

9、分設(shè)計(jì)，較好的接近現(xiàn)實(shí)中的條件來(lái)達(dá)到工程應(yīng)用的目的。此設(shè)計(jì)的主要運(yùn)行平臺(tái)是labview8.20中文版軟件，然后在前面板和程序框圖部分完成信號(hào)發(fā)生采集處理的具體程序連接過(guò)程，據(jù)此盡可能的完成所要求的如存儲(chǔ)、打印、顯示查詢等相應(yīng)功能。學(xué)習(xí)目標(biāo)1 熟悉labview8.20中文版的軟件2 信號(hào)的幾個(gè)考慮過(guò)程3 設(shè)計(jì)的最后所要達(dá)到結(jié)果1.1 labview8.20中文版軟件的概述labview是laboratory virtual istrument engineering workbench（實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境）的簡(jiǎn)稱，是由美國(guó)國(guó)家儀器公司（national istrument，ni）創(chuàng)立的一

10、個(gè)功能無(wú)比強(qiáng)大同時(shí)又靈活的具有圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境的科技含量很高的軟件。隨著科技水平的提高，越來(lái)越多的工程師和科學(xué)家已經(jīng)使用并一直使用labview來(lái)完成他們的各行各業(yè)的工作如研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、測(cè)試工作，以及在諸如汽車、半導(dǎo)體、電子、化學(xué)、電信、制藥等行業(yè)。而現(xiàn)在基于labview軟件的應(yīng)用比如在試驗(yàn)測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化和電力系統(tǒng)潮流數(shù)據(jù)分析中也越來(lái)有著重要作用，目前在電力系統(tǒng)的研究也日益增多其中較深的是電力系統(tǒng)的高電壓防雷和過(guò)電流保護(hù)就像本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的結(jié)果類似。 labview是一種有著圖形化編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境的軟件也就是通常所說(shuō)的g語(yǔ)言，其labview環(huán)境下的編寫(xiě)代碼就是所謂的g語(yǔ)言代碼。lab

11、view功能相當(dāng)強(qiáng)大并且應(yīng)用靈活，除了在數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu)、程序調(diào)試工具、以及模塊化編程等方面和傳統(tǒng)編輯語(yǔ)言如c語(yǔ)言、pascal語(yǔ)言、basic語(yǔ)言有著許多相似之處外，labview有著許多顯著的特點(diǎn)即圖形化各種圖標(biāo)、節(jié)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)框圖、連線等的編程，每個(gè)使用的對(duì)象都是工程師們所熟悉的按鈕、開(kāi)關(guān)、旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)、示波器顯示的波形圖等。目前基于labview的虛擬儀器儀表的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為測(cè)試工程師們的相當(dāng)好的選擇 基于labview的設(shè)計(jì)過(guò)程與一般的文本語(yǔ)言解決問(wèn)題的思想類似大多數(shù)情況下包括如下幾個(gè)過(guò)程：設(shè)計(jì)需求分析、算法設(shè)計(jì)、算法實(shí)現(xiàn)、算法測(cè)試。每個(gè)labview程序有一個(gè)或多個(gè)模擬了實(shí)際物理儀器

12、的外觀和操作的虛擬儀器組成，同時(shí)也擁有著主程序、函數(shù)、子程序?？紤]到如上情況也可以把labview程序叫做vi。每個(gè)vi都有三個(gè)主要部分組成：前面板、框圖和圖標(biāo)。本設(shè)計(jì)中用到的labview8.20中文版有著英文版完全相同的功能特性，其最大好處就是為中國(guó)的本地用戶提供在母語(yǔ)環(huán)境下的界面、菜單、函數(shù)庫(kù)、幫助文檔等編程操作，實(shí)現(xiàn)軟件較好的各種功能設(shè)計(jì)、測(cè)試控制和防護(hù)工作。labview8.20添加了mathscript功能，可以完成在matlab上集成創(chuàng)建的“*.m”文件，使得工程師可以在自定義的開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，能夠較好的實(shí)現(xiàn)兩者的緊密結(jié)合。 除增加上面所述的實(shí)時(shí)模塊、仿真模塊以及嵌入式開(kāi)發(fā)模塊功

13、能只見(jiàn)歲的改進(jìn)外，有最新增加了射頻和通信軟件調(diào)制工具包。其中有用于信號(hào)產(chǎn)生、位流的形成、調(diào)制、編碼、分析、可視化和通信信號(hào)等處理軟件。而最鮮明的特點(diǎn)要算是包含了可下載的ofdm技術(shù)示例。同時(shí)，labview8.20還提供了用于系統(tǒng)識(shí)別、控制設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)時(shí)嵌入式實(shí)現(xiàn)的有效工具。 綜上所述，本設(shè)計(jì)采用基于labview的8.20中文版軟件。1.2 信號(hào)發(fā)生、采集與處理基礎(chǔ) 本設(shè)計(jì)的首要一步就是考慮信號(hào)的問(wèn)題，這里面包括信號(hào)的發(fā)生，信號(hào)的采集和信號(hào)的處理。信號(hào)是信息的傳輸載體，為了得到所要的信息必須在產(chǎn)生信號(hào)的前提下然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行較合適的加工分析和處理才能得到所想要的信息。 在使用labview進(jìn)

14、行虛擬儀器設(shè)計(jì)即信號(hào)采集與處理過(guò)程中，可以使用基本函數(shù)發(fā)生器來(lái)達(dá)到波形的產(chǎn)生當(dāng)然也可以使用對(duì)應(yīng)的各種公式波形發(fā)生器來(lái)達(dá)到要求如正弦波、方波、鋸齒波、三角波，同時(shí)為了增強(qiáng)設(shè)計(jì)的接近現(xiàn)實(shí)性，本設(shè)計(jì)加入了噪聲信號(hào)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)高度仿真。而噪聲波形的產(chǎn)生主要有均勻白噪聲波形、高斯白噪聲波形、周期性隨機(jī)噪聲、gamna噪聲波形、反冪律噪聲波形、二項(xiàng)分布的噪聲波形、貝努利（bernoulli）噪聲波形和mls序列噪聲波形?？紤]到本設(shè)計(jì)的特殊性選擇高斯白噪聲和gamma噪聲來(lái)疊加到正弦波形中以盡量接近實(shí)際的測(cè)量信號(hào)。 對(duì)于信號(hào)的處理部分其中又有兩個(gè)小環(huán)節(jié)一個(gè)是濾波環(huán)節(jié)，另一個(gè)是信號(hào)的時(shí)域和頻域處理分析。濾波環(huán)節(jié)

15、針對(duì)的是使波形更加的合理化光華程度更合適去除更多的毛刺來(lái)也就是濾去多余的不需要的波形成分；在時(shí)域和頻域環(huán)節(jié)中設(shè)計(jì)的主要是波形數(shù)據(jù)的分析和處理，從而將所需要得到的參數(shù)顯示到前面板中。至于各部分所用到的相應(yīng)具體濾波和數(shù)據(jù)處理函數(shù)在后續(xù)章節(jié)都將有詳細(xì)闡述。1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 由于此設(shè)計(jì)是在labview8.20中文版軟件的運(yùn)行平臺(tái)下完成的，至此有以下幾點(diǎn)重要的目標(biāo)是要達(dá)到的：1) 前面版的波形和參數(shù)顯示與保存2) 濾波程序部分的較恰當(dāng)編制3) 對(duì)于由波形和數(shù)據(jù)主導(dǎo)的子vi創(chuàng)建以備查詢除此之外，還要有波形打印以及相應(yīng)的被調(diào)用功能，這些都是本設(shè)計(jì)比較基礎(chǔ)的目標(biāo)，這些目標(biāo)都是為了對(duì)于波形的監(jiān)測(cè)和處理后能夠?yàn)?/p>

16、后續(xù)的設(shè)備保護(hù)提供較恰當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置以供可以達(dá)到比較合理的電力設(shè)備保護(hù)，同時(shí)也可以為設(shè)備維修人員保存數(shù)據(jù)做以比較然后選擇對(duì)應(yīng)的操作。在設(shè)計(jì)中這些目標(biāo)的完成是有著重要的意義和不一般的用途，所以設(shè)計(jì)應(yīng)力求做到以上幾點(diǎn)。第二章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及原理本設(shè)計(jì)由于是在labview8.20中文版的運(yùn)行環(huán)境下完成的，而labview8.20中文版的任何一個(gè)設(shè)計(jì)都有前面板和程序框圖部分，所以設(shè)計(jì)要在軟件前面板上放置有波形和參數(shù)顯示的部分然后在程序框圖中編制信號(hào)發(fā)生、采集部分，然后再有濾波程序，最后進(jìn)行波形的處理得到所需的參數(shù)。其中前面板部分還要有基于波形和數(shù)據(jù)參數(shù)的子vi設(shè)計(jì)，至此即按照本整體構(gòu)思來(lái)完成設(shè)計(jì)過(guò)程。如

17、下是設(shè)計(jì)整體思路框圖： 波形處理波形及數(shù)據(jù)顯示 信號(hào)發(fā)生 圖 2.1信號(hào)發(fā)生源組成及功能原理 一個(gè)信號(hào)的產(chǎn)生在labview中是相當(dāng)簡(jiǎn)單的因?yàn)檐浖袚碛邢喈?dāng)強(qiáng)大的函數(shù)發(fā)生庫(kù)比如各種波形的發(fā)生函數(shù)器像正弦，三角、鋸齒、脈沖、方波等，同時(shí)還有為了接近逼真而特意制造的噪聲波形發(fā)生器：高斯白、gamma噪聲、均勻白、貝努利等。各種函數(shù)節(jié)點(diǎn)可以在對(duì)應(yīng)的條件下完成各自的波形產(chǎn)生功能。2.1.1信號(hào)發(fā)生源的組成 本設(shè)計(jì)是基于labview8.20的ns級(jí)陡波信號(hào)采集與處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所以考慮采用以sinc和高斯單脈沖為基礎(chǔ)波形同時(shí)以高斯白噪聲波形和gamma噪聲波形為干擾波來(lái)進(jìn)行信號(hào)的混合疊加產(chǎn)生，這樣做的

18、目地就是想達(dá)到更加接近真實(shí)環(huán)境下的波形發(fā)生情況進(jìn)而可以為后續(xù)的設(shè)備選擇保護(hù)提供更加真實(shí)的數(shù)據(jù)。當(dāng)然這幾種波形的疊加會(huì)對(duì)以后的波形處理有些許的誤差，但是誤差是可以考慮允許的，畢竟真實(shí)環(huán)境條件下的波形是有誤差的有時(shí)或許這些誤差會(huì)成為主要成分，但是本設(shè)計(jì)會(huì)稍微避開(kāi)這些影響，基于這點(diǎn)考慮所以本設(shè)計(jì)暫采用如上介紹的這種方法。 2.1.2 信號(hào)發(fā)生源的結(jié)構(gòu) 前面介紹的各種波形發(fā)生函數(shù)節(jié)點(diǎn)，在程序框圖的節(jié)點(diǎn)顯示為2.2 波形顯示部分的選擇設(shè)計(jì) 當(dāng)信號(hào)產(chǎn)生后要有波形的顯示部分來(lái)達(dá)到顯示處理后的波形和數(shù)據(jù)參數(shù)以備實(shí)時(shí)的觀察和調(diào)整，在labview的軟件中有相應(yīng)的波形圖顯示控件滿足要求。如下圖所示，這里是前面板的

19、波形圖表控件部分這是對(duì)應(yīng)的程序框圖的波形顯示程序節(jié)點(diǎn)，如下圖示在這波形圖表上即可以實(shí)現(xiàn)波形和數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示就相當(dāng)于硬件的示波器顯示屏部分。為了實(shí)現(xiàn)波形處理前后的比較，設(shè)計(jì)了前面板兩個(gè)波形圖表控件來(lái)達(dá)到要求。 對(duì)于子vi的顯示部分有基于前面板的設(shè)計(jì)，在子vi中只有保存好設(shè)計(jì)的前面板其對(duì)應(yīng)的顯示就會(huì)完成。當(dāng)然其中的波形數(shù)據(jù)參數(shù)也會(huì)自動(dòng)的顯示出來(lái)。2.3 波形數(shù)據(jù)處理部分的思路設(shè)計(jì) 對(duì)于波形數(shù)據(jù)的處理在labview軟件中有具體的處理函數(shù)：獲取波形成分、信號(hào)的時(shí)域分析、信號(hào)的頻域分析、信號(hào)的濾波。而其中信號(hào)的時(shí)域和頻域分析中又分別有各自的波形處理函數(shù)基本平均直流-均方根節(jié)點(diǎn)、平均直流-均方根節(jié)點(diǎn)、瞬

20、態(tài)特性測(cè)量、脈沖測(cè)量、幅值和電平、提取單頻信息、提取混合單頻信息、fft功率譜的計(jì)算、fft功率譜密度的、fft頻譜（幅值-相位）、交叉譜（幅度-相位）。信號(hào)濾波環(huán)節(jié)又有butterworth濾波器、chebyshev濾波器、反chebyshev濾波器、橢圓濾波器、貝塞爾濾波器、中值濾波器等好多個(gè)濾波器節(jié)點(diǎn)函數(shù)。在本設(shè)計(jì)中要用到時(shí)域和頻域分析節(jié)點(diǎn)如下： 波峰檢測(cè) 瞬態(tài)特性測(cè)量 提取單頻信息節(jié)點(diǎn) 幅值測(cè)量而其中涉及到的濾波器為如下兩種：貝塞爾濾波器和butterworth濾波器，這兩種濾波器的各個(gè)節(jié)點(diǎn)如下為 butterworth濾波器 貝塞爾濾波器這兩種濾波器對(duì)波形信號(hào)的獲取，傳輸和處理可以較

21、好的實(shí)現(xiàn)頻率的選擇功能，使信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)而同時(shí)又可以衰減其他不需要的頻率成分。 經(jīng)過(guò)如上的幾種波形函數(shù)的特殊處理就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于要求的一些基本數(shù)據(jù)參數(shù)比如頻率，相位，幅值還有峰值點(diǎn)，脈沖持續(xù)時(shí)間等的獲取和顯示。最后再加上保存操作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的再次調(diào)用和查詢功能，這些小處理也是必要的，因?yàn)檫@些也是關(guān)乎到一個(gè)程序的完整運(yùn)行的必不可少的一部分，所以要考慮比較恰當(dāng)?shù)奶幚怼?.4 幾種功能實(shí)現(xiàn)的具體方法考慮 雖然本設(shè)計(jì)是基于labview8.20中文版軟件的運(yùn)行環(huán)境下完成的，但是也曾經(jīng)考慮過(guò)要在外部硬件具體線路的連接下實(shí)現(xiàn)波形的發(fā)生過(guò)程同時(shí)利用示波器來(lái)顯示沒(méi)有處理的波形，由于實(shí)驗(yàn)條件的不成立和實(shí)現(xiàn)外

22、部通訊端口鏈接問(wèn)題的失敗所以考慮全部過(guò)程在軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。在labview8.20軟件的運(yùn)行條件下，去實(shí)現(xiàn)前面板波形處理前后的對(duì)比設(shè)計(jì)顯示同時(shí)在處理后的波形面板上也有波形數(shù)據(jù)參數(shù)檢測(cè)基頻，幅值，相位，脈沖持續(xù)時(shí)間等的顯示。至于在程序的設(shè)計(jì)中一些具體節(jié)點(diǎn)和函數(shù)的連接同時(shí)也是需要基于硬件條件的成立下才能完成的。在程序的編制過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有些函數(shù)的節(jié)點(diǎn)采用是不妥當(dāng)?shù)谋热缑}沖測(cè)量節(jié)點(diǎn)所以后來(lái)又采用提取單頻信息節(jié)點(diǎn)，而雖說(shuō)本設(shè)計(jì)是在以高斯單脈沖和sinc波形信號(hào)為基本混合發(fā)生波形但是也不可以利用提取混合單頻信息節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樵趯?shí)際中發(fā)現(xiàn)這個(gè)節(jié)點(diǎn)顯示的是綜合處理過(guò)后的平均頻率值，所以并不可以使用。只采用如上所述的

23、節(jié)點(diǎn)有瞬態(tài)特性測(cè)量、幅值和電平測(cè)量、峰值檢測(cè)、提取單頻信息等四個(gè)。 對(duì)于子vi的設(shè)計(jì)要在以前面板處理后的波形和數(shù)據(jù)參數(shù)為基礎(chǔ)來(lái)創(chuàng)建和保存以備后來(lái)的調(diào)用，但是設(shè)計(jì)過(guò)程中也曾經(jīng)有過(guò)要把未處理的波形也創(chuàng)建一個(gè)子vi，可是思考后發(fā)現(xiàn)這是沒(méi)有什么意義的，所以就暫沒(méi)有進(jìn)行。 關(guān)于本設(shè)計(jì)幾種功能實(shí)現(xiàn)的全部思考和最后選擇目前就先只有這些了，在以后的深入中當(dāng)問(wèn)題出現(xiàn)了再做進(jìn)一步的分析和優(yōu)化。第三章 軟件編程及具體線路連接 本章就是在前面所有理論的思考和實(shí)際的選擇中做出的具體性的基于軟件labview8.20中文版的編程部分，在這里有前面板的波形和數(shù)據(jù)參數(shù)顯示同時(shí)也包含有程序框圖的編制也涉及到了子vi的創(chuàng)建環(huán)節(jié)并

24、且波形的濾波也有談到最后就是關(guān)于查詢和保存問(wèn)題的設(shè)計(jì)過(guò)程。3.1 系統(tǒng)的前面板設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的前面板是相當(dāng)于實(shí)際中的示波器顯示屏但是又可以達(dá)到同時(shí)顯示處理前后的波形對(duì)比效果以此來(lái)更加的突出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性，前面板中放置有兩個(gè)波形圖控件除此之外還有第二個(gè)波形數(shù)據(jù)處理參數(shù)。具體前面板編程的結(jié)果如下所示 而其中兩個(gè)波形圖旁邊的四個(gè)檢測(cè)值其實(shí)是第二個(gè)波形對(duì)應(yīng)的，這樣安排是為了數(shù)據(jù)編程時(shí)更加突出界面的條理性所以如此設(shè)計(jì)3.2 系統(tǒng)的程序框圖設(shè)計(jì) 在程序框圖的編制時(shí)，由于系統(tǒng)本身的實(shí)現(xiàn)就不是簡(jiǎn)單的過(guò)程所以框圖的編程就會(huì)顯得稍微的界面復(fù)雜和多項(xiàng)，但是仔細(xì)看起來(lái)也就是分為三個(gè)部分即為信號(hào)波形（當(dāng)然包括兩種噪聲波形

25、）的發(fā)生、波形的處理、波形的顯示。這其中用到的各個(gè)函數(shù)節(jié)點(diǎn)像高斯單脈沖和sinc信號(hào)還有butterworth和貝塞爾濾波器峰值檢測(cè)等都可以在框圖中分辨出來(lái)，至于用到的波形圖控件也有相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)來(lái)對(duì)應(yīng)顯示，至此所有的程序編制內(nèi)容就如下可有： 如上是有以高斯單脈沖和sinc信號(hào)為基波以高斯白和gamma噪聲為干擾信號(hào)的波形發(fā)生程序。 這是有兩種濾波器（butterworth與貝塞爾濾波器）和四個(gè)波形數(shù)據(jù)處理函數(shù)（峰值檢測(cè)、瞬態(tài)特性測(cè)量、提取單頻信息、幅值和電平測(cè)量）組成的波形處理程序。在這里有些函數(shù)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的端口沒(méi)有顯示出來(lái)是因?yàn)榭紤]到了圖形的簡(jiǎn)化和有用性。 也許如上的兩個(gè)圖形連貫起來(lái)會(huì)有些難度，

26、不過(guò)在基于labview8.20軟件中可以比較順利的實(shí)現(xiàn)即使圖形會(huì)更加的密麻和繁雜，但是分析起來(lái)具有清晰的條理和邏輯性，于是這兩幅圖合起來(lái)就可以得到整個(gè)程序，如下所示：由于圖形的占用空間比較大遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了所要求的設(shè)置，所以采用縮小的比例圖形并且考慮到用連續(xù)采樣的波形可以減小誤差的好處本程序利用了while循環(huán)結(jié)構(gòu)以更好的獲取波形為了隨后的處理和顯示能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的最初要求。3.3 關(guān)于圖形濾波的幾點(diǎn)考慮 基于labview8.20軟件的濾波器實(shí)際上是一種數(shù)字濾波器，它擁有比實(shí)物濾波器更加鮮明的特點(diǎn)。當(dāng)外在因素如電磁波、振動(dòng)等作用到信號(hào)時(shí)能夠?qū)π盘?hào)產(chǎn)生干擾導(dǎo)致信號(hào)失真，數(shù)字濾波器能夠很好的消除這些因

27、素的影響同時(shí)不需要外部的硬件設(shè)備當(dāng)然也就不存在阻抗匹配問(wèn)題并且它的性能好不用考慮溫度濕度的影響誤差較好的實(shí)現(xiàn)波形的實(shí)時(shí)顯示。 本設(shè)計(jì)中正是考慮到如此這些特點(diǎn)后才選用數(shù)字濾波器，而由于是陡波信號(hào)的特殊性，在眾多的濾波器中才決定選用butterworth濾波器和貝塞爾濾波器。這兩種濾波器的聯(lián)合使用可以很好的實(shí)現(xiàn)各自功能從而比較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的處理，不再考慮是否有電磁波、溫度升高等的影響。而像chebyshev濾波器、反chebyshev濾波器、橢圓濾波器、中值濾波器等函數(shù)都存在或多或少的基于本設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)如低通、帶阻、頻率截止點(diǎn)不合理等。再就是對(duì)與濾波和處理誰(shuí)先誰(shuí)后的問(wèn)題也就是波形處理的程序部分是安

28、排在濾波之前還是濾波之后，如果是在濾波之前對(duì)于參數(shù)的測(cè)量是在有毛刺的波形上進(jìn)行的處理誤差肯定不小如果在濾波之后進(jìn)行處理又有失去某些真值點(diǎn)的嫌疑，于是在進(jìn)一步的實(shí)際操作運(yùn)行中決定采用后一種方法，至于其中的誤差也要比前一種的誤差小一些可以忽略，認(rèn)為滿足要求。3.4 基于前面板波形圖顯示的子vi部分設(shè)計(jì) 由于labview8.20軟件本身的程序設(shè)計(jì)都具有結(jié)構(gòu)化和層次化的特征，所以為了實(shí)現(xiàn)程序的多次調(diào)用同時(shí)又不用重復(fù)編寫(xiě)代碼，是設(shè)計(jì)本身的復(fù)雜性動(dòng)作變得更加容易，于是子vi的創(chuàng)建是必須的。這種子模塊可以實(shí)現(xiàn)特定功能而又不會(huì)對(duì)源程序造成什么損害同時(shí)各個(gè)子vi的不同管理和組合又可以實(shí)現(xiàn)更大和更復(fù)雜系統(tǒng)的程序

29、設(shè)計(jì)但是又不會(huì)造成二次編程上時(shí)間的浪費(fèi)。 在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，一個(gè)子vi就相當(dāng)于一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在本程序中要將基于前面板波形和數(shù)據(jù)參數(shù)的程序創(chuàng)建成子vi時(shí)，首先要做的就是為該程序創(chuàng)建圖標(biāo)和連線版。其中圖標(biāo)就是這個(gè)子程序的圖形描述即是在程序框圖中子程序節(jié)點(diǎn)的顯示圖標(biāo)。連線版定義了子vi的輸入輸出端口，子vi通過(guò)該輸入輸出端口完成與外部程序節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的傳遞和轉(zhuǎn)換。 當(dāng)完成波形圖標(biāo)的創(chuàng)建連線板的編輯時(shí)就要進(jìn)行子vi的編制，雖說(shuō)他有兩種方法可供采用，但是在本設(shè)計(jì)中考慮選擇采用基于前面板情況下的直接創(chuàng)建也就是第二種方法即從程序中選擇部分內(nèi)容創(chuàng)建一個(gè)子vi。如下就是創(chuàng)建的子vi前面板顯示部分而其中的波形和數(shù)據(jù)參數(shù)

30、的顯示部分都包括在上面，關(guān)于這個(gè)子vi確定它的名字就是波形編號(hào)1。至于它的程序框圖部分是在整體框圖的部分節(jié)點(diǎn)選定下建立起來(lái)的如下可有： 這里沒(méi)有給出每個(gè)函數(shù)節(jié)點(diǎn)的端口控件創(chuàng)建是考慮到在第二章程序整體設(shè)計(jì)中有具體的顯示和設(shè)置，所以這里就不再出現(xiàn)。 當(dāng)進(jìn)行子vi保存的時(shí)候選擇保存在目錄下而不是保存在庫(kù)文件中，這種將子vi保存為單個(gè)文件的方法是比較有效的存儲(chǔ)方式因?yàn)檫@樣在復(fù)制、重新命名和刪除文件時(shí)比使用文件庫(kù)更加方便一些。這種保存方式具體的操作就是在labview8.20的運(yùn)行環(huán)境下執(zhí)行文件全部保存就可以完成。3.5 基于前面板波形圖顯示的子vi查詢部分設(shè)計(jì) 為了對(duì)波形和數(shù)據(jù)參數(shù)的實(shí)時(shí)查看和調(diào)用參考

31、，本設(shè)計(jì)考慮采用前面板的查詢功能設(shè)置，同時(shí)這也是對(duì)子vi的比較好的一種顯示查看方式。在前面板中，首先放置一個(gè)布爾型的顯示控件然后進(jìn)行文本的修改即可實(shí)現(xiàn)查詢功能，至于程序框圖中的連線具體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)會(huì)有相應(yīng)的操作來(lái)完成。如下可有查詢界面的部分實(shí)現(xiàn)：這里就完成了波形子面板的設(shè)計(jì)過(guò)程。而在這和程序的控制下就可以實(shí)現(xiàn)基于前面板波形的子vi的查詢和調(diào)用。第四章 運(yùn)行結(jié)果與原因分析 在這一章中對(duì)于前述所做的工作即前面板的設(shè)計(jì)和程序框圖的鏈接進(jìn)行仿真運(yùn)行試驗(yàn)并且以這個(gè)例子來(lái)進(jìn)行結(jié)果的分析和調(diào)試工作，從而可以更好的驗(yàn)證實(shí)際中的條件并且對(duì)其他的類似試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行相近的分析和研究。于是關(guān)于前面板的顯示和具體的程序連接運(yùn)

32、行就可以總結(jié)得出。4.1 前面板的結(jié)果顯示分析 如前所說(shuō)，在前面板部分是波形和數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示過(guò)程，在這里同時(shí)存在著兩個(gè)波形的比較并且還有基于前面板所創(chuàng)建的子vi部分，所以這里的前面板顯示包括兩部分即主面板和子vi的前面板。如下即為這兩部分的波形顯示結(jié)果：主前面板的顯示結(jié)果為： 子vi的結(jié)果顯示部分為： 這里的數(shù)據(jù)考慮到誤差范圍內(nèi)還是可以接受的。但是在前面板的未處理部分的波形確有問(wèn)題，但是卻不知道在哪里。在程序中有連續(xù)波形的顯示設(shè)計(jì)卻沒(méi)有在前面板中如實(shí)的顯示出來(lái)，只是顯示了一部分或者幾個(gè)周期卻完了，所以程序的某一個(gè)函數(shù)設(shè)置出現(xiàn)了問(wèn)題，要糾正。4.2 程序框圖部分的結(jié)果分析 如上雖然沒(méi)有顯示出整體

33、的程序框圖的鏈接過(guò)程，但是錯(cuò)誤的地方就可以顯示出來(lái)，至于參考水平和參考水平電位的選取直接關(guān)系到前面板波形的顯示，此程序中選取比默認(rèn)值要小一些的數(shù)據(jù)運(yùn)行后才發(fā)現(xiàn)沒(méi)有錯(cuò)誤發(fā)生。所以程序正確的整體框圖附在最后的顯示中即見(jiàn)附圖4.3 整體結(jié)果的顯示 基于labview8.20軟件的整體的設(shè)計(jì)程序見(jiàn)附圖（程序面板）、附圖前面板）、附圖子vi程序框圖）和附圖子vi前面板）4.4 綜合原因思考 在整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中由于使用基于labview8.20軟件的內(nèi)部信號(hào)的產(chǎn)生和采集處理，避免了很多實(shí)際中的硬件線路連接問(wèn)題同時(shí)還要關(guān)乎到導(dǎo)線選擇的傳輸線率和示波器精度問(wèn)題畢竟信號(hào)是ns級(jí)基于一般示波器的選擇是達(dá)不到要求的

34、。再一個(gè)就是信號(hào)的接收過(guò)程，基于labvew軟件的設(shè)計(jì)不需要信號(hào)到軟件可以利用的電信號(hào)的轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)化了傳感器的這種變換步驟也就是避免了傳感器的選擇和執(zhí)行，即使考慮到軟件的模擬信號(hào)對(duì)真實(shí)信號(hào)之間誤差和失去某些現(xiàn)實(shí)性但是還是可取的 運(yùn)行程序中出現(xiàn)的顯示一段時(shí)間波形是由于在程序框圖中缺少了參考電平的參數(shù)設(shè)置于是相應(yīng)的程序也要做些許的改動(dòng)和設(shè)定才可以滿足運(yùn)行的要求。參考電平是對(duì)波形連續(xù)運(yùn)行所必須合理設(shè)置的一個(gè)條件，但是它對(duì)波形數(shù)據(jù)倒是有很少的影響。在嘗試性的修改參數(shù)后，運(yùn)行程序發(fā)現(xiàn)問(wèn)題消失。第五章 結(jié)論 回顧本設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，labview8.20軟件確實(shí)有它獨(dú)到的地方，為設(shè)計(jì)程序的較好實(shí)現(xiàn)提供了很好的操

35、作連線和運(yùn)行平臺(tái)，基于它的優(yōu)越性整個(gè)結(jié)果的顯示和一些功能的完成過(guò)程還算順利。同時(shí)也為以后可以很好的完成其他設(shè)備選擇的參考就像電力系統(tǒng)中的母線防雷保護(hù)、做一個(gè)實(shí)際及時(shí)性的數(shù)據(jù)提供。 當(dāng)然波形和這些數(shù)據(jù)參數(shù)的獲得不是憑空捏造來(lái)的，是在現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上加入一些模擬的干擾信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，這些數(shù)據(jù)參數(shù)可以較好的驗(yàn)證現(xiàn)實(shí)中的雷擊導(dǎo)線所形成的結(jié)果。在這里不得不再次強(qiáng)調(diào)labview8.20軟件的一些不可缺少的優(yōu)越處因?yàn)檫@些是對(duì)本設(shè)計(jì)可以順利完成的必須條件，所以本結(jié)論篇有以下目標(biāo)：l labview8.20軟件的特點(diǎn)及其完成部分l 本設(shè)計(jì)需要完善的地方 5.1 基于 labview8.20軟件編程的原因 如上所述lab

36、view8.20軟件是一種圖形化的編程軟件這個(gè)可以在本設(shè)計(jì)中得到具體的驗(yàn)證即它所完成的程序是框圖的形式易學(xué)易用。同時(shí)labview程序又被稱為虛擬儀器雖然它的功能和表現(xiàn)形式類似于實(shí)際的儀器，但是它比實(shí)際儀器又有可以改變?cè)O(shè)置和功能的鮮明優(yōu)點(diǎn)。至于傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言而言，labview圖形編程的方式能夠節(jié)省85%以上的程序開(kāi)發(fā)時(shí)間并且運(yùn)行環(huán)境又沒(méi)有外界環(huán)境的干擾所以運(yùn)行速度幾乎不受影響只要連線合理。在本設(shè)計(jì)中同時(shí)也可以完成示波器儀器系統(tǒng)的創(chuàng)建過(guò)程，但是它實(shí)現(xiàn)的功能是和波形圖表一樣，所以就沒(méi)有再另行搭建示波器系統(tǒng)。 從運(yùn)行機(jī)制上看，傳統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制是基于馮諾伊曼計(jì)算機(jī)體系的執(zhí)行方式而labview這種語(yǔ)言

37、的運(yùn)行機(jī)制卻非如此。從本質(zhì)上講，labview是一種圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式（data flow mode），這種運(yùn)行方式確保了程序中的函數(shù)節(jié)點(diǎn)只有在獲得它的全部數(shù)據(jù)后才能夠被執(zhí)行。這也就是說(shuō)，基于這種數(shù)據(jù)流程序的概念中，程序的執(zhí)行是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，它不受操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、外界溫度環(huán)境等因素的影響。所以本設(shè)計(jì)中的程序只要在合理的數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)下即它的輸入全部有效程序就可以執(zhí)行，至于輸出在本設(shè)計(jì)的功能完全有效條件下就可以順利實(shí)現(xiàn)。故在本設(shè)計(jì)中，labview軟件中被連接方框圖之間的數(shù)據(jù)流控制著程序的執(zhí)行而在全部結(jié)束后才有一個(gè)while循環(huán)，這樣就省去了文本程序中受行執(zhí)行程序的約束，因此能夠?qū)Ρ驹O(shè)計(jì)中的

38、各種功能在方框圖連接的情況下簡(jiǎn)捷的完成操作和運(yùn)行。對(duì)于結(jié)果的獲取也是在可以考慮的滿意范圍內(nèi)。5.2 程序中的一點(diǎn)改進(jìn)考慮 在完成了所有的工作之即信號(hào)的發(fā)生、采集和處理過(guò)程后，運(yùn)行程序的時(shí)候發(fā)現(xiàn)在前面板主系統(tǒng)結(jié)果顯示中出現(xiàn)了問(wèn)題，雖然在參數(shù)設(shè)置后顯示變得正常但是對(duì)于這種問(wèn)題還是需要考慮它的深度原因。進(jìn)一步的分析后，需要對(duì)原程序做一點(diǎn)改進(jìn)，但是這種改進(jìn)又要在運(yùn)行合理后才可以選擇下次采用。所以決定對(duì)脈沖測(cè)量節(jié)點(diǎn)采取只設(shè)置其中一個(gè)上升沿的斜率問(wèn)題至于其他的暫不考慮只要不影響結(jié)果，運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)確實(shí)可以。再就是對(duì)波形顯示控件的選擇，在本程序中，選擇了兩個(gè)波形圖表來(lái)達(dá)到處理前后的比較。但是曾經(jīng)考慮過(guò)用一個(gè)ex

39、press vi來(lái)分層顯示前后兩個(gè)波形但是這種方法在程序框圖設(shè)計(jì)中卻出現(xiàn)了連線混雜局面，所以可以考慮采用兩個(gè)這種波形顯示控件應(yīng)該會(huì)好一些。 對(duì)于子vi的部分，基于前面板的波形顯示與數(shù)據(jù)處理的子vi只創(chuàng)建了一個(gè)但是為了程序的進(jìn)一步分析之用，可以創(chuàng)建有基于三個(gè)部分即信號(hào)發(fā)生、采集、處理程序的子vi，這樣可以更加方便調(diào)用同時(shí)也會(huì)更加的靈活。5.3 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是在完成了理論課程和畢業(yè)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上對(duì)所學(xué)知識(shí)一次綜合性的總結(jié)，是工科學(xué)生完成大學(xué)期間的主要基礎(chǔ)課程之后，將理論與實(shí)踐有機(jī)聯(lián)系起來(lái)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)同時(shí)也是為以后走向工作崗位能更好的服務(wù)社會(huì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)本畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我樹(shù)立了工程使

40、用的觀點(diǎn)，在指導(dǎo)老師的引導(dǎo)下能初步聯(lián)系實(shí)際，基本掌握了基于labview軟件實(shí)現(xiàn)其他系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的的基本步驟和方法，并在分析、計(jì)算和解決實(shí)際工程能力等方面得到訓(xùn)練，進(jìn)一步鞏固了電力系統(tǒng)設(shè)備保護(hù)方面的專業(yè)知識(shí)，掌握了工程實(shí)際仿真和具體編程方面的知識(shí)、方法，也掌握了科技論文寫(xiě)作的一般要求及科技文獻(xiàn)資料的查找技巧，為以后從事設(shè)計(jì)、運(yùn)行和科研工作，奠定一定的知識(shí)和應(yīng)用基礎(chǔ)。基于labview8.20的信號(hào)采集與處理設(shè)計(jì)是對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行的一次檢驗(yàn)和實(shí)踐，從而使電力和信號(hào)數(shù)據(jù)專業(yè)知識(shí)得到鞏固和加深，逐步提高了獨(dú)立分析問(wèn)題和綜合解決問(wèn)題的能力。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我查閱了大量的中文和外文的文獻(xiàn)資料，積累了豐富

41、的第一手設(shè)計(jì)材料，在程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理函數(shù)節(jié)點(diǎn)的選擇、前面板布置等具體設(shè)計(jì)任務(wù)中進(jìn)行了大量的比較、思考和優(yōu)化，有效地培養(yǎng)了自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，并使電力系統(tǒng)方面和信號(hào)采集專業(yè)知識(shí)進(jìn)一步得到鞏固。但在本次設(shè)計(jì)中仍有不足與疏漏比如在設(shè)計(jì)過(guò)程中，雖然有老師的耐心講解，有大量的文獻(xiàn)資料可供查閱，但對(duì)于一些具體問(wèn)題像一些電力設(shè)備的參數(shù)選擇數(shù)據(jù)與前面板的子設(shè)計(jì)等仍感覺(jué)有不到位的地方，這將使我在以后再次學(xué)習(xí)研究中揚(yáng)長(zhǎng)避短，高度發(fā)揚(yáng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，使所學(xué)到的知識(shí)進(jìn)一步的升華和提高。 主要參考文獻(xiàn)：1. 雷振山.labview 8.2基礎(chǔ)教程m.北京:中國(guó)鐵道出版社,2008 2. 李江全.labview虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與串口通信測(cè)控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)m.北京:人民郵電出版社,20103. 吳成東.labview虛擬儀器程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用m.北京:人民郵電出版社,20084. 陳立周.電氣測(cè)量（第4版）m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005 5. 王磊等. 精通labview8.xm.北京：電子工業(yè)出版社，2005 6. 美 robert h.bishop. labview8使用教程學(xué)生版t.北京：電子工業(yè)出版社，2008 7. 美 jeffrey travis，ji