電機(jī)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的研發(fā)與設(shè)計(jì)

1、 I畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目電電機(jī)數(shù)據(jù)據(jù)采集分分析系統(tǒng)統(tǒng)的研發(fā)發(fā)與設(shè)計(jì)計(jì)（院）系系電氣信信息學(xué)院院專 業(yè)班 級(jí)學(xué)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名名導(dǎo)師姓名名完成日期期20133年6月222日 誠(chéng) 信信 聲聲 明明本人聲明明：1、本人人所呈交交的畢業(yè)業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在老老師指導(dǎo)導(dǎo)下進(jìn)行行的研究究工作及及取得的的研究成成果；2、據(jù)查查證，除除了文中中特別加加以標(biāo)注注和致謝謝的地方方外，畢畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)（論文文）中不不包含其其他人已已經(jīng)公開(kāi)開(kāi)發(fā)表過(guò)過(guò)的研究究成果，也不包包含為獲獲得其他他教育機(jī)機(jī)構(gòu)的學(xué)學(xué)位而使使用過(guò)的的材料；3、我承承諾，本本人提交交的畢業(yè)業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的所所有內(nèi)容容均真實(shí)實(shí)、可信信。作者簽名名： 日期：

2、年年 月月 日日 畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)（論文文）任務(wù)務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)（論論文）題題目：電電機(jī)數(shù)據(jù)據(jù)采集分分析系統(tǒng)統(tǒng)的研發(fā)發(fā)與設(shè)計(jì)計(jì)姓名院系系電氣信信息學(xué)院院 專專業(yè) 班級(jí)學(xué)學(xué)號(hào)指導(dǎo)老師師職稱教研研室主任任一、基本本任務(wù)及及要求：設(shè)計(jì)一個(gè)個(gè)基于虛虛擬儀器器的電機(jī)機(jī)數(shù)據(jù)采采集系統(tǒng)統(tǒng)，采用用霍爾傳傳感器以以及光電電傳感器器采集到到轉(zhuǎn)速信信號(hào)通過(guò)過(guò)數(shù)據(jù)采采集卡將將數(shù)據(jù)傳傳至主機(jī)機(jī)。通過(guò)過(guò)LabbVIEEW圖形形化編程程對(duì)采集集到的信信號(hào)進(jìn)行行相應(yīng)處處理及波波形顯示示，通過(guò)過(guò)測(cè)量計(jì)計(jì)算出電電機(jī)轉(zhuǎn)速速。設(shè)計(jì)的主主要任務(wù)務(wù)是： = 1 * GB3 查閱相相關(guān)資料料確定總總體設(shè)計(jì)計(jì)方案； = 2 * GB3 根據(jù)課課題要求求確

3、定硬硬件方案案、硬件件設(shè)計(jì)； = 3 * GB3 軟件設(shè)設(shè)計(jì)，學(xué)學(xué)習(xí)LaabVIIEW圖圖形化編編程軟件件，對(duì)軟軟件的具具體模塊塊編程并并對(duì)信號(hào)號(hào)進(jìn)行處處理；完成文文獻(xiàn)綜述述、開(kāi)題題報(bào)告及及畢業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)說(shuō)明明書(shū)及設(shè)設(shè)計(jì)說(shuō)明明書(shū)的撰撰寫(xiě)工作作。 二、進(jìn)度度安排及及完成時(shí)時(shí)間：1、第11周至第第3周：查閱相相關(guān)資料料，搜集集課題所所需資料料，了解解課題現(xiàn)現(xiàn)狀、課課題研究究的目的的和意義義，做好好選題報(bào)報(bào)告和文文獻(xiàn)綜述述。 2、第44周：參參考相關(guān)關(guān)資料，查閱相相關(guān)文獻(xiàn)獻(xiàn)，自學(xué)學(xué)相關(guān)知知識(shí)，了了解系統(tǒng)統(tǒng)整個(gè)工工作原理理和設(shè)計(jì)計(jì)方案，寫(xiě)好開(kāi)開(kāi)題報(bào)告告。 3、第55周至第第6周：確定總總體設(shè)計(jì)計(jì)方案及及個(gè)

4、人研研究重點(diǎn)點(diǎn)，分配配課題研研究任務(wù)務(wù)。學(xué)習(xí)習(xí)LabbVIEEW軟件件。4、第7周周至第88周：根根據(jù)自己己的研究究方向和和總體設(shè)設(shè)計(jì)方案案，初步步構(gòu)列出出系統(tǒng)的的硬件模模塊和軟軟件模塊塊。完成成硬件設(shè)設(shè)計(jì)。 5、第99周至第第10周周：完成成系統(tǒng)各軟軟件模塊塊的編寫(xiě)寫(xiě)及調(diào)試試。6、第111周至至第133周：完完成系統(tǒng)統(tǒng)的軟件件仿真和和軟硬件件聯(lián)調(diào)。 7、第114周至至第155周：整整理設(shè)計(jì)計(jì)資料，撰寫(xiě)畢畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)論文。 8、第116周至至第177周：打打印、裝裝訂論文文，進(jìn)行行畢業(yè)答答辯。 目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc1326 摘要 PAGEREF _To

5、c1326 I HYPERLINK l _Toc21865 Absttracct. PAGEREF _Toc21865 II HYPERLINK l _Toc6886 第1章 緒論論 PAGEREF _Toc6886 1 HYPERLINK l _Toc9816 1.1電電機(jī) PAGEREF _Toc9816 1 HYPERLINK l _Toc13558 1.1.1 直直流電機(jī)機(jī) PAGEREF _Toc13558 1 HYPERLINK l _Toc26672 1.1.2 交交流電機(jī)機(jī) PAGEREF _Toc26672 2 HYPERLINK l _Toc7028 1.2 虛擬儀儀器 P

6、AGEREF _Toc7028 3 HYPERLINK l _Toc7236 1.2.1 虛虛擬儀器器技術(shù) PAGEREF _Toc7236 33 HYPERLINK l _Toc1458 1.2.2 虛虛擬儀器器發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc1458 6 HYPERLINK l _Toc4795 1.2.3 虛虛擬儀器器系統(tǒng)構(gòu)構(gòu)成 PAGEREF _Toc4795 8 HYPERLINK l _Toc10449 1.2.4 虛虛擬儀器器系統(tǒng)軟軟面板設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) PAGEREF _Toc10449 9 HYPERLINK l _Toc9065 1.3 數(shù)據(jù)采采集 PAGEREF _Toc

7、9065 9 HYPERLINK l _Toc24519 第2章 總體體方案設(shè)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc24519 122 HYPERLINK l _Toc15919 2.1 總體方方案設(shè)計(jì)計(jì) PAGEREF _Toc15919 12 HYPERLINK l _Toc24742 第3章 硬件件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc24742 113 HYPERLINK l _Toc6051 3.1 硬件總總體概述述 PAGEREF _Toc6051 13 HYPERLINK l _Toc20786 3.2 硬件組組成部分分 PAGEREF _Toc20786 13 HYPERLINK l _Toc

8、7133 3.2.1 傳傳感器 PAGEREF _Toc7133 113 HYPERLINK l _Toc23812 3.2.2 數(shù)數(shù)據(jù)采集集卡 PAGEREF _Toc23812 144 HYPERLINK l _Toc24712 3.3 信號(hào)采采樣和AA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換 PAGEREF _Toc24712 155 HYPERLINK l _Toc16834 3.3.1 信信號(hào)采樣樣 PAGEREF _Toc16834 15 HYPERLINK l _Toc22705 3.3.2 采采樣頻率率選擇 PAGEREF _Toc22705 117 HYPERLINK l _Toc10816 3.3.3

9、AA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換技術(shù)術(shù) PAGEREF _Toc10816 18 HYPERLINK l _Toc24558 3.4 硬件接接線圖 PAGEREF _Toc24558 118 HYPERLINK l _Toc14212 第4章 軟件設(shè)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc14212 200 HYPERLINK l _Toc8141 4.1 前面板板設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc8141 220 HYPERLINK l _Toc20225 4.2 程序設(shè)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc20225 200 HYPERLINK l _Toc10670 4.2.1 功功能模塊塊 PAGEREF _Toc10670

10、 20 HYPERLINK l _Toc16255 4.2.2 電電機(jī)測(cè)速速及輸入入電壓程程序 PAGEREF _Toc16255 255 HYPERLINK l _Toc12401 4.3 序調(diào)試試與數(shù)據(jù)據(jù)處理 PAGEREF _Toc12401 226 HYPERLINK l _Toc6807 總結(jié) PAGEREF _Toc6807 277 HYPERLINK l _Toc26791 參考文獻(xiàn)獻(xiàn) PAGEREF _Toc26791 28 HYPERLINK l _Toc20130 致謝 PAGEREF _Toc20130 299 HYPERLINK l _Toc2846 附 錄錄 PAGE

11、REF _Toc2846 30電機(jī)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)研發(fā)與設(shè)計(jì) 電機(jī)數(shù)據(jù)據(jù)采集分分析系統(tǒng)統(tǒng)研發(fā)與與設(shè)計(jì)摘要：虛虛擬儀器器技術(shù)就就是利用用高性能能的模塊塊化硬件件，結(jié)合合高效靈靈活的軟軟件來(lái)完完成各種種測(cè)試、測(cè)量和和自動(dòng)化化的應(yīng)用用。虛擬擬儀器的的圖形化化語(yǔ)言圖圖形化數(shù)數(shù)據(jù)流語(yǔ)語(yǔ)言和程程序框圖圖能自然然地顯示示您的數(shù)數(shù)據(jù)流，同時(shí)地地圖化的的用戶界界面直觀觀地顯示示數(shù)據(jù)，使我們們能夠輕輕松地查查看、修修改數(shù)據(jù)據(jù)或控制制輸入。本設(shè)計(jì)要要采集電電機(jī)相關(guān)關(guān)數(shù)據(jù)，選擇電電機(jī)轉(zhuǎn)速速及輸入入電壓作作為測(cè)量量對(duì)象。本設(shè)計(jì)計(jì)采用NNI PPCI-62881數(shù)據(jù)采采集卡實(shí)實(shí)現(xiàn)二通通道的數(shù)數(shù)據(jù)采集集。一通通道直接接采集

12、輸輸入電壓壓，另一一通道采采集通過(guò)過(guò)霍爾傳傳感器體體現(xiàn)轉(zhuǎn)速速的模擬擬電壓信信號(hào)，經(jīng)經(jīng)過(guò)模數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為為數(shù)字信信號(hào)。利利用Laabviiew的的軟件編編程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對(duì)波形形的顯示示輸入電電壓并計(jì)計(jì)算得出出電機(jī)的的轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)是是虛擬儀儀器在測(cè)測(cè)控領(lǐng)域域的一次次簡(jiǎn)單應(yīng)應(yīng)用。實(shí)實(shí)踐明虛虛擬儀器器是一種種優(yōu)秀的的解決方方案，能能夠高效效的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)各種測(cè)測(cè)控任務(wù)務(wù)。關(guān)鍵字：虛擬儀儀器;數(shù)數(shù)據(jù)采集集;傳感感器 Motoor ddataa accquiisittionn annd aanallysiis ssysttem devveloopmeent andd deesiggnAbsttracct:TThe

13、virrtuaal iinsttrummentt teechnnoloogy is thee usse oof hhighh-peerfoormaancee moodullar harrdwaare, coombiinedd wiith effficiientt annd fflexxiblle ssofttwarre tto aaccoompllishh a varrietty oof ttestt, mmeassureemennt aand auttomaatioon aappllicaatioons. Viirtuual Insstruumennts graaphiicall laang

14、uuagee grraphhicaal ddataafloow llangguagge aand bloock diaagraam ccan natturaallyy diispllay youur ddataa fllow, annd mmap-bassed useer iinteerfaace to vissuallly dissplaay ddataa, aalloowinng uus tto eeasiily vieew, moddifyy daata or conntrool iinpuuts. Thee deesiggn oof tthe mottor to colllecct r

15、releevannt ddataa, sseleect thee mootorr sppeedd annd iinpuut vvolttagee ass thhe mmeassureemennt oobjeect. Thhe ddesiign usees aa NII PCCI-662811 daata acqquissitiion carrd ffor twoo-chhannnel datta aacquuisiitioon. A ppasssagee diirecctlyy coolleect thee innputt vooltaage, annd tthe othher Halll s

16、senssor embbodiied by chaanneel aacquuisiitioon sspeeed aanallog volltagge ssignnal, affterr annaloog-ddigiitall coonveersiion, coonveerteed iintoo diigittal siggnalls. Usee Laabviiew sofftwaare proograammiing to reaalizze tthe inpput volltagge wwaveeforrm ddispplayy annd ccalcculaatedd mootorr sppe

17、edd.Thiss deesiggn iis aa viirtuual insstruumennt iin tthe fieeld of a ssimpple monnitoorinng aand conntrool aappllicaatioons. Prractticee Miing virrtuaal iinsttrummentt iss ann exxcelllennt ssoluutioon tthatt caan eeffiicieentlly iimpllemeent varriouus mmoniitorringg taaskss.Keywwordds:virrtuaal ii

18、nsttrummentt; ddataa coolleectiion; seensoor 電機(jī)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的研發(fā)與設(shè)計(jì) PAGE 27第1章 緒論論電機(jī)從研研制、投投產(chǎn)，到到運(yùn)行和和維修，其間的的各個(gè)階階段都要要進(jìn)行一一系列試試驗(yàn)，以以獲取電電機(jī)的各各種物理理參數(shù)和和性能指指標(biāo)。近近年來(lái)，一些新新型電機(jī)機(jī)(如雙雙繞組電電機(jī)等)的應(yīng)用用日益廣廣泛。這這些電機(jī)機(jī)的試驗(yàn)驗(yàn)特點(diǎn)是是測(cè)試項(xiàng)項(xiàng)目多、各個(gè)項(xiàng)項(xiàng)目測(cè)試試的參量量多，而而且往往往要求對(duì)對(duì)多個(gè)參參數(shù)同時(shí)時(shí)測(cè)量，測(cè)試要要求精度度高。使使用傳統(tǒng)統(tǒng)的測(cè)試試儀表進(jìn)進(jìn)行測(cè)試試，由于于自動(dòng)化化程度低低，操作作十分復(fù)復(fù)雜，工工作量大大，而且且精度也也難以達(dá)達(dá)

19、到要求求。因此此，建立立一種高高精度的的自動(dòng)化化程度高高的測(cè)試試手段變變得十分分重要。虛擬儀儀器是全全新概念念的新一一代的測(cè)測(cè)量?jī)x器器。自119877年誕生生以來(lái)，這一技技術(shù)與前前幾代測(cè)測(cè)試儀器器相比，以前所所未有的的速度迅迅猛發(fā)展展。本文文介紹了了虛擬儀儀器的概概念和LLabVVIEWW的軟件件開(kāi)發(fā)環(huán)環(huán)境，以以及已開(kāi)開(kāi)發(fā)成功功的基于于LabbVIEEW的電電機(jī)數(shù)據(jù)據(jù)采集系系統(tǒng)的硬硬件組成成和軟件件開(kāi)發(fā)，并重點(diǎn)點(diǎn)介紹了了在LaabVIIEW下下一些關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)方法和和數(shù)據(jù)分分析方法法。1.1電電機(jī)電機(jī)是指指依據(jù) HYPERLINK 電電磁感應(yīng)應(yīng)定律實(shí)實(shí)現(xiàn)電能能的轉(zhuǎn)換換或傳遞遞的一種種

20、HYPERLINK 電磁裝置置。 HYPERLINK 電動(dòng)動(dòng)機(jī)也稱稱（俗稱稱 HYPERLINK 馬達(dá)），在電路路中用字字母“M”（舊標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)用“D”）表示示。它的的主要作作用是產(chǎn)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為用用電器或或各種機(jī)機(jī)械的動(dòng)動(dòng)力源。發(fā)電機(jī)機(jī)在電路路中用字字母“G”表示。它的主主要作用用是利用用機(jī)械能能轉(zhuǎn)化為為電能，目前最最常用的的是，利利用 HYPERLINK 熱能能、水能能等推動(dòng)動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)來(lái)發(fā)電，隨著風(fēng)風(fēng)力發(fā)電電技術(shù)的的日趨成成熟，風(fēng)風(fēng)電也慢慢慢走進(jìn)進(jìn)我們的的生活。 電機(jī)按工工作電源源種類劃劃分：分分為 HYPERLINK 直流流電機(jī)和和 HYPERLINK 交流電電機(jī)。按按結(jié)構(gòu)和和工

21、作原原理劃分分：分為為直流電電動(dòng)機(jī)、異步電電動(dòng)機(jī)、同步電電動(dòng)機(jī)。按起動(dòng)動(dòng)與運(yùn)行行方式劃劃分：分分為電容容起動(dòng)式式單相異異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)、電容運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)式單單相異步步電動(dòng)機(jī)機(jī)、電容起起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)式單相相異步電電動(dòng)機(jī)和和分相式式單相異異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)。按按用途劃分分：分為為驅(qū)動(dòng)用用電動(dòng)機(jī)機(jī)和控制用用電動(dòng)機(jī)機(jī)。按轉(zhuǎn)子的的結(jié)構(gòu)劃劃分：分分為籠型型感應(yīng)電電動(dòng)機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)稱為鼠鼠籠型異異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)）和和繞線轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子感應(yīng)應(yīng)電動(dòng)機(jī)機(jī)（舊標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)稱為為繞線型型異步電電動(dòng)機(jī)）。按運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)速度度劃分：分為高高速電動(dòng)動(dòng)機(jī)、低速電電動(dòng)機(jī)、恒速電電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電電動(dòng)機(jī)。低速電電動(dòng)機(jī)又又分為齒齒輪 HYPERLINK 減速速電動(dòng)機(jī)機(jī)、電磁磁減速

22、電電動(dòng)機(jī)、力矩電電動(dòng)機(jī)和和爪極同同步電動(dòng)動(dòng)機(jī)等。1.1.1 直直流電機(jī)機(jī)定義輸出出或輸入入為直流流電能的的旋轉(zhuǎn) HYPERLINK 電電機(jī)，稱稱為直流流電機(jī)，它是能能實(shí)現(xiàn)直直流電能能和 HYPERLINK 機(jī)械械能互相相轉(zhuǎn)換的的電機(jī)。當(dāng)它作作 HYPERLINK 電動(dòng)機(jī)機(jī)運(yùn)行時(shí)時(shí)是 HYPERLINK 直流流電動(dòng)機(jī)機(jī)，將電電能轉(zhuǎn)換換為機(jī)械械能；作作 HYPERLINK 發(fā)電機(jī)機(jī)運(yùn)行時(shí)時(shí)是 HYPERLINK 直流流發(fā)電機(jī)機(jī)，將機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電電能。直流電機(jī)機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)由 HYPERLINK 定定子和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子兩大大部分組組成。直直流電機(jī)機(jī)運(yùn)行時(shí)時(shí)靜止不不動(dòng)的部部分稱為為 HYPERLINK 定子

23、，定定子的主主要作用用是產(chǎn)生生 HYPERLINK 磁場(chǎng)，由由機(jī)座、主 HYPERLINK 磁極極、換向向極、端端蓋、軸軸承和 HYPERLINK 電電刷裝置置等組成成。運(yùn)行行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)的部分分稱為 HYPERLINK 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，其其主要作作用是產(chǎn)產(chǎn)生 HYPERLINK 電磁磁轉(zhuǎn)矩和和感應(yīng)電電動(dòng)勢(shì)，是直流流電機(jī)進(jìn)進(jìn)行能量量轉(zhuǎn)換的的樞紐，所以通通常又稱稱為 HYPERLINK 電樞樞，由轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸、電電樞鐵心心、 HYPERLINK 電樞樞繞組、 HYPERLINK 換向器器和風(fēng)扇扇等組成成。一臺(tái)直流流電機(jī)原原則上既既可以作作為 HYPERLINK 電動(dòng)動(dòng)機(jī)運(yùn)行行，也可可以作為為發(fā)電機(jī)機(jī)運(yùn)行，這種原原

24、理在電電機(jī)理論論中稱為為可逆原原理。當(dāng)當(dāng)原動(dòng)機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)電電樞繞組組在主磁磁極N、S之間間旋轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)，電樞樞繞組上上感生出出電動(dòng)勢(shì)勢(shì)，經(jīng)電電刷、換換向器裝裝置整流流為直流流后，引引向外部部負(fù)載（或 HYPERLINK 電網(wǎng)網(wǎng)），對(duì)對(duì)外供電電，此時(shí)時(shí)電機(jī)作作直流發(fā)發(fā)電機(jī)運(yùn)運(yùn)行。如如用外部部直流電電源，經(jīng)經(jīng)電刷換換向器裝裝置將直直流 HYPERLINK 電流流引向電電樞繞組組，則此此電流與與主磁極極N、SS產(chǎn)生的的磁場(chǎng)互互相作用用，產(chǎn)生生 HYPERLINK 轉(zhuǎn)矩，驅(qū)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子子與連接接于其上上的機(jī)械械負(fù)載工工作，此此時(shí)電機(jī)機(jī)作直流流電動(dòng)機(jī)機(jī)運(yùn)行。直流電機(jī)機(jī)的工作作原理：1.直流流發(fā)電機(jī)機(jī)工作原原理直流發(fā)

25、電電機(jī)的工工作原理理就是把把電樞線線圈中感感應(yīng)的交交變電動(dòng)動(dòng)勢(shì)，靠靠換向器器配合電電刷的換換向作用用，使之之從電刷刷端引出出時(shí)變?yōu)闉橹绷麟婋妱?dòng)勢(shì)的的原理。感應(yīng)電電動(dòng)勢(shì)的的方向按按 HYPERLINK 右手定定則確定定（磁感感線指向向手心，大拇指指指向?qū)?dǎo)體運(yùn)動(dòng)動(dòng)方向，其他四四指的指指向就是是導(dǎo)體中中感應(yīng)電電動(dòng)勢(shì)的的方向。直流電動(dòng)動(dòng)機(jī)的工工作原理理導(dǎo)體受力力的方向向用左手手定則確確定。這這一對(duì) HYPERLINK 電電磁力形形成了作作用于電電樞一個(gè)個(gè)力矩，這個(gè)力力矩在旋旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)里稱為為電磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的方方向是逆逆時(shí)針?lè)椒较?，企企圖使電電樞逆時(shí)時(shí)針?lè)较蛳蜣D(zhuǎn)動(dòng)。如果此此電磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩能夠夠克服電電

26、樞上的的阻轉(zhuǎn)矩矩（例如如由摩擦擦引起的的阻轉(zhuǎn)矩矩以及其其它負(fù)載載轉(zhuǎn)矩），電樞樞就能按按逆時(shí)針針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)來(lái)。1.1.2 交交流電機(jī)機(jī)交流電機(jī)機(jī)是用于于實(shí)現(xiàn)機(jī)機(jī)械能和和交流電電能相互互轉(zhuǎn)換的的機(jī)械。由于交交流電力力系統(tǒng)的的巨大發(fā)發(fā)展，交交流電機(jī)機(jī)已成為為最常用用的電機(jī)機(jī)。交流流電機(jī)與與 HYPERLINK 直流電電機(jī)相比比，由于于沒(méi)有 HYPERLINK 換換向器（見(jiàn)直流流電機(jī)的的換向），因此此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，制制造方便便，比較較牢固，容易做做成高轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、高高電壓、大電流流、大容容量的電電機(jī)。交交流電機(jī)機(jī) HYPERLINK 功率的覆覆蓋范圍圍很大，從幾瓦瓦到幾十十萬(wàn)千瓦瓦、甚至至上百萬(wàn)萬(wàn)千瓦。

27、20世世紀(jì)800年代初初，最大大的汽輪輪發(fā)電機(jī)機(jī)已達(dá)1150萬(wàn)萬(wàn)千瓦。交流電機(jī)機(jī)的分類類：按電機(jī)功功用分類類：交流流電機(jī)主主要分為為發(fā)電機(jī)機(jī)和電動(dòng)動(dòng)機(jī)。發(fā)電機(jī)主主要分為為汽輪發(fā)發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)發(fā)電機(jī)和和柴油發(fā)發(fā)電機(jī)。汽輪發(fā)電電機(jī)是兩兩極高速速同步電電機(jī)，是是依靠燃燃燒煤、核能等等能源進(jìn)進(jìn)行發(fā)電電的。是是火力發(fā)發(fā)電廠、核能發(fā)發(fā)電廠的的主要設(shè)設(shè)備之一一，由汽汽輪機(jī)或或燃?xì)廨嗇啓C(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)發(fā)電。水輪發(fā)電電機(jī)是多多極低速速同步電電機(jī)，是是依靠水水力的位位能轉(zhuǎn)換換成動(dòng)能能作為能能源來(lái)進(jìn)進(jìn)行發(fā)電電的，由由水輪機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)發(fā)電。柴油發(fā)電電機(jī)由柴柴油機(jī)驅(qū)驅(qū)動(dòng)發(fā)電電，兩者者組成柴柴油發(fā)電電機(jī)組。通常用用作土礦礦企業(yè)、醫(yī)

28、院、樓房的的應(yīng)急備備用電源源；軍事事與民用用通信、伐地和和野外作作業(yè)，車(chē)車(chē)輛船舶舶等特殊殊用途的的獨(dú)立電電源，以以及電網(wǎng)網(wǎng)輸送不不到、又又不適于于建立火火力發(fā)電電廠地區(qū)區(qū)的生活活和生產(chǎn)產(chǎn)所需的的電源和和多種移移動(dòng)電站站等。交流電動(dòng)動(dòng)機(jī)又分分為同步步電動(dòng)機(jī)機(jī)和異步步電動(dòng)機(jī)機(jī)。當(dāng)電機(jī)的的三相對(duì)對(duì)稱繞組組，接通通三相交交流電后后，在空空氣隙中中產(chǎn)生一一個(gè)轉(zhuǎn)速速為v=600f/pp的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)電機(jī)機(jī)的運(yùn)行行速度nn始終保保持與旋旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)場(chǎng)相同速速度(nn=v)的電電動(dòng)機(jī)稱稱為同步步電動(dòng)機(jī)機(jī)。主要要用于軋軋鋼機(jī)、球磨機(jī)機(jī)、壓縮縮機(jī)、鼓鼓風(fēng)機(jī)等等。優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是能向向電網(wǎng)輸輸送無(wú)功功功率，改善電電網(wǎng)的功功率

29、因數(shù)數(shù)。缺點(diǎn)點(diǎn)是需要要直流勵(lì)勵(lì)磁，結(jié)結(jié)構(gòu)比較較復(fù)雜，電機(jī)造造價(jià)較貴貴。電機(jī)的運(yùn)運(yùn)行速度度n始終低低于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速速度(nnv)的交交流電機(jī)機(jī)稱為異異步電動(dòng)動(dòng)機(jī)。異異步電機(jī)機(jī)具有結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單、制造造方便、運(yùn)行可可靠、維維護(hù)簡(jiǎn)便便、價(jià)格格低廉等等優(yōu)點(diǎn)，因此被被廣泛的的應(yīng)用在在石油、化土、電站、礦山、冶金等等土業(yè)部部門(mén)，用用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)泵、風(fēng)風(fēng)機(jī)、粉粉碎機(jī)等等機(jī)械設(shè)設(shè)備，在在各種電電氣傳動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)中中，有990%左左右的設(shè)設(shè)備采用用異步電電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)。異步電機(jī)機(jī)的缺點(diǎn)點(diǎn)是：1.從電電網(wǎng)中吸吸取無(wú)功功勵(lì)磁功功率，使使電網(wǎng)的的功率因因數(shù)變壞壞；2.調(diào)速速性能差差，不能能用于軋軋鋼、造造紙等轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速要求求嚴(yán)格恒恒定

30、的設(shè)設(shè)備中，也不能能用于在在運(yùn)行中中轉(zhuǎn)速要要求有所所變化的的設(shè)備中中。1.2 虛擬儀儀器1.2.1 虛虛擬儀器器技術(shù) HYPERLINK t _blank 虛擬儀器器技術(shù)就就是利用用高性能能的模塊塊化硬件件，結(jié)合合高效靈靈活的軟軟件來(lái)完完成各種種測(cè)試、測(cè)量和和自動(dòng)化化的應(yīng)用用。虛擬擬儀器技技術(shù)是隨隨著現(xiàn)代代計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)、信息技技術(shù)、現(xiàn)現(xiàn)代測(cè)量量技術(shù)的的發(fā)展而而出現(xiàn)的的新技術(shù)術(shù)。虛擬擬儀器是是通過(guò)應(yīng)應(yīng)用程序序?qū)⒂?jì)算算機(jī)資源源（微處處理器、存儲(chǔ)器器、顯示示器）和和儀器硬硬件（AA/D、D/AA、數(shù)字字I/OO、定時(shí)時(shí)器、信信號(hào)調(diào)理理器）的的測(cè)量功功能結(jié)合合起來(lái)，形成的的測(cè)量裝裝置或測(cè)測(cè)試系統(tǒng)統(tǒng)。用

31、戶戶通過(guò)友友好的圖圖形界面面（稱為為虛擬面面板）操操作計(jì)算算機(jī)，就就像操作作傳統(tǒng)儀儀器一樣樣，通過(guò)過(guò)庫(kù)函數(shù)數(shù)實(shí)現(xiàn)儀儀器模塊塊間的通通信、定定時(shí)、觸觸發(fā)，以以及數(shù)據(jù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表表達(dá)，并并形成圖圖形化接接口。虛虛擬儀器器由計(jì)算算機(jī)、儀儀器軟件件和儀器器硬件組組成。虛擬儀器器包括硬硬件和軟軟件兩個(gè)個(gè)基本要要素。其其中，硬硬件的功功能是獲獲取被測(cè)測(cè)試的物物理信號(hào)號(hào)，提供供信號(hào)傳傳輸?shù)耐ㄍǖ馈Ｌ撎摂M儀器器的硬件件技術(shù)以以GPIIB、PPXI等等先進(jìn)的的計(jì)算機(jī)機(jī)接口總總線的發(fā)發(fā)展為發(fā)發(fā)展標(biāo)志志。GPPIB、PXII接口是是早期比比較流行行的接口口，隨著著虛擬儀儀器技術(shù)術(shù)的發(fā)展展，現(xiàn)在在使用比比較廣泛泛的

32、接口口是DAAQ、PPXI和和LXII。DAQ（Datta AAcquuisiitioon）儀儀器，即即數(shù)據(jù)采采集儀器器是一種種典型的的虛擬儀儀器，以以微型計(jì)計(jì)算機(jī)為為平臺(tái)，將計(jì)算算機(jī)硬件件（如某某類總線線）和計(jì)計(jì)算機(jī)軟軟件（虛虛擬儀器器應(yīng)用軟軟件）結(jié)結(jié)合起來(lái)來(lái)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)特定儀儀器測(cè)量量和分析析的功能能。由儀儀器卡組組成DAAQ儀器器的方式式主要有有三種：內(nèi)插式式，即將將儀器卡卡插入微微機(jī)內(nèi)部部總線上上來(lái)構(gòu)成成DAQQ儀器；外掛式式，即將將微機(jī)總總線引到到擴(kuò)展箱箱中，在在擴(kuò)展箱箱里插入入儀器卡卡來(lái)構(gòu)成成DAQQ儀器；直接外外掛式，即在并并行口、USBB口等微微機(jī)外總總線接口口上接入入儀器卡卡來(lái)構(gòu)

33、成成DAQQ儀器。GPIIB（GGeneerall Puurpoose Intterffacee Buus）總總線技術(shù)術(shù)，即IIEEEE-4888總線線，是一一種數(shù)字字式并行行總線，它將可可編程儀儀器和計(jì)計(jì)算機(jī)緊緊密結(jié)合合起來(lái)。典型的的GPIIB儀器器系統(tǒng)由由一臺(tái)PPC、一一塊GPPIB接接口板卡卡和若干干臺(tái)GPPIB儀儀器通過(guò)過(guò)GPIIB標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)總線連連接而成成。目前前，這種種應(yīng)用已已經(jīng)較少少。VXXI（VVMEbbus Exttenssionns FFor Insstruumenntattionn，意為為“VMEEbuss在儀器器領(lǐng)域內(nèi)內(nèi)的擴(kuò)展展”）是繼繼GPIIB第二二代自動(dòng)動(dòng)測(cè)試系系統(tǒng)之

34、后后，為適適應(yīng)測(cè)試試系統(tǒng)從從分離臺(tái)臺(tái)式結(jié)構(gòu)構(gòu)向高密密度、高高效率、多功能能、高性性能的模模塊結(jié)構(gòu)構(gòu)發(fā)展的的需要，吸收智智能儀器器和PCC儀器之之設(shè)計(jì)思思想，集集GPIIB系統(tǒng)統(tǒng)和高級(jí)級(jí)微機(jī)內(nèi)內(nèi)總線VVMEbbus之之精華設(shè)設(shè)計(jì)而成成的儀器器。它克克服了GGPIBB儀器的的數(shù)據(jù)傳傳輸率和和資源利利用率低低的缺點(diǎn)點(diǎn)。PXI（PCII Exxtennsioons Forr Innstrrumeentaatioon）總總線儀器器是PCCI在儀儀器領(lǐng)域域的擴(kuò)展展，主要要特點(diǎn)是是模塊化化。PXXI總線線儀器以以CommpacctPCCI為基基礎(chǔ)，改改進(jìn)了PPCI總總線技術(shù)術(shù)，增加加了PCCI插槽槽，使之之

35、適合試試驗(yàn)、測(cè)測(cè)量與數(shù)數(shù)據(jù)采集集場(chǎng)合應(yīng)應(yīng)用，是是一種有有別于GGPIBB等總線線結(jié)構(gòu)的的新型虛虛擬儀器器體系結(jié)結(jié)構(gòu)。GPIBBVXIIPXII總線方方式（適適合大型型高精度度集成系系統(tǒng)）GGPIBB于19978年年問(wèn)世，VXII于19987年年問(wèn)世，PXII于19997年年問(wèn)世。PC插卡卡并口式式串口UUSB方方式（適適合于普普及型的的廉價(jià)系系統(tǒng)，有有廣闊的的應(yīng)用發(fā)發(fā)展前景景）PCC插卡式式于800年代初初問(wèn)世，并行口口方式于于19995年問(wèn)問(wèn)世，串串口USSB方式式于19999年年問(wèn)世。綜上所述述，虛擬擬儀器的的發(fā)展取取決于三三個(gè)重要要因素。計(jì)算機(jī)機(jī)是載體體，軟件是是核心，高質(zhì)量量的A/D采

36、集集卡及調(diào)調(diào)理放大大器是關(guān)關(guān)鍵。相相信隨著著科技的的不斷創(chuàng)創(chuàng)新發(fā)展展，隨著著人們對(duì)對(duì)其更需需人性化化的需求求，虛擬擬儀器的的發(fā)展也也將會(huì)不不斷地更更上一個(gè)個(gè)臺(tái)階，讓其發(fā)發(fā)揮出應(yīng)應(yīng)有而更更廣泛的的的功效效，讓人人們的生生活更加加美好。虛擬儀器器的主要要特點(diǎn)有有：1.盡可可能采用用了通用用的硬件件，各種種儀器的的差異主主要是軟軟件。2.可充充分發(fā)揮揮計(jì)算機(jī)機(jī)的能力力，有強(qiáng)強(qiáng)大的數(shù)數(shù)據(jù)處理理功能，可以創(chuàng)創(chuàng)造出功功能更強(qiáng)強(qiáng)的儀器器。3.用戶戶可以根根據(jù)自己己的需要要定義和和制造各各種儀器器。4.虛擬擬儀器實(shí)實(shí)際上是是一個(gè)按按照儀器器需求組組織的數(shù)數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)。虛擬儀儀器的研研究中涉涉及的基基礎(chǔ)理論論

37、主要有有計(jì)算機(jī)機(jī)數(shù)據(jù)采采集和數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)處理。目前在在這一領(lǐng)領(lǐng)域內(nèi)，使用較較為廣泛泛的計(jì)算算機(jī)語(yǔ)言言是美國(guó)國(guó)NI公公司的LLabVVIEWW。5.虛擬擬儀器的的起源可可以追溯溯到200世紀(jì)770年代代，那時(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)機(jī)測(cè)控系系統(tǒng)在國(guó)國(guó)防、航航天等領(lǐng)領(lǐng)域已經(jīng)經(jīng)有了相相當(dāng)?shù)陌l(fā)發(fā)展。PPC機(jī)出出現(xiàn)以后后，儀器器級(jí)的計(jì)計(jì)算機(jī)化化成為可可能，甚甚至在MMicrrosooft公公司的WWinddowss誕生之之前，NNI公司司已經(jīng)在在Maccinttoshh計(jì)算機(jī)機(jī)上推出出了LaabVIIEW 2.00以前的的版本。對(duì)虛擬擬儀器和和LabbVIEEW長(zhǎng)期期、系統(tǒng)統(tǒng)、有效效的研究究開(kāi)發(fā)使使得該公公司成為為業(yè)界

38、公公認(rèn)的權(quán)權(quán)威。目目前LaabVIIEW的的最新版版本為L(zhǎng)LabVVIEWW 20009，LabbVIEEW 220099為多線線程功能能添加了了更多特特性，這這種特性性在19998年年的版本本中被初初次引入入。使用用LabbVIEEW軟件件，用戶戶可以借借助于它它提供的的軟件環(huán)環(huán)境,該該環(huán)境由由于其數(shù)數(shù)據(jù)流編編程特性性、LaabVIIEW Reaal-TTimee工具對(duì)對(duì)嵌入式式平臺(tái)開(kāi)開(kāi)發(fā)的多多核支持持，以及及自上而而下的為為多核而而設(shè)計(jì)的的軟件層層次，是是進(jìn)行并并行編程程的首選選。6.普通通的PCC有一些些不可避避免的弱弱點(diǎn)。用用它構(gòu)建建的虛擬擬儀器或或計(jì)算機(jī)機(jī)測(cè)試系系統(tǒng)性能能不可能能太高

39、。目前作作為計(jì)算算機(jī)化儀儀器的一一個(gè)重要要發(fā)展方方向是制制定了VVXI標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，這這是一種種插卡式式的儀器器。每一一種儀器器是一個(gè)個(gè)插卡，為了保保證儀器器的性能能，又采采用了較較多的硬硬件，但但這些卡卡式儀器器本身都都沒(méi)有面面板，其其面板仍仍然用虛虛擬的方方式在計(jì)計(jì)算機(jī)屏屏幕上出出現(xiàn)。這這些卡插插入標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的VXXI機(jī)箱箱，再與與計(jì)算機(jī)機(jī)相連，就組成成了一個(gè)個(gè)測(cè)試系系統(tǒng)。VVXI儀儀器價(jià)格格昂貴，目前又又推出了了一種較較為便宜宜的PXXI標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)儀器。本次課題題是基于于虛擬儀儀器的電電機(jī)數(shù)據(jù)據(jù)采集分分析系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中LLabVVIEWW是整個(gè)個(gè)系統(tǒng)的的核心，只有把把LabbVIEEW這個(gè)個(gè)模塊運(yùn)運(yùn)

40、用得當(dāng)當(dāng)，才可可能使系系統(tǒng)完整整，才可可能使本本次課題題得以成成功實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。LabVVIEWW是一種種程序開(kāi)開(kāi)發(fā)環(huán)境境，由美美國(guó)國(guó)家家儀器（NI）公司研研制開(kāi)發(fā)發(fā)的，類類似于CC和BAASICC開(kāi)發(fā)環(huán)環(huán)境，但但是LaabVIIEW與與其他計(jì)計(jì)算機(jī)語(yǔ)語(yǔ)言的顯顯著區(qū)別別是：其其他計(jì)算算機(jī)語(yǔ)言言都是采采用基于于文本的的語(yǔ)言產(chǎn)產(chǎn)生代碼碼，而LLabVVIEWW使用的的是圖形形化編輯輯語(yǔ)言GG編寫(xiě)程程序，產(chǎn)產(chǎn)生的程程序是框框圖的形形式。與C和BBASIIC一樣樣，LaabVIIEW也也是通用用的編程程系統(tǒng)，有一個(gè)個(gè)完成任任何編程程任務(wù)的的龐大函函數(shù)庫(kù)。LabbVIEEW的函函數(shù)庫(kù)包包括數(shù)據(jù)據(jù)采集、GPII

41、B、串串口控制制、數(shù)據(jù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯顯示及數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)儲(chǔ)等等。LabbVIEEW也有有傳統(tǒng)的的程序調(diào)調(diào)試工具具，如設(shè)設(shè)置斷點(diǎn)點(diǎn)、以動(dòng)動(dòng)畫(huà)方式式顯示數(shù)數(shù)據(jù)及其其子程序序（子VVI）的的結(jié)果、單步執(zhí)執(zhí)行等等等，便于于程序的的調(diào)試。美國(guó)國(guó)家家儀器公公司NII（Naatioonall Innstrrumeentss）提出出的虛擬擬測(cè)量?jī)x儀器（VVI）概概念，引引發(fā)了傳傳統(tǒng)儀器器領(lǐng)域的的一場(chǎng)重重大變革革，使得得計(jì)算機(jī)機(jī)和網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)得得以長(zhǎng)驅(qū)驅(qū)直入儀儀器領(lǐng)域域，和儀儀器技術(shù)術(shù)結(jié)合起起來(lái)，從從而開(kāi)創(chuàng)創(chuàng)了“軟件即即是儀器器”的先河河?！败浖醇词莾x器器”這是NNI公司司提出的的虛擬儀儀器理念念的核心心思想。從這

42、一一思想出出發(fā)，基基于電腦腦或工作作站、軟軟件和II/O部部件來(lái)構(gòu)構(gòu)建虛擬擬儀器。I/OO部件可可以是獨(dú)獨(dú)立儀器器、模塊塊化儀器器、數(shù)據(jù)據(jù)采集板板（DAAQ）或或傳感器器。NII所擁有有的虛擬擬儀器產(chǎn)產(chǎn)品包括括軟件產(chǎn)產(chǎn)品（如如LabbVIEEW）、GPIIB產(chǎn)品品、數(shù)據(jù)據(jù)采集產(chǎn)產(chǎn)品、信信號(hào)處理理產(chǎn)品、圖像采采集產(chǎn)品品、DSSP產(chǎn)品品和VXXI控制制產(chǎn)品等等。1.2.2 虛虛擬儀器器發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀本設(shè)計(jì)利利用虛擬擬儀器開(kāi)開(kāi)發(fā)軟件件LabbVIEEW和傳傳感器及及數(shù)據(jù)采采集卡等等硬件實(shí)實(shí)現(xiàn)電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速的的采集和和分析處處理以及及波形顯顯示。作作為一種種圖形化化虛擬儀儀器開(kāi)發(fā)發(fā)平臺(tái)的的LabbVIEEW有

43、了了越來(lái)越越多的發(fā)發(fā)展空間間，基于于LabbVIEEW的電電機(jī)數(shù)據(jù)據(jù)采集系系統(tǒng)，相相對(duì)于傳傳統(tǒng)的測(cè)測(cè)試儀表表具有精精度高、自動(dòng)化化程度高高的特點(diǎn)點(diǎn)，能同同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)諧波分分析儀、示波器器、電壓壓表、電電流表、轉(zhuǎn)速表表等多種種儀器的的功能。本設(shè)計(jì)計(jì)還可用用于長(zhǎng)時(shí)時(shí)間高速速連續(xù)采采集,不不會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)數(shù)據(jù)丟丟失和串串道的問(wèn)問(wèn)題。不似其他他語(yǔ)言，LabbVIEEW是與與硬件關(guān)關(guān)聯(lián)很緊緊密的尤尤其是NNI的板板卡產(chǎn)品品，同時(shí)時(shí)是一個(gè)個(gè)具有革革命性的的圖形化化開(kāi)發(fā)環(huán)環(huán)境，它它內(nèi)置信信號(hào)采集集、測(cè)量量分析與與數(shù)據(jù)顯顯示功能能，摒棄棄了傳統(tǒng)統(tǒng)開(kāi)發(fā)工工具的復(fù)復(fù)雜性，為您提提供強(qiáng)大大功能的的同時(shí)還還保證了了系統(tǒng)靈靈活

44、性。LabbVIEEW將廣廣泛的數(shù)數(shù)據(jù)采集集、分析析與顯示示功能集集中在了了同一個(gè)個(gè)環(huán)境中中，讓您您可以在在自己的的平臺(tái)上上無(wú)縫地地集成一一套完整整的應(yīng)用用方案。近年來(lái)，世界各各國(guó)的虛虛擬儀器器公司開(kāi)開(kāi)發(fā)了不不少虛擬擬儀器開(kāi)開(kāi)發(fā)平臺(tái)臺(tái)軟件，以便使使用者利利用這些些儀器公公司提供供的開(kāi)發(fā)發(fā)平臺(tái)軟軟件組建建自己的的虛擬儀儀器或測(cè)測(cè)試系統(tǒng)統(tǒng)，并編編制測(cè)試試軟件。LabbVIEEW采用用圖形化化編程方方案，是是非常實(shí)實(shí)用的開(kāi)開(kāi)發(fā)軟件件。美國(guó)國(guó)HP公公司的HHP-VVEE和和HPTTIG平平臺(tái)軟件件，美國(guó)國(guó)Tekktrooniss公司的的Ez-Tesst和TTek-TNSS軟件，以及美美國(guó)HEEM DD

45、ataa公司的的Snaap-MMartter平平臺(tái)軟件件，是國(guó)國(guó)際上公公認(rèn)的優(yōu)優(yōu)秀虛擬擬儀器開(kāi)開(kāi)發(fā)平臺(tái)臺(tái)軟件。當(dāng)今虛擬擬儀器的的系統(tǒng)開(kāi)開(kāi)發(fā)采用用的總線線包括傳傳統(tǒng)的RRS-2232串串行總線線、GPP-IBB通用接接口總線線、VXXI總線線，以及及已經(jīng)被被PC機(jī)機(jī)廣泛采采用的UUSB通通用串行行總線和和IEEEE-113944總線（即Fiirewwiree，也叫叫做火線線）。世世界各國(guó)國(guó)的公司司，特別別是美國(guó)國(guó)NI公公司，為為使虛擬擬儀器能能夠適應(yīng)應(yīng)上述各各種總線線的配置置，開(kāi)發(fā)發(fā)了大量量的軟件件以及適適應(yīng)要求求的硬件件（插件件），可可以靈活活地組建建不同復(fù)復(fù)雜程度度的虛擬擬儀器自自動(dòng)測(cè)試試系

46、統(tǒng)。虛擬儀器器開(kāi)發(fā)商商不僅注注意使虛虛擬儀器器能夠適適應(yīng)上述述各種通通用計(jì)算算機(jī)總線線系統(tǒng)，使之為為虛擬儀儀器服務(wù)務(wù)，而且且也注意意建立各各種儀器器專用的的總線系系統(tǒng)。美美國(guó)NII公司在在19997年99月1日日推出模模塊化儀儀器的主主流平臺(tái)臺(tái)PXII，這是是與Coopacct PPCI完完全兼容容的系統(tǒng)統(tǒng)。這種種虛擬儀儀器模塊塊化主流流平臺(tái)PPXI/Commpacce，PPCI的的傳輸速速度已經(jīng)經(jīng)達(dá)到1100MMb/ss，是目目前已經(jīng)經(jīng)發(fā)布的的最高傳傳輸速度度。虛擬儀器器的開(kāi)發(fā)發(fā)廠家，為擴(kuò)大大虛擬儀儀器的功功能，在在測(cè)量結(jié)結(jié)果的數(shù)數(shù)據(jù)處理理、表達(dá)達(dá)模式及及其變換換方面也也做了許許多工作作，發(fā)

47、布布了各種種軟件，建立了了數(shù)據(jù)處處理的高高級(jí)分析析庫(kù)和開(kāi)開(kāi)發(fā)工具具庫(kù)（例例如測(cè)量量結(jié)果的的譜分析析、快速速傅立葉葉變換、各種數(shù)數(shù)字濾波波器、卷卷積處理理和相關(guān)關(guān)函數(shù)處處理、微微積分、峰值和和閾值檢檢隊(duì)波形形發(fā)生、噪聲發(fā)發(fā)生、回回歸分析析、數(shù)值值運(yùn)算、時(shí)域和和頻域分分析等），使虛虛擬儀器器發(fā)展成成為可以以組建極極為復(fù)雜雜自動(dòng)測(cè)測(cè)試系統(tǒng)統(tǒng)的儀器器系統(tǒng)。同其他技技術(shù)相比比，虛擬擬儀器技技術(shù)具有有四大優(yōu)優(yōu)勢(shì)：1.性能能高虛擬儀器器技術(shù)是是在PCC技術(shù)的的基礎(chǔ)上上發(fā)展起起來(lái)的，所以完完全“繼承”了以現(xiàn)現(xiàn)成即用用的PCC技術(shù)為為主導(dǎo)的的最新商商業(yè)技術(shù)術(shù)的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，包括括功能超超卓的處處理器和和文件II/O，

48、使您在在數(shù)據(jù)高高速導(dǎo)入入磁盤(pán)的的同時(shí)就就能實(shí)時(shí)時(shí)地進(jìn)行行復(fù)雜的的分析。此外，不斷發(fā)發(fā)展的因因特網(wǎng)和和越來(lái)越越快的計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)使得得虛擬儀儀器技術(shù)術(shù)展現(xiàn)其其更強(qiáng)大大的優(yōu)勢(shì)勢(shì)。2.擴(kuò)展展性強(qiáng)NI的軟軟硬件工工具使得得我們不不再受限限于當(dāng)前前的技術(shù)術(shù)中。這這得益于于NI軟軟件的靈靈活性，只需更更新計(jì)算算機(jī)或測(cè)測(cè)量硬件件，就能能以最少少的硬件件投資和和極少的的、甚至至無(wú)需軟軟件上的的升級(jí)即即可改進(jìn)進(jìn)整個(gè)系系統(tǒng)。在在利用最最新科技技的時(shí)候候，我們們可以把把它們集集成到現(xiàn)現(xiàn)有的測(cè)測(cè)量設(shè)備備，最終終以較少少的成本本加速產(chǎn)產(chǎn)品上市市的時(shí)間間。3.開(kāi)發(fā)發(fā)時(shí)間少少在驅(qū)動(dòng)和和應(yīng)用兩兩個(gè)層面面上，NNI高效效的軟件

49、件構(gòu)架能能與計(jì)算算機(jī)、儀儀器儀表表和通訊訊方面的的最新技技術(shù)結(jié)合合在一起起。NII設(shè)計(jì)這這一軟件件構(gòu)架的的初衷就就是為了了方便用用戶的操操作，同同時(shí)還提提供了靈靈活性和和強(qiáng)大的的功能，使我們們輕松地地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和和修改高高性能、低成本本的測(cè)量量和控制制解決方方案。4.無(wú)縫縫集成虛擬儀器器技術(shù)從從本質(zhì)上上說(shuō)是一一個(gè)集成成的軟硬硬件概念念。隨著著產(chǎn)品在在功能上上不斷地地趨于復(fù)復(fù)雜，工工程師們們通常需需要集成成多個(gè)測(cè)測(cè)量設(shè)備備來(lái)滿足足完整的的測(cè)試需需求，而而連接和和集成這這些不同同設(shè)備總總是要耗耗費(fèi)大量量的時(shí)間間。NII的虛擬擬儀器軟軟件平臺(tái)臺(tái)為所有有的I/O設(shè)備備提供了了標(biāo)準(zhǔn)的的接口，

50、幫助我我們輕松松地將多多個(gè)測(cè)量量設(shè)備集集成到單單個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)，減少少了任務(wù)務(wù)的復(fù)雜雜性。使使得測(cè)試試水準(zhǔn)更更加完善善。1.2.3 虛虛擬儀器器系統(tǒng)構(gòu)構(gòu)成虛擬儀器器由硬件件設(shè)備與與接口、設(shè)備驅(qū)驅(qū)動(dòng)軟件件和虛擬擬儀器面面板組成成。其中中，硬件件設(shè)備與與接口可可以是各各種以PPC為基基礎(chǔ)的內(nèi)內(nèi)置功能能插卡、通用接接口總線線接口卡卡、串行行口、VVXI總總線儀器器接口等等設(shè)備，或者是是其它各各種可程程控的外外置測(cè)試試設(shè)備，設(shè)備驅(qū)驅(qū)動(dòng)軟件件是直接接控制各各種硬件件接口的的驅(qū)動(dòng)程程序，虛虛擬儀器器通過(guò)底底層設(shè)備備驅(qū)動(dòng)軟軟件與真真實(shí)的儀儀器系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行通通訊，并并以虛擬擬儀器面面板的形形式在計(jì)計(jì)算機(jī)屏屏幕上顯顯示

51、與真真實(shí)儀器器面板操操作元素素相對(duì)應(yīng)應(yīng)的各種種控件。用戶用用鼠標(biāo)操操作虛擬擬儀器的的面板就就如同操操作真實(shí)實(shí)儀器一一樣真實(shí)實(shí)與方便便。1.虛擬擬儀器系系統(tǒng)的硬硬件構(gòu)成成虛擬儀器器的硬件件系統(tǒng)一一般分為為計(jì)算機(jī)機(jī)硬件平平臺(tái)和測(cè)測(cè)控功能能硬件。計(jì)算機(jī)機(jī)硬件平平臺(tái)可以以是各種種類型的的計(jì)算機(jī)機(jī)，如臺(tái)臺(tái)式計(jì)算算機(jī)、便便攜式計(jì)計(jì)算機(jī)、工作站站、嵌入入式計(jì)算算機(jī)等。它管理理著虛擬擬儀器的的軟件資資源，是是虛擬儀儀器的硬硬件基礎(chǔ)礎(chǔ)。因此此，計(jì)算算機(jī)技術(shù)術(shù)在顯示示、存儲(chǔ)儲(chǔ)能力、處理器器性能、網(wǎng)絡(luò)、總線標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)等方方面的發(fā)發(fā)展，導(dǎo)導(dǎo)致了虛虛擬儀器器系統(tǒng)的的快速發(fā)發(fā)展。按照測(cè)控控功能硬硬件的不不同，VVI可分分為D

52、AAQ、GGPIBB、VXXI、PPXI和和串口總總線五種種標(biāo)準(zhǔn)體體系結(jié)構(gòu)構(gòu)，它們們主要完完成被測(cè)測(cè)輸入信信號(hào)的采采集、放放大、模模/數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。2.虛擬擬儀器系系統(tǒng)的軟軟件構(gòu)成成測(cè)試軟件件是虛擬擬儀器的的主心骨骨。NII公司在在提出虛虛擬儀器器概念并并推出第第一批實(shí)實(shí)用成果果時(shí)，就就用軟件件就是儀儀器來(lái)表表達(dá)虛擬擬儀器的的特征，強(qiáng)調(diào)軟軟件在虛虛擬儀器器中的重重要位置置。NII公司從從一開(kāi)始始就推出出豐富而而又簡(jiǎn)潔潔的虛擬擬儀器開(kāi)開(kāi)發(fā)軟件件。使用用者可以以根據(jù)不不同的測(cè)測(cè)試任務(wù)務(wù)，在虛虛擬儀器器開(kāi)發(fā)軟軟件的提提示下編編制不同同的測(cè)試試軟件，來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)當(dāng)代科科學(xué)技術(shù)術(shù)復(fù)雜的的測(cè)試任任務(wù)。在在虛擬儀儀

53、器系統(tǒng)統(tǒng)中用靈靈活強(qiáng)大大的計(jì)算算機(jī)軟件件代替?zhèn)鱾鹘y(tǒng)儀器器的某些些硬件，特別是是系統(tǒng)中中應(yīng)用計(jì)計(jì)算機(jī)直直接參與與測(cè)試信信號(hào)的產(chǎn)產(chǎn)生和測(cè)測(cè)量特性性的分析析，使儀儀器中的的一些硬硬件甚至至整個(gè)儀儀器從系系統(tǒng)中消消失，而而由計(jì)算算機(jī)的軟軟硬件資資源來(lái)完完成它們們的功能能。虛擬擬儀器測(cè)測(cè)試系統(tǒng)統(tǒng)的軟件件主要分分為以下下四部分分。(1)儀儀器面板板控制軟軟件儀器面板板控制軟軟件即測(cè)測(cè)試管理理層，是是用戶與與儀器之之間交流流信息的的紐帶。利用計(jì)計(jì)算機(jī)強(qiáng)強(qiáng)大的圖圖形化編編程環(huán)境境，使用用可視化化的技術(shù)術(shù)，從控控制模塊塊上選擇擇你所需需要的對(duì)對(duì)象，放放在虛擬擬儀器的的前面板板上。(2)數(shù)數(shù)據(jù)分析析處理軟軟件利用

54、計(jì)算算機(jī)強(qiáng)大大的計(jì)算算能力和和虛擬儀儀器開(kāi)發(fā)發(fā)軟件功功能強(qiáng)大大的函數(shù)數(shù)庫(kù)可以以極大提提高虛擬擬儀器系系統(tǒng)的數(shù)數(shù)據(jù)分析析處理能能力，節(jié)節(jié)省開(kāi)發(fā)發(fā)時(shí)間。(3)儀儀器驅(qū)動(dòng)動(dòng)軟件虛擬儀器器驅(qū)動(dòng)程程序是處處理與特特定儀器器進(jìn)行控控制通信信的一種種軟件。儀器驅(qū)驅(qū)動(dòng)器與與通信接接口及使使用開(kāi)發(fā)發(fā)環(huán)境相相聯(lián)系，它提供供一種高高級(jí)的、抽象的的儀器映映像，它它還能提提供特定定的使用用開(kāi)發(fā)環(huán)環(huán)境信息息。儀器器驅(qū)動(dòng)器器是虛擬擬儀器的的核心，是用戶戶完成對(duì)對(duì)儀器硬硬件控制制的紐帶帶和橋梁梁。虛擬擬儀器驅(qū)驅(qū)動(dòng)程序序的核心心是驅(qū)動(dòng)動(dòng)程序函函數(shù)VII集，函函數(shù)VII是指組組成驅(qū)動(dòng)動(dòng)的模塊塊化子程程序。驅(qū)驅(qū)動(dòng)程序序一般分分為兩

55、層層，底層層是儀器器的基本本操作，如初始始化儀器器配置儀儀器輸入入?yún)?shù)、收發(fā)數(shù)數(shù)據(jù)、查查看儀器器狀態(tài)等等。高層層是應(yīng)用用函數(shù)VVI層，它根據(jù)據(jù)具體測(cè)測(cè)量要求求調(diào)用底底層的函函數(shù)VII。(4)通通用I/O接口口軟件在虛擬儀儀器系統(tǒng)統(tǒng)中，II/O接接口軟件件作為虛虛擬儀器器系統(tǒng)軟軟件結(jié)構(gòu)構(gòu)中承上上啟下的的一層，其模塊塊化與標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化越越來(lái)越重重要。VVXI總總線即插插即用聯(lián)聯(lián)盟，為為其制定定了標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，提出出了自底底向上的的I/OO接口軟軟件模型型即VIISA。作為通通用I/O標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，VIISA具具有與儀儀器硬件件接口無(wú)無(wú)關(guān)性的的特點(diǎn)，即這種種軟件結(jié)結(jié)構(gòu)是面面向器件件功能而而不是面面向接口口總線的的。

56、應(yīng)用用工程師師為帶GGPIBB接口儀儀器所寫(xiě)寫(xiě)的軟件件，也可可以于VVXI系系統(tǒng)或具具有RSS-2332接口口的設(shè)備備上，這這樣不但但大大縮縮短了應(yīng)應(yīng)用程序序的開(kāi)發(fā)發(fā)周期，而且徹徹底改變變了測(cè)試試軟件開(kāi)開(kāi)發(fā)的方方式和手手段。1.2.4 虛虛擬儀器器系統(tǒng)軟軟面板設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)虛擬儀器器軟面板板是用戶戶用來(lái)操操作儀器器，與儀儀器進(jìn)行行通信，輸入?yún)?shù)設(shè)置置，輸出出結(jié)果顯顯示的用用戶接口口。其設(shè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則則是：1.按照照VPPP規(guī)范設(shè)設(shè)計(jì)軟面面板，使使面板具具有標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化、開(kāi)開(kāi)放性、可移植植性。2.根據(jù)據(jù)測(cè)試要要求確定定儀器功功能。根根據(jù)測(cè)試試任務(wù)確確定儀器器軟面板板具體測(cè)測(cè)試、測(cè)測(cè)量功能能，開(kāi)關(guān)關(guān)、控制

57、制等設(shè)置置要求。3.用面面向?qū)ο笙蟮脑O(shè)計(jì)計(jì)方法設(shè)設(shè)計(jì)軟面面板。按按照面向向?qū)ο蟮牡脑O(shè)計(jì)思思想，一一個(gè)虛擬擬儀器集集成系統(tǒng)統(tǒng)由多個(gè)個(gè)虛擬儀儀器組成成，每個(gè)個(gè)虛擬儀儀器均由由軟面板板控制。軟面板板由大量量的虛擬擬控件組組成。1.3 數(shù)據(jù)采采集組建一個(gè)個(gè)基于LLabVVIEWW的虛擬擬儀器系系統(tǒng)，傳傳感器和和數(shù)據(jù)采采集模塊塊是最基基本的硬硬件。其其中，傳傳感器是是將被測(cè)測(cè)試的物物理量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電電量的基基本環(huán)節(jié)節(jié)；數(shù)據(jù)據(jù)采集則則將模擬擬信號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成數(shù)數(shù)據(jù)信號(hào)號(hào)供計(jì)算算機(jī)進(jìn)行行分析處處理。本本節(jié)將介介紹虛擬擬儀器中中數(shù)據(jù)采采集的基基本知識(shí)識(shí)。數(shù)據(jù)采集集就是將將被測(cè)對(duì)對(duì)象的各各種參量量（物理理量、化化學(xué)量

58、、生物量量等）通通過(guò)各種種傳感器器件做適適當(dāng)轉(zhuǎn)換換后，再再經(jīng)過(guò)信信號(hào)采樣樣、量化化、編碼碼、傳輸輸?shù)炔襟E驟送到控控制器進(jìn)進(jìn)行數(shù)據(jù)據(jù)處理或或記錄的的過(guò)程?？刂破髌饕话阌杏杏?jì)算機(jī)機(jī)承擔(dān)。計(jì)算機(jī)機(jī)是數(shù)據(jù)據(jù)采集系系統(tǒng)的核核心，它它對(duì)整個(gè)個(gè)系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行控制制，并對(duì)對(duì)采集的的數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行加工工處理。在智能儀儀器、信信號(hào)檢測(cè)測(cè)與處理理、工業(yè)業(yè)自動(dòng)化化控制領(lǐng)領(lǐng)域中，都存在在著信號(hào)號(hào)的采集集與處理理問(wèn)題。數(shù)據(jù)采采集系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)如如圖1.1所示示。圖1.11 數(shù)據(jù)據(jù)采集系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)利用NII公司提提供的數(shù)數(shù)據(jù)采集集卡和LLabVVIEWW開(kāi)發(fā)數(shù)數(shù)據(jù)采集集程序，模擬信信號(hào)的采采集過(guò)程程如圖11.2所所示。數(shù)數(shù)據(jù)采集集卡中

59、通通過(guò)多路路開(kāi)關(guān)、A/DD轉(zhuǎn)換器器和數(shù)據(jù)據(jù)緩存（Buffferr）幾個(gè)個(gè)部件將將多通道道的模擬擬信號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)并存儲(chǔ)儲(chǔ)在數(shù)據(jù)據(jù)緩存中中。計(jì)算算機(jī)通過(guò)過(guò)LabbVIEEW中的的數(shù)據(jù)采采集VII對(duì)數(shù)據(jù)據(jù)采集卡卡中的采采集控制制電路進(jìn)進(jìn)行控制制，數(shù)據(jù)據(jù)采集卡卡和計(jì)算算機(jī)之間間通過(guò)計(jì)計(jì)算機(jī)總總線實(shí)現(xiàn)現(xiàn)交換數(shù)數(shù)據(jù)和傳傳遞控制制信息。圖1.22 模擬擬信號(hào)的的數(shù)據(jù)采采集過(guò)程程一個(gè)多通通道數(shù)據(jù)據(jù)采集的的過(guò)程一一般要經(jīng)經(jīng)過(guò)以下下幾個(gè)步步驟。(1)數(shù)數(shù)據(jù)采集集VI傳傳遞相關(guān)關(guān)采樣參參數(shù)給數(shù)數(shù)據(jù)采集集卡。 采樣頻率率：即多多路開(kāi)關(guān)關(guān)進(jìn)行一一次掃描描的頻率率。采樣次數(shù)數(shù)：即多多路開(kāi)關(guān)關(guān)掃描的的次數(shù)。采樣通

60、道道：即多多路開(kāi)關(guān)關(guān)對(duì)哪些些通道進(jìn)進(jìn)行掃描描。數(shù)據(jù)緩存存的大小?。捍_定定可以將將多少掃掃描的數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)儲(chǔ)到數(shù)據(jù)據(jù)緩存中中。(2)采采樣開(kāi)始始，多路路開(kāi)關(guān)對(duì)對(duì)采樣通通道進(jìn)行行一次掃掃描，每每個(gè)通道道一個(gè)點(diǎn)點(diǎn)。(3)采采樣的模模擬信號(hào)號(hào)送到AA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)。(4)數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)存儲(chǔ)到到數(shù)據(jù)緩緩存中。(5)重重復(fù)(22)-(4)的的操作，知道完完成所需需的采樣樣次數(shù)。(6)從從數(shù)據(jù)采采集卡的的數(shù)據(jù)緩緩存中讀讀取數(shù)據(jù)據(jù)到計(jì)算算機(jī)的內(nèi)內(nèi)存中。(7)單單點(diǎn)、單單通道或或不經(jīng)過(guò)過(guò)緩存的的采樣過(guò)過(guò)程將上上述過(guò)程程做相應(yīng)應(yīng)的簡(jiǎn)化化即可。第2章 總體體方案設(shè)設(shè)計(jì)2.1 總體方方案設(shè)計(jì)計(jì)電機(jī)相關(guān)關(guān)