付治國(guó)20100159畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、For pers onal use only in study and research; not for commercial use重慶大學(xué)城市科技學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告一、課題的目的及意義（含國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）：For pers onal use only in study and research; not for commercial use1. 課題研究的目的：基于虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)環(huán)境 LabVIEW ,使用圖形化語(yǔ)言，進(jìn)行多功能儀表的編程實(shí)現(xiàn)。 該儀表不僅可以實(shí)現(xiàn)高度精度的交、 直流多功能表參數(shù)檢測(cè)，還可以對(duì)電能質(zhì)量方面進(jìn)行分 析，從而完成多樣化的電量參數(shù)檢測(cè)以及電能諧波分

2、析和三相不平衡度分析。2. 意義：交直流多功能表儀器是一種集交、直流電壓、電流幅度、頻率、相位、功率等眾多功能 于一體的儀器。此儀器操作過(guò)程簡(jiǎn)單， 由他來(lái)完成專用儀器的測(cè)量功能，實(shí)現(xiàn)高精度的多樣化電參數(shù)測(cè)量。另外，由于大量大功率電機(jī)、變壓器、交直流換流裝置沖擊性負(fù)載和非線性 負(fù)載的應(yīng)用，極易導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行異常，損壞儀器甚至危害人身安全。因此，對(duì)電能質(zhì)量分析具有很大的市場(chǎng)潛力。隨著檢測(cè)儀表功能的局限性，傳統(tǒng)測(cè)量方法很難滿足多樣化的測(cè)試要 求。基于虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)的交直流多功能表系統(tǒng)，能夠程控或者手動(dòng)檢測(cè)各種儀表參數(shù)和電網(wǎng)參數(shù)。具有多功能，性能好，價(jià)格低、開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。交直流多功能表示以計(jì)算

3、機(jī)顯示屏代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器控制面板，進(jìn)行鼠標(biāo)、鍵盤操作便能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。并且，即使基于相同的硬件基礎(chǔ)， 根據(jù)用戶需求加以修改配以不同功能軟件，便可設(shè)計(jì)出不同的儀器系統(tǒng)其開(kāi)放性和靈活性都強(qiáng)于傳統(tǒng)檢測(cè)儀表。3國(guó)外的研究現(xiàn)狀：目前，國(guó)外計(jì)算機(jī)技術(shù)、微處理技術(shù)不斷發(fā)展，其與測(cè)量?jī)x器的結(jié)合變得越來(lái)越密切。使得測(cè)量?jī)x表變得數(shù)字化、智能化，系統(tǒng)集成度高，功耗更低。大量VLSI新器件、多處理芯片工藝，計(jì)算機(jī)輔助手段等廣泛使用，也使各種高精度智能儀器產(chǎn)品逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并被陸續(xù)推出市場(chǎng)。對(duì)電能質(zhì)量的研究， 世界各國(guó)給予越來(lái)越多的重視，每隔一段時(shí)間就會(huì)召開(kāi)關(guān)于電力諧波與電能質(zhì)量方面的學(xué)術(shù)會(huì)議。諸多國(guó)外知名公司，如FL

4、UKE、NI、LEM、等，都進(jìn)行著深入研究。但是具有高精度、測(cè)量準(zhǔn)的儀器價(jià)格也很昂貴。因此，以計(jì)算機(jī)為 核心的虛擬儀器系統(tǒng)得到了廣泛的認(rèn)同和應(yīng)用，這樣的系統(tǒng)易于開(kāi)發(fā)調(diào)試，周期短，成本低。其中，該領(lǐng)域的先驅(qū)，美國(guó)儀器公司（NI）提供了完整的各種數(shù)據(jù)采集硬件、虛擬儀器開(kāi)發(fā)集成工具和應(yīng)用軟件，能滿足采集、分析、顯示等各方面的需求。其軟硬件產(chǎn)品遍及電子、 通信、機(jī)械行業(yè)，甚至連化工、汽車制造等領(lǐng)域都在使用。4國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀：隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)的儀器表和測(cè)量控制產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)儀器儀表產(chǎn)業(yè)保持穩(wěn)步增長(zhǎng)，規(guī)模不斷擴(kuò)大。形成了產(chǎn)品眾多、布局合理、具有一定技術(shù)和成產(chǎn)能力的產(chǎn)業(yè)體系。 電能

5、質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面， 出于對(duì)電能質(zhì)量的重視，國(guó)家陸續(xù)頒布了關(guān)于電能質(zhì)量方面的一系列標(biāo)準(zhǔn)：包括電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差(GB/T15945-1995 )、電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度(GB/T15543-1995 )等等。目前，我國(guó)的電參數(shù)測(cè)量和分析儀表主要集中于低端產(chǎn)品的生產(chǎn)上，中高檔產(chǎn)品仍然依賴于進(jìn)口。產(chǎn)品質(zhì)量和綜合競(jìng)爭(zhēng)方面與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)間存在較大的差距。虛擬儀器方面，我國(guó)跟其他國(guó)家處于相同的水平線上。目前，國(guó)家也給予了足夠的重視，是縮短儀器儀表領(lǐng)域與其他國(guó)家差距的重要時(shí)機(jī)。在我國(guó)的虛擬儀器開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，艾諾公司、東方振動(dòng)與噪聲研究所、海泰公司等處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位二、課題任務(wù)、重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容、實(shí)現(xiàn)

6、途徑、條件：1. 課題任務(wù)基于LabVIEW的交直流多功能表設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：(1) 我國(guó)儀器儀表行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r介紹；(2) 采用傳統(tǒng)儀表進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)測(cè)量方法的缺陷；(3) 虛擬儀器技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r；(4) 闡述交直流多功能表的設(shè)計(jì)方案，并給出各功能模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)；(5) 進(jìn)行實(shí)際測(cè)量證明應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行多功能表的設(shè)計(jì)能夠滿足功能及精度要求；要 求：(1) 熟悉LABVIEW軟件多樣化的交互界面及相關(guān)參數(shù)測(cè)量算法；(2) 設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用程序?qū)θ嘟涣麟妷?、電流幅值、相位、功率等參?shù)的測(cè)量(3) 利用模塊化設(shè)計(jì)思想，分別設(shè)計(jì)交流量分析模塊、直流量分析模塊；2. 重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容：(1) 交直流多功能表的測(cè)試

7、功能及性能分析；(2) 多功能表參數(shù)檢測(cè)的相關(guān)檢定算法分析；(3) 交直流多功能表的系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)及系統(tǒng)劃分。主要包括上位機(jī)虛擬軟件和下位機(jī)數(shù)據(jù)采集兩大部分。 對(duì)于下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集， 核心控制芯片是 TI公司的TMS320F2812, 與ADS 8515及LTC2414模數(shù)轉(zhuǎn)換器一起完成三相交流信號(hào)、一相直流信號(hào)及一路動(dòng)態(tài)時(shí)間輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)采集工作，并通過(guò)TAX 232電平轉(zhuǎn)換芯片完成與 PC間的串行通信及數(shù)據(jù)交換；(4) 在虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW下進(jìn)行多功能表系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)用于連接底層硬件的驅(qū)動(dòng)軟件及測(cè)試功能的應(yīng)用程序;(5 )系統(tǒng)軟件調(diào)試及儀器性能指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試;3 實(shí)現(xiàn)

8、途徑:交直流多功能表是基于計(jì)算機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)的模塊化系統(tǒng)，通常它由控制模塊、 儀器模塊和軟件組成，由軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的功能。在虛擬儀器中，計(jì)算機(jī)顯示器是惟一的交互界面，物理的開(kāi)關(guān)、按鍵、旋鈕以及數(shù)碼管等顯示器件均由與實(shí)物外觀相似的圖形控件來(lái)開(kāi)關(guān)、按鍵等設(shè)置各種參1-1 .代替，操作人員只要通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤操作虛擬儀器面板上的旋鈕、 數(shù)，就能根據(jù)自己的需要定義儀器的功能。總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖信號(hào)輸入基于DSP的數(shù)據(jù)采集卡串行接口電路基于LabVIEWD 的虛擬儀器軟件系統(tǒng)圖1-1總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4條件:(1)硬件設(shè)計(jì)條件：系統(tǒng)硬件主要通過(guò)各項(xiàng)參數(shù)采樣的數(shù)據(jù)采集單元和實(shí)現(xiàn)終端與上位機(jī)通信單元兩個(gè)模塊部分

9、。數(shù)據(jù)采集模塊和通信模塊，兩者都是由主 DPS芯片TMS 320F2812控制，數(shù)據(jù)采集主要完成對(duì)各項(xiàng)輸入點(diǎn)參量的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)采樣，通信則主要實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的傳遞和控制命令的傳遞，完成上位機(jī)軟件與儀器設(shè)備之間的通信；a. 數(shù)據(jù)采集模塊包括模擬信號(hào)前端電路、A/ D轉(zhuǎn)換、同步脈沖產(chǎn)生和微處理器控制不分等。模擬前端電路由互感器、高精度電阻、儀用放大器、RC濾波電路、放大平移電路等組成。微處理控制部分是整個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的控制核心，由它控制實(shí)現(xiàn)三相交流電壓、三相交流電流和一相直流電壓直流電流信號(hào)的采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換以及與上位機(jī)的通信。b. 通信模塊的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)串行通信完成的。串行通信時(shí)極為通用的通信方式，在L

10、abVIEW中，提供了大量的圖形驅(qū)動(dòng)程序用以直接驅(qū)動(dòng)串行接口設(shè)備。上位機(jī)虛擬軟件系 統(tǒng)就是通過(guò)RS232串口通信完成對(duì) DSP數(shù)據(jù)采集卡的控制盒數(shù)據(jù)讀取操作的。(2)軟件設(shè)計(jì)條件：上機(jī)軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，本設(shè)計(jì)的虛擬軟件包括硬件驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用層軟件兩部分。a. 由于本系統(tǒng)采用嵌入式 DSP技術(shù)的自制硬件設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，因此，我們使用自 行設(shè)計(jì)編寫(xiě)適合底層硬件的驅(qū)動(dòng)軟件。b. 應(yīng)用程序是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集任務(wù)的主要手段。其又通過(guò)登陸、菜單項(xiàng)、功能測(cè)試、數(shù)據(jù)保存、退出五大部分，如圖2-2。其軟件工作流程如圖 2-1 o開(kāi)始登陸聯(lián)機(jī)操作直流分量檢測(cè)常用參數(shù)檢測(cè)退出數(shù)檢測(cè)運(yùn)行菜單項(xiàng)運(yùn)行菜單項(xiàng)交流檢測(cè)交流

11、檢測(cè)保存保存交流中直流分量檢測(cè)直流檢測(cè)常用交直流參啟動(dòng)計(jì)時(shí)器保存保存直流檢測(cè)( 保存保存保存保存計(jì)時(shí)保存保存三、指導(dǎo)教師意見(jiàn):注：此報(bào)告，學(xué)生應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的任務(wù)書(shū)，獨(dú)立撰寫(xiě)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)始后兩周內(nèi) 完成。表格篇幅不夠可自行增加頁(yè)。僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u eStUdirschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l e tude et la rec