虛擬器畢業(yè)論文----虛擬儀器在信號(hào)處理和教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

1、<p>　　虛擬儀器在信號(hào)處理和教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了LabVIEw 圖形化軟件設(shè)計(jì)的虛擬儀器在信號(hào)處理和電機(jī)性能測(cè)試中的應(yīng)用。該儀器具有采集、數(shù)據(jù)處理分析、結(jié)果顯示、網(wǎng)絡(luò)化等功能，用于測(cè)試時(shí)，能馬上給出測(cè)量系統(tǒng)特性曲線，還可將輸出波形／數(shù)據(jù)加以保存以便查閱或打印。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中省去

2、了繁雜的記錄數(shù)據(jù)、輸人數(shù)據(jù)等中間過(guò)程，儀器網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)，不僅解決了高校儀器投資成本高的問(wèn)題，而且提高了我們的積極性和實(shí)驗(yàn)的靈活性，充分體現(xiàn)了該虛擬儀器的優(yōu)越性。針對(duì)測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備不足、概念抽象、計(jì)算繁雜等困難，基于目前興起的虛擬儀器技術(shù)，設(shè)計(jì)了信號(hào)處理計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，效果顯著。</p><p>　　關(guān)鍵詞：虛擬儀器；數(shù)據(jù)處理；網(wǎng)絡(luò)化；LabVIEW PCI一6013</p

3、><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　0 引 言1</b></p><p>　　1 虛擬儀器的概念2</p><p>　　1．1 虛擬儀器的4大優(yōu)勢(shì)2</p><p>　　1．2 什么是LabVIEW3</p><p&g

4、t;　　1．3 虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域4</p><p><b>　　1．4 小結(jié)4</b></p><p>　　2 虛擬儀器用于信號(hào)處理5</p><p>　　3 虛擬儀器用于電機(jī)測(cè)試7</p><p>　　3．1 頻率、功率因數(shù)及輸入功率的計(jì)算7</p><p>　　3．1．1 頻率

5、的計(jì)算7</p><p>　　3．1．2 有功功率的計(jì)算7</p><p>　　3．1．3 轉(zhuǎn)差率計(jì)算8</p><p>　　3．2 虛擬儀器面板設(shè)計(jì)8</p><p>　　4 測(cè)試儀器的網(wǎng)絡(luò)化11</p><p>　　5 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用13</p><p><b>　

6、　6 結(jié) 論14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15</b></p><p><b>　　致 謝16</b></p><p><b>　　0 引 言</b></p><p>　　測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，使得測(cè)控儀器

7、的性能更趨于向智能化、多功能化、多樣化、靈活性強(qiáng)的方向發(fā)展，然而成本也是設(shè)計(jì)、購(gòu)買(mǎi)儀器所必須考慮的一個(gè)問(wèn)題，因此在充分保證儀器性能的前提下應(yīng)將成本降到最低。</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)為解決這一問(wèn)題提供了有利條件，虛擬儀器是具有虛擬儀器面板的個(gè)人計(jì)算機(jī)測(cè)試儀器，可由通用PC機(jī)，模塊化功能硬件和控制軟件組成，具有良好的直觀性、較強(qiáng)的代碼復(fù)用性，修改或增加功能靈活，易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。操作人員通過(guò)顯示屏上的虛

8、擬儀器面板，完成對(duì)各種被測(cè)信號(hào)的采集與控制、分析與處理、顯示與輸出。</p><p>　　目前，高校學(xué)生人數(shù)大大增多，以往的實(shí)驗(yàn)儀器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，而要增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手與實(shí)踐能力，必須為學(xué)生提供良好的實(shí)驗(yàn)條件，但大量的設(shè)備投資成本又是面臨的一大問(wèn)題，而將虛擬儀器技術(shù)用于實(shí)驗(yàn)可增強(qiáng)學(xué)生的積極性、趣味性、實(shí)驗(yàn)的靈活性，同時(shí)大大降低成本，如今虛擬儀器技術(shù)用于數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)成為一大趨勢(shì)。NI公司的LabVIEw

9、 及其技術(shù)在中國(guó)的推廣為創(chuàng)建虛擬儀器提供了強(qiáng)有力的支持，它是一種圖形化軟件編程平臺(tái)，把復(fù)雜、煩瑣、費(fèi)時(shí)的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成用菜單或圖標(biāo)提示的方法選擇功能，并用線條把各種功能圖標(biāo)連接起來(lái)的簡(jiǎn)單編程方式 。LabVIEw 中集成了大量生成圖形界面的模塊，以及多種硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能(包括RS 232，GPIB，VXI，數(shù)據(jù)采集板卡、網(wǎng)絡(luò)等)，提供了功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)分析庫(kù)，包括統(tǒng)計(jì)估計(jì)、回歸分析、線性代數(shù)、信號(hào)生成</p><p&g

10、t;　　算法口 等，可滿足信號(hào)處理和電機(jī)試驗(yàn)中各種數(shù)值計(jì)算和分析的需要，使復(fù)雜的測(cè)試與測(cè)量任務(wù)變得簡(jiǎn)單易行。</p><p><b>　　1 虛擬儀器的概念</b></p><p>　　所謂虛擬儀器，就是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，配合相應(yīng)的輸入／輸出接口，具有計(jì)算機(jī)顯示器的虛擬面板，信號(hào)處理功能則由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)其突出特點(diǎn)是打破了傳統(tǒng)儀器的封閉性，

11、把儀器的絕大部分硬件變成計(jì)算機(jī)上的文件；用戶可以自行定義、自行設(shè)計(jì)、自行組建自己需要的儀器，并可將組建的多種儀器存放在計(jì)算機(jī)的儀器庫(kù)中，配以數(shù)據(jù)通信卡和傳感器，構(gòu)成功能、性能、外觀和操作方式都和傳統(tǒng)儀器相同或超過(guò)傳統(tǒng)儀器功能的新概念儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的實(shí)質(zhì)就是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理及數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理，利用相應(yīng)接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、輸入／輸出，從而完成各種儀器功能。決定虛擬儀器超越傳統(tǒng)儀器的根本原因，在于“虛擬儀器的

12、關(guān)鍵是軟件”。虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場(chǎng)革命，表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流，是信息技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響 目前最具代表性的虛擬儀器系統(tǒng)是美國(guó)NI公司(National Instrumets)的圖形化開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Work—</p><p>　　1．1 虛擬儀器的

13、4大優(yōu)勢(shì)</p><p><b>　　一、性能高</b></p><p>　　虛擬儀器是在PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成即用的PC技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件I/O，使您在數(shù)據(jù)導(dǎo)入磁盤(pán)的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。隨著數(shù)據(jù)傳輸?shù)接豺?qū)功能的不斷加強(qiáng)，以及與PC總線的結(jié)合，高速數(shù)據(jù)記錄已經(jīng)較少依賴大容量的本地內(nèi)存。以一

14、臺(tái)60G的示波器為例，在采用虛擬儀器技術(shù)的情況下，構(gòu)建這樣一臺(tái)示波器是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，只要將一臺(tái)基于PC的數(shù)字轉(zhuǎn)換器放置在PC機(jī)中，就能以高達(dá)每秒100MB的速度將數(shù)據(jù)導(dǎo)入磁盤(pán)。</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)的另一突出優(yōu)勢(shì)就是不斷提高的網(wǎng)絡(luò)帶寬。因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)的數(shù)據(jù)分享進(jìn)入了一個(gè)全新的階段，將因特網(wǎng)和NI的軟硬件產(chǎn)品相結(jié)合，您就能夠輕松地與地球另一端的同事共享測(cè)量結(jié)果，分享“天涯若比鄰”的便捷。

15、 二、擴(kuò)展性強(qiáng)NI的軟硬件工具使得工程師和科學(xué)家們不再圈囿于當(dāng)前的技術(shù)中。得益于NI軟件的靈活性，只需更新您的計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)您的整個(gè)系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，您可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間。</p><p>　　三、開(kāi)發(fā)時(shí)間少 在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，NI高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通訊方

16、面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。NI設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使您輕松地配置、創(chuàng)建、部署、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。 四、完美的集成</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需求，但是這些不同設(shè)備間的連接和集成總是耗費(fèi)大量時(shí)間，不是輕易可

17、以完成的。NI的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，例如數(shù)據(jù)采集、視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)河分布式I/O等等，幫助用戶輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。為了獲得最高的性能、簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)過(guò)程和系統(tǒng)層面上的協(xié)調(diào)，這些不同的設(shè)備必須保持其獨(dú)立性，同時(shí)還要緊密地集成在一起。NI的結(jié)構(gòu)可以使開(kāi)發(fā)者們快速創(chuàng)建測(cè)試系統(tǒng)，并隨著要求的改變輕松地完成對(duì)系統(tǒng)的修改。得益于這一集成式的構(gòu)架帶來(lái)的好處，您的系統(tǒng)可以更具競(jìng)爭(zhēng)性，因?yàn)槟梢愿?/p>

18、高效地設(shè)計(jì)和測(cè)試高質(zhì)量的產(chǎn)品，并將它們更快速地投入市場(chǎng)。</p><p>　　1．2 什么是LabVIEW</p><p>　　LabVIEW是美國(guó)National Instrument Corporation公司研制的圖形編程虛擬儀器系統(tǒng)。主要包括數(shù)據(jù)采集、控制、數(shù)據(jù)分、數(shù)據(jù)表示等功能，它提供一種新穎的編程方法，即以圖形方式組裝軟件模塊，生成專用儀器。LabVIEW由面板、流程方框圖、圖

19、標(biāo)/連接器組成，其中面板是用戶界面，流程方框圖是虛擬儀器源代碼，圖標(biāo)/連接器是調(diào)用接口(Calling Interface)。流程方框圖包括輸入/輸出（I/O）部件、計(jì)算部件和子VI部件，它們用圖標(biāo)和數(shù)據(jù)流的連線表示；I/O部件直接與數(shù)據(jù)采集板、GPIB板、或其他外部物理儀器通信；計(jì)算部件完成數(shù)學(xué)或其他運(yùn)算與操作；子VI部件調(diào)用其他虛擬儀器</p><p>　　1．3 虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域</p>

20、<p>　　虛擬儀器不但可以完成幾乎所有傳統(tǒng)儀器的功能，而且其功能比傳統(tǒng)儀器更為先進(jìn)。如網(wǎng)絡(luò)化儀器、一機(jī)多用、實(shí)時(shí)更換更新，在信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)顯示等多個(gè)方面，都具有傳統(tǒng)儀器無(wú)法相比的優(yōu)越性。虛擬儀器有廣泛的應(yīng)用范圍，其中最典型的是信號(hào)測(cè)試及信號(hào)處理領(lǐng)域。 探討虛擬儀器應(yīng)用于教學(xué)的方式，可彌補(bǔ)有關(guān)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的相關(guān)不足，使虛擬儀器的強(qiáng)大功能在在教學(xué)領(lǐng)域進(jìn)一步獲得應(yīng)用</p><p

21、><b>　　1．4 小結(jié)</b></p><p>　　虛擬儀器是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外剛剛起步的研究領(lǐng)域，許多高技術(shù)公司和研究所都看好這一市場(chǎng)應(yīng)用前景，紛紛投入大量的人力、物力和財(cái)力，加緊開(kāi)發(fā)與研究。虛擬儀器是多媒體計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，是多學(xué)科交叉、滲透的產(chǎn)物，其中濃縮了許多高、精、尖的科學(xué)技術(shù)。虛擬儀器不是儀器卻高于儀器，它大大縮短了新型儀器的開(kāi)發(fā)周期，節(jié)省了儀器開(kāi)發(fā)的費(fèi)用，它不僅是開(kāi)發(fā)

22、儀器的工具，而且也是進(jìn)行科學(xué)研究的有力手段。虛擬儀器是儀器計(jì)算機(jī)化的產(chǎn)物，是集成化儀器的基礎(chǔ)，是儀器行業(yè)的一場(chǎng)革命，它的研制與開(kāi)發(fā)具有深遠(yuǎn)</p><p>　　2 虛擬儀器用于信號(hào)處理</p><p>　　信號(hào)處理是測(cè)試的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，只有通過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)才能獲取反映被測(cè)對(duì)象狀態(tài)和特征的明確信息，這也是能充分體現(xiàn)虛擬儀器在測(cè)試中巨大優(yōu)勢(shì)的一個(gè)環(huán)節(jié)嘲，其系統(tǒng)圖如圖1所示。</p>

23、<p>　　圖1 信號(hào)處理系統(tǒng)圖</p><p>　　信號(hào)發(fā)生器可為以后的各個(gè)實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)信號(hào)源,LabvIEw 中的Serial Generation．vi模板中有一組vI可產(chǎn)生各種常見(jiàn)波形信號(hào)，可方便快捷地構(gòu)造一臺(tái)多通道信號(hào)發(fā)生器，但使用時(shí)，設(shè)置的輸人數(shù)字頻率，應(yīng)滿足f=fa/updaterate其中fa 是輸入信號(hào)的模擬頻率。頻率響應(yīng)函數(shù)是描述測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的重要參數(shù)，它是系統(tǒng)輸出與輸入的傅立葉

24、變換之比，用LabvI 的Transfer Function．vi可以計(jì)算頻率響應(yīng)函數(shù)。它返回兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是頻率響應(yīng)函數(shù)的模(frequency response Mag)，即被測(cè)系統(tǒng)的幅頻特性；另一個(gè)是頻率響應(yīng)函數(shù)的幅角(frequency response phase)，即被測(cè)系統(tǒng)的相頻特性。LabvIEIW 開(kāi)發(fā)環(huán)境內(nèi)有大量的數(shù)字濾波vI，在實(shí)驗(yàn)中常選比較有典型意義的巴特沃斯(Butterworth)和切比雪夫(Chebyshe

25、v)濾波器。根據(jù)選頻要求分別將它們?cè)O(shè)置為低通、高通、帶通和帶阻型濾波器。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)時(shí)用沖激函數(shù)Impulse Pattern．vi作為系統(tǒng)激勵(lì)信號(hào)，它具有無(wú)限寬廣的頻譜，用各種數(shù)字濾波器作為測(cè)試系統(tǒng)。這樣既掌握了頻率響應(yīng)函數(shù)的測(cè)試方法，又了解了各種數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)特性。進(jìn)行相關(guān)函數(shù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，信號(hào)發(fā)生器將正弦波信號(hào)與白噪聲信號(hào)迭加在一起送出，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)利用數(shù)字濾波器的選頻作用得到各種典型信號(hào)，然后進(jìn)

26、行自相關(guān)分析。進(jìn)行互相關(guān)函數(shù)實(shí)驗(yàn)時(shí)信號(hào)發(fā)生器由兩個(gè)信道送出正弦波信號(hào)，在程序運(yùn)行中調(diào)整它們的頻率和相位，測(cè)試出相關(guān)函數(shù)，并驗(yàn)證同頻相關(guān)、不同頻不相關(guān)和正弦與余弦不相關(guān)等相關(guān)理論。</p><p>　　這部分實(shí)驗(yàn)的大多內(nèi)容也可脫離硬件來(lái)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，方法是由信號(hào)發(fā)生器程序產(chǎn)生信號(hào)，在軟件內(nèi)部將數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，這樣將大大降低實(shí)驗(yàn)成本。</p><p>　　3 虛擬儀器用于電機(jī)測(cè)試&

27、lt;/p><p>　　測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，將被測(cè)電機(jī)的三相電壓、三相電流通過(guò)電量傳感器輸入到A／D，另外，轉(zhuǎn)矩信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)也通過(guò)傳感器接到A／D。A／D采用PCI一6013卡，它提供16位精度，16路單端或8路差分模擬輸入，提供8路數(shù)字I／O，2個(gè)24位計(jì)數(shù)器／定時(shí)器，2路16位模擬輸出。PCI一6013卡有1 000 GQ的輸入電阻，保證干擾電流不會(huì)影響流人信號(hào)，大大提高了數(shù)據(jù)精確度。另外，它附帶的DAQ驅(qū)

28、動(dòng)軟件提供支持LabVIEW 和其他多種應(yīng)用程序的強(qiáng)大編程接口</p><p>　　圖2 測(cè)試程序結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3．1 頻率、功率因數(shù)及輸入功率的計(jì)算</p><p>　　通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集的三相電壓及對(duì)應(yīng)的三相電流信號(hào)波形計(jì)算出電源的實(shí)際頻率、電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和輸人功率。</p><p>　　3．1．1 頻率的計(jì)算</p&

29、gt;<p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采樣的電壓信號(hào)進(jìn)行峰峰檢測(cè)，得到兩個(gè)峰值之間的采樣數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，然后由采樣數(shù)據(jù)長(zhǎng)度除以A／D的實(shí)際采樣率得到實(shí)際的電源頻率。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的電壓、電流信號(hào)，應(yīng)用LabVIEW 中提供的數(shù)學(xué)計(jì)算及信號(hào)處理工具即可計(jì)算出三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。這種測(cè)量方法的明顯優(yōu)點(diǎn)是所計(jì)算的電壓、電流相位差與A／D的測(cè)量數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和采樣速率的關(guān)系不大，(在滿足奈奎斯特采樣定理的前提下)提高了測(cè)量的精度。</p>

30、<p>　　3．1．2 有功功率的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)采樣電壓、電流信號(hào)的數(shù)據(jù)，檢索電壓及電流的幅值。根據(jù)幅值計(jì)算出電壓、電流的有效值，將電壓、電流有效值的乘積再乘以功率因數(shù)得到有功功率，該功率即為被測(cè)電機(jī)的輸入功率。</p><p>　　3．1．3 轉(zhuǎn)差率計(jì)算</p><p>　　根據(jù)采樣電壓波形信號(hào)計(jì)算出電源實(shí)時(shí)頻率。由實(shí)測(cè)電源頻率計(jì)算出

31、電動(dòng)機(jī)的實(shí)際同步轉(zhuǎn)速，并通過(guò)測(cè)量的被測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算出轉(zhuǎn)差率，這樣，可防止和減小由于電源頻率波動(dòng)而引起的轉(zhuǎn)差率的測(cè)量誤差。</p><p>　　3．2 虛擬儀器面板設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)據(jù)顯示板如圖3所示。虛擬儀器前面板的界面類(lèi)似于實(shí)際儀表的操作面板，通過(guò)虛擬儀表可以對(duì)各個(gè)采樣點(diǎn)及計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤顯示，可通過(guò)虛擬示波器實(shí)時(shí)跟蹤顯示電壓、電流波形在線顯示各條擬合特性曲線；也可以

32、通過(guò)面板上的控制開(kāi)關(guān)選擇不同的試驗(yàn)項(xiàng)目和控制打印輸出試驗(yàn)結(jié)果。</p><p>　　如果要觀察電機(jī)空載情況下的特性，可以通過(guò)選中圖3中的空載特性，然后點(diǎn)擊采樣開(kāi)始按鈕，便會(huì)彈出相應(yīng)子程序的顯示面板來(lái)顯示空載試驗(yàn)結(jié)果和空載特性曲線，如圖4所示。同樣，如果要了解其他情況下電機(jī)的特性，操作方法類(lèi)同。</p><p>　　圖3 虛擬數(shù)據(jù)顯示板</p><p>　　圖4 電機(jī)

33、的空載特性</p><p>　　把用傳統(tǒng)計(jì)算方法計(jì)算出的結(jié)果與圖4中顯示的結(jié)果相比較，證實(shí)了用I abVIEw 應(yīng)用程序組成的電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)得到的計(jì)算結(jié)果是可信的。而且該系統(tǒng)具有直觀、易懂、易操作、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，可準(zhǔn)確地對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的計(jì)算處理，并能夠自動(dòng)打印報(bào)告，繪制曲線。虛擬儀器不僅可以用于電機(jī)性能測(cè)試，還可以用于電機(jī)故障測(cè)試。實(shí)驗(yàn)時(shí)用虛擬頻譜析儀捕捉電機(jī)座的振動(dòng)速所得的功率譜如圖5所示。</p&g

34、t;<p>　　圖5 虛擬頻譜分析儀測(cè)得的電機(jī)座振動(dòng)譜圖</p><p>　　從圖5中可以看出，虛擬頻譜分析儀給出了原始的時(shí)域波形圖，并很好地顯示出了電機(jī)座的振動(dòng)速度功率譜，數(shù)據(jù)可進(jìn)行保存、打印等，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以看著頻譜圖對(duì)各頻率段的譜進(jìn)行分析，這對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的講解起到了良好的效果，大大提高了學(xué)生的接受能力。</p><p>　　用虛擬儀器完成有關(guān)電機(jī)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，效率大為提高。主要體

35、現(xiàn)在2個(gè)方面，一是用虛擬儀器作實(shí)驗(yàn)，可以分成每組2人或1人同時(shí)做。而用臺(tái)式儀器，由于是專業(yè)性實(shí)驗(yàn)，只有一兩套測(cè)試設(shè)備，每次只能每組多人，并要輪流實(shí)驗(yàn)。另一方面，用虛擬儀器作實(shí)驗(yàn)，操作簡(jiǎn)單，用臺(tái)式儀器作實(shí)驗(yàn)，操作復(fù)雜。以時(shí)域信號(hào)的譜分析為例，調(diào)用虛擬儀器生成的頻譜分析儀后，只需要一次設(shè)定好設(shè)備號(hào)和通道字符即可運(yùn)行，其他參數(shù)可在顯示中設(shè)定。而臺(tái)式的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀則不然，需要經(jīng)過(guò)測(cè)量方式、選擇測(cè)量、窗口、平均、頻率范圍、量程、顯示方式、坐標(biāo)等

36、lO多個(gè)子菜單的正確設(shè)定后，才能啟動(dòng)譜分析功能。另外，用臺(tái)式儀器作實(shí)驗(yàn)，按lO年壽命估算，一個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)要消耗上百元。而用虛擬儀器作實(shí)驗(yàn)，成本低廉的多，維修量也很低，不像昂貴的臺(tái)式儀器那樣，生怕出問(wèn)題，維修費(fèi)也十分昂貴，這就為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了很大方便。</p><p>　　4 測(cè)試儀器的網(wǎng)絡(luò)化</p><p>　　虛擬儀器的關(guān)鍵技術(shù)是軟件設(shè)計(jì)，因此可用先進(jìn)的LabVIEW 開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)一個(gè)分

37、布式PCI儀器網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng)，其系統(tǒng)框圖如圖6所示。</p><p>　　圖6 測(cè)量系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化框圖</p><p>　　為了節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本，同時(shí)又能做到學(xué)生一人一臺(tái)位，所以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化是有必要的。該系統(tǒng)充分利用LabVIEw 提供的VISA、TCP／IP、SCPI等強(qiáng)大功能，設(shè)計(jì)了PCI網(wǎng)絡(luò)測(cè)量模型以及傳輸報(bào)文格式，允許多組學(xué)生從不同操作終端上控制PCI儀器并返回測(cè)量結(jié)果。系統(tǒng)軟件還

38、支持沖突、出錯(cuò)管理、進(jìn)程顯示等功能。軟件設(shè)計(jì)既要滿足學(xué)生測(cè)試、教師控制的需要，又要配合硬件對(duì)各種測(cè)試做出快速反應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)模型采用客戶機(jī)／N務(wù)器(c／s)網(wǎng)絡(luò)模式 ]，該模式具有先進(jìn)性、運(yùn)行效率高、數(shù)據(jù)可靠完整、數(shù)據(jù)傳輸量大、開(kāi)放性強(qiáng)、兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)。</p><p>　　服務(wù)器處于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心，負(fù)責(zé)測(cè)試儀器管理、測(cè)試服務(wù)管理，必須具有支持沖突、出錯(cuò)管理、進(jìn)程顯示等多種功能，是軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。服務(wù)器的一個(gè)主要功能就

39、是管理儀器資源，根據(jù)客戶機(jī)的不同服務(wù)請(qǐng)求把儀器資源合理分配給客戶機(jī)，本文用資源狀態(tài)表來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。在I abVIEw 中采用Cluster結(jié)構(gòu)來(lái)建立資源狀態(tài)表，用于存儲(chǔ)儀器名稱、地址及其使用狀態(tài)等信息。</p><p>　　資源狀態(tài)表的具體用法是：當(dāng)一個(gè)客戶機(jī)需要使用一個(gè)儀器時(shí)，向測(cè)試服務(wù)器發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)器收到該請(qǐng)求后，首先檢查資源狀態(tài)表，判斷儀器狀態(tài)，若儀器空閑則分配給該客戶機(jī)使用，否則返回“忙”信息，客戶

40、機(jī)繼續(xù)等待，直到其他客戶機(jī)使用完該儀器后，才能得到該儀器的使用權(quán)。</p><p>　　服務(wù)器除了完成儀器資源管理外，還需完成統(tǒng)一管理功能，如身份注冊(cè)、認(rèn)證、控制某一時(shí)間一個(gè)用戶操作一個(gè)遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)或不同用戶通時(shí)操作不同實(shí)驗(yàn)以及限制相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間等。</p><p>　　客戶機(jī)主要是利用LabVIEw 提供的TCP／IP、UDP、ActiveX、DataSocket等功能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和通訊

41、口 ，編程時(shí)擺脫了傳統(tǒng)語(yǔ)言中繁瑣的底層命令函數(shù)，只需從功能模板中選用有關(guān)的函數(shù)圖標(biāo)，進(jìn)行連線即可。主要用到以下</p><p><b>　　4個(gè)模塊 ：</b></p><p>　　“TCP Open Connection．vi”用于打開(kāi)客戶與服務(wù)器的連接，但必須指定服務(wù)器的地址和端口；(2)實(shí)驗(yàn)參數(shù)由“TCP Write．vi”寫(xiě)入已經(jīng)連接的TCP套接口；(3)等待

42、接收數(shù)據(jù)由“TCP Read．vi”完成，當(dāng)接收相應(yīng)次數(shù)的原始采集數(shù)據(jù)并處理后對(duì)其波形、結(jié)果進(jìn)行顯示，根據(jù)學(xué)生的要求可隨時(shí)進(jìn)行存盤(pán)、停止和退出；(4)“TCP CloseConnection．vi”關(guān)閉與服務(wù)器的連接。當(dāng)教師運(yùn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試服務(wù)器程序，采集被測(cè)對(duì)象的信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以后，學(xué)生只在自己的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行測(cè)試客戶端程序，并準(zhǔn)確填寫(xiě)教師機(jī)的IP地址或網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)名，就可以象自己的機(jī)器采集數(shù)據(jù)一樣完成測(cè)試實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，有效地解決了

43、大學(xué)測(cè)試類(lèi)實(shí)驗(yàn)室多組學(xué)生同時(shí)使用一個(gè)儀器資源的矛盾。</p><p>　　5 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)于儀器設(shè)備功能單一、價(jià)格又比較昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，均可運(yùn)用虛擬儀器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。如實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)幅(調(diào)頻等)的教學(xué)過(guò)程，教學(xué)中往往只能進(jìn)行理論分析教學(xué)，因?yàn)殡娮蛹夹g(shù)實(shí)驗(yàn)室一般只具備有關(guān)單元電路原理的實(shí)驗(yàn)設(shè)備或電路單元模塊，一些多功能儀器往往也并不顧及調(diào)制之類(lèi)的功能，用虛

44、擬儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)包括調(diào)幅、調(diào)頻等電子技術(shù)、電路原理相關(guān)的演示教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有其自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。 另外，虛擬儀器系統(tǒng)是可以完成實(shí)際儀器系統(tǒng)功能的，而運(yùn)用仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行的演示教學(xué)，則只能是演示而已，并不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)際功能。這也是虛擬儀器系統(tǒng)應(yīng)用于教學(xué)時(shí)與仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最大不同之處。</p><p><b>　　6 結(jié) 論</b></p><p>

45、;　　在高校中進(jìn)行專業(yè)實(shí)驗(yàn)的多套配置，用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)是不可能的，用VI取代功能固定價(jià)格昂貴的臺(tái)式儀器，完成眾多內(nèi)容的專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，是最佳選擇，建立VI實(shí)驗(yàn)后，可解決投資超常，學(xué)生只能觀看演示或輪流做實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題。不僅可以完成電工、電子學(xué)、電氣測(cè)量等基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)，而且為專業(yè)教學(xué)提供了良好的平臺(tái)，真正體現(xiàn)了VI“軟件即儀器”，“一臺(tái)計(jì)算機(jī)就是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室”的優(yōu)勢(shì)。將來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)后，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)工程和信息管理等系統(tǒng)性能的

46、巨大改進(jìn)，出現(xiàn)了將自動(dòng)測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合起來(lái)的時(shí)機(jī)。測(cè)試系統(tǒng)正朝著計(jì)算機(jī)化、標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化三大趨勢(shì)發(fā)展，涌現(xiàn)了一些諸如“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”等先進(jìn)的測(cè)試?yán)砟?，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)逐步成熟并應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，已經(jīng)取得了巨大的效益在數(shù)據(jù)傳輸、資源共享、信息下載和遠(yuǎn)程教學(xué)各方面，就會(huì)提供更大方便。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p&

47、gt;　　[1] 卜雄洙，朱明武．虛擬儀器在自動(dòng)測(cè)試中的應(yīng)用[J]．南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2000，24(2)：109—1 12．</p><p>　　[2] 揚(yáng)樂(lè)平，李海濤，等．LabVIEW 高級(jí)程序設(shè)計(jì)[M]．北京：清華大學(xué)出版豐十，2004．</p><p>　　[3] 虛擬儀器在高等工程教育中的應(yīng)用[EB／Ol ]． </p><p>　　[4]

48、王娟，胡文軍．虛擬儀器下電網(wǎng)波動(dòng)電壓及閃變的測(cè)量[J]．湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，3(1)：92—94．</p><p>　　[5] 段曉波．高壓電網(wǎng)新型諧波測(cè)量系統(tǒng)及試驗(yàn)方法[J]．華北電力技術(shù)，2005(5)：33—35．</p><p>　　[6] 劉念聰，李宏穆，孫未．網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．機(jī)床與液壓，2005(5)：109—111．</p>&

49、lt;p>　　[7] 鐘亮，王琪．基于虛擬儀器實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)的構(gòu)建[J]．計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2005(6)：100—102．</p><p>　　[8] 徐楊梅，許寶杰，徐小力．基于PXI總線的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．儀表技術(shù)與傳感器，2005(1)：20—22．[-10~ 用NI虛擬儀器提升電工實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平[EB／OI ]．</p><p><b>　　致 謝</b

50、></p><p>　　在論文完成之際，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師xx老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我撰寫(xiě)論文的過(guò)程中，xx老師傾注了大量的心血和汗水，無(wú)論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了xx老師悉心細(xì)致的教誨和無(wú)私的幫助，特別是他廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我終生受益，在此表示真誠(chéng)地感謝和深深的謝意。</p>