1、 本科毕业论文 (科研训练、毕业设计 ) 题 目： 机电多点数据综合测试仪的研制 仪器初始化与通道参数的设置 姓 名： 学 院：软件学院 系： 专 业：软件工程 年 级： 学 号： 指导教师（校内）： 职称： 指导教师（校外）： 职称： 年 月 日 本科毕业论文 软件学院 第 1 页 机电多点数据综合测试仪的研制 摘要 自 20 世纪 90 年代以来，随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器技术在数据采集，自动测试和 测量仪器领域得到广泛应用，促进和推动测试系统和测量仪器的设计方法与实现技术发生了深刻的变化。“软件就是仪器” 已经成为测试与测量技术发展的重要标志。 本文 正是在这样的背景下 主要介绍
2、了机电多点数据综合测试仪研制的背景、采用的关键技术、系统设计的特点和功能实现，并对系统的先进性进行了阐述。 最后还介绍了利用 LabVIEW 对系统进行二次开发的大致情况。 关键字 虚拟仪器 智能化测试 GPIB LabVIEW 本科毕业论文 软件学院 第 2 页 The Design of the Electricity Machine Multi-point Testing System Abstract: Since 20 century 90 decade, along with the fast development of computer technology, virtual
3、instrument technology with data collection , automatic test and measure instrument field get extensive application, promote the realization and the design method of testing system and measure instrument technology occurs deep change. “The software is instrument“ has become the important sign of test
4、 and measure technical development. This paper introduces the system mainly under such background to count to realize according to the background that comprehensive instrument develops , adopted crucial technology, the characteristic that system designs and function and elaborates for systematic adv
5、ancedness. Still introduce finally to go on using LabVIEW for system twice development approximately condition. Keyword: Virtual Instrument Intelligentize Testing GPIB LabVIEW 本科毕业论文 软件学院 第 3 页 目录 引言 . 4 第一章 系统的需求分析和总体设计 . 6 1.1 需求分析 . 6 1.2 系统的总体设计 . 7 1.3 系统的软件开发平台 . 7 1.4 系统使用的数据采集硬件 . 8 1.5 机电多点
6、数据 综合测试仪系统的创新点 . 10 1.6 机电多点数据综合测试仪的试验程序 . 10 第二章 系统的详细设计 . 11 2.1 系统使用到的关键技术 . 11 2.2 系统的结构框图 . 12 2.3 人机界面设计 . 12 2.4 系统功能 . 13 第三章 系统设计与实现 . 16 3.1 实现原理 . 16 3.2 主要流 程图 . 16 3.3 实现结果 . 20 第 四 章 使用 LABVIEW 对系统进行二次开发 . 25 4.1 为何 LABVIEW 是创建虚拟仪器系统的理想工具？ . 25 4.2 二次开发对原系统的改良 . 28 4.3 系统实现原理 . 29 结论 .
7、 32 致谢 . 33 参考文献 . 34 附录 . 35 本科毕业论文 软件学院 第 4 页 引言 在过去的 20 年中， PC 机应用的迅速普及促进了测试测量和自动化仪器系统的革新，其中最显著的一点就是虚拟仪器（ Virtual Instrument,简称 VI）概念的出现与发展，以及 VI为工程师和科学家们提高生产效率、测量 精度及系统性能方面做出的贡献。 虚拟仪器 是由用户自己定义的基于计算机的测试 /测量和控制系统，其必备组件包括功能强大的编程工具、标准化的通讯端口、灵活易用的数据采集硬件及个人电脑，而这样的系统组合能带来传统仪器所不能比拟的优势。传统仪器若性能强大，则价格昂贵，且被
8、厂家限定了功能，只能完成一件或几件具体的工作，用户不能对其加以扩展或自定义其功能；而在VI 中，只需在 PC 处理器上运行软件程序即可实现客户量身定制的功能修改和扩展，可完全根据自己的需求组建测量和自动化系统，而不用再受功能固定（完全由厂家提供）的传统仪器 的限制。 传统仪器与虚拟仪器的差异性比较 : 虚 拟 仪 器 传 统 仪 器 开放性、灵活，可与计算机技术保持同步发展 封闭性、仪器间相互配合较差 关键是软件，系统性能升级方便，通过网络下载升级程序既可。 关键是硬件，升级成本较高，且升级必须上门服务。 价格低廉，仪器间资源可重复利用率高 价格昂贵，仪器间一般无法相互利用 用户可定义仪器功能
9、 只有厂家能定义仪器功能 可以与网络及周边设备方便连接 功能单一，只能连接有限的独立设备 开发与维护费用降至最低 开发与维护开销高 技术更新周期短（ 1-2 年） 技术更新周期长（ 5-10 年） 在机电实验室中需要检测多项安全参数，如交直流电压、电流、电阻、温升、频率、功率、时间等，而单台仪器很难同时完成众多的测试，靠人工监视无法捕捉瞬态变化的数据，易出错，用户使用界面单一，不能按用户需要自动地充分显示必要的信息等。因此，急需将现有的仪器功能集成、完成自动适应用户需求的功能强大的检测和控制，使测试过程自动化，消除人工操作引起的误差，并能确保测试结果的一贯性。 虚拟仪器的发展为我们开启了新的思
10、路。虚拟仪器是计算机技术同仪器技术深层次 结合产生的全新概念的仪器，操作者可以通过该仪器面板、借助于友好的图形用户界面及图形化编程语言来控制仪器的运行，以完成对被测量的采集、分析、判断、显示、存储及数据处理。现代电测技术的发展趋势正是朝着集成仪器、测试系统的体系结构、测试软件人工智能测试技术等方面发展。 本科毕业论文 软件学院 第 5 页 传统仪器与计算机技术的深层次结合可产生全新的仪器结构。机电多点数据综合测试仪系统以前置数据采集终端 美国 FLUKE 公司 Hydra2620A 数据采集器、通信接口及电缆线、计算机、显示器、打印机这种结构模式组成仪器通用硬件平台，在此平台基础上调用测试 软
11、件完成某种功能的测试任务（利用软件在屏幕上生成虚拟面板，在软件导引下进行信号采集、动态显示数据，数据统计和处理，实现仪器功能并完成测试的全过程），成为具有虚拟面板的虚拟仪器。 本论文共分四章，前两章阐述了开发前期对 机电多点数据综合测试 系统所做的需求分析和对系统功能，界面等做的总体设计，并介绍了系统开发的软硬件环境。在第三章中，主要介绍系统的仪器初始化和通道参数设置模块的实现方法和实现结果。在第四章中，以 LabVIEW为主介绍了对系统的二次开发的概况。 本科毕业论文 软件学院 第 6 页 第一 章 系统的需求分析和 总体设计 1.1 需求分析 包括功能需求、性能需求、环境需求、可靠性需求、
12、可维护性需求、可扩展性需求、安全保障需求、用户界面需求、资源使用需求、软件成本消耗与开发进度要求及预先估计以后系统可能达到的目标。 1) 计算机与测试前置终端（测量设备）的通信形式选择（ RS-232 串行口、 GPIB 并行口 IEEE-488 接口）。 2) 用户界面上有测量仪器操作面板，上有相应的功能按钮，有动态测量的曲线显示（最好是可对曲线所选部分有放大显示的功能），有菜单项（菜单包括数据文件的查询、存储、参数校准设置、文件删除），还包括对数据库 的修正（考虑到仪器的校准参数变化时应修正相应的数据）。不同界面可自由切换，对数据做统计处理（最大值、最小值、平均值、极差、方差等），设定报警
13、范围，打印相应的报表、曲线，并配有系统帮助等。 3) 多个测量数据的采集和处理要体现一个实时性、通用性、程序设计时应考虑尽量少占内存和资源。 4) 每个测量前置终端产生一个数据文件的字段，包含数据采集时刻和数据采集的实际通道所对应的测量参数（可由用户在应用界面上设定）。 5) 系统设置密码保护，防止重要参数随意更改。 6) 该系统的设计要考虑到能推广应用，以及一个网上挂多台不同类型测量设备的情 形（即通用性和扩展性），如 RS-232 串行口可用多用户卡来扩充测量前置终端。 GPIB 可最多扩展到 14 个前置终端。整个测试网络的总体控制以 MDI（ Multi Document Interf
14、ace）窗口显示，计算机可同时与各个前置终端进行通信操作，互不干扰。 7) 可运用 Delphi 丰富的组件和功能，如多文档界面、动态数据交换信息对话框等。 总之，除考虑功能性要求之外，软件的非功能性要求如下表所示： 本科毕业论文 软件学院 第 7 页 目标系统的限制 性能 实时性；资源利用，特别是硬件配置限制，精确度，质量要求 可靠性 有效性， 完整性 安全保密性 安全性；保密性 运行限制 控制方式（本地），对操作员的要求 物理限制 系统的规模等限制 开发和维护的限制 开发类型（实用性开发） 开发工作量估计（系统要求合理性及满足需求的结构框架选定，系统调试（尤其是数据通信及正确处理）的工作量
15、比较大 开发方法 质量控制标准、阶段性调试评审，验收标准 优先性和可修改性 可维护性 1.2 系统的总体设计 拟利用前置终端作为数据采集系统，通过标准通信端口 GPIB 与 PC 接口，同时连接 15台仪器（包括 PC 机本身）；或在微机端 加入 RS-232 串口多用户扩展卡（可根据需要选扩展用户个数），并预留端口以便进一步扩容新的功能模块，还可通过软件方便地协调各功能模块，共享测试资源，提高测试效率，也方便有关人员对整个网络内的仪器资源的维护和管理。仪器驱动程序由厂商提供，可根据需要剪裁驱动程序，用于完成仪器硬件的通信、控制功能。 1.3 系统的软件开发平台 系统 使用 当前应用程序的主流
16、界面 windows 操作系统， 软件开发采用图形开发环境Borland Delphi、 LabVIEW，提供与丰富的 ActiveX 控件库、动态链界库（ DLLs）及 其它开发工具的共享库之间的开放式连接，可执行文件的运行速度与 C/C软件相当，可优化对数据库的操作并提供数据库引擎（ Borland Database Engine），使 SQL 语言更为有效、快速，对网络数据库的操作也大大加快，凭借 Delphi 优秀开发环境和仪器的驱动程序支持，构建仪器系统可得心应手，保证仪器运行质量的正确性、可靠性、效率、安全性、可使用性和可维护性。 Delphi 的具体特点是： 本科毕业论文 软件学
17、院 第 8 页 是可视化集成的环境 具有强大而严格的底层编程语言 能够创建真正独立的可执行文件及动态链接库（ DLLs） 有极为方便 的汉字加载能力 是目前世界上最快的代码编程器 具有创建新的组件和模板来扩展 Delphi 的能力 响应几乎所有 Windows 消息的能力 有分类继承及封装概念的实现 面向对象编程 领先的数据库工具 快速报表制作 全面支持组建对象模型跨平台对象间通讯标准。 正是因为 Delphi 提供了丰富的部件组合，也可根据需要来修改部件或编写自己的部件，加上应用软件包、用户接口库、仪器驱动程序的应用，极大地减少了开发的时间。利用 Delphi可视化开发工具提供的图形用户界面
18、上，通过操作诸如菜单、按钮、对话框、编辑框、单选 /复选框和 滚动条等，方便于软件开发。 1.4 系统使用的数据采集硬件 系统使用 美国 FLUKE 2620A 数据采集器 作为前端的数据采集硬件 ,其 功能特性如下： 21 个模拟输入通道（前面板一个，背板 20 个） 直接测量 Vdc， Vac， TC(9 种 )， RTDs， R， Hz 每个通道两个报警限 尺度变换 Mx+B 每通道有最大 /最小 /最后值保持 实时时钟，日期标记测量数据 扫描速度： 4 通道 /秒或 17 通道 /秒 扫描时间间隔： 0-9： 99： 99 无内部存储器，数据直接传至 PC 机或打印机 高度集成的双斜
19、A/D 转换，相当于 17 位的分辨率 最低测量精度： 本科毕业论文 软件学院 第 9 页 -Vdc: 0.15% -Vac: 0.75% -TC: 0.51 -R: 0.04% -RTDs: 0.11 -f: 0.32% 电压直至 300V（ 2 个通道），其它至 150V RS-232 为标准接口：连接 PC 或打印数据 GPIB（ IEEE488）接口为选配接口 图 1.4.1 美国 FLUKE 2620A 数据采集器 FLUKE 2620A 的 不足之处 : （ 1） 在 DOS 操作系统下运行的应用软件， 界面呆板，操作不够方便，不能实时地观察数据动态变化过程几变化趋势； （ 2） 对数据文件中数据的处理需退出系统，再转换文件格式为 excel 格式，去除数据间的分隔符，再启动 excel 电子数据表格处理数据。整个数据处理分析花费时间较长，人工操作处理的环节较多，易出错。因此，对处理后结果的可信度和准确度带来影响； （ 3） 通信参数、参数初始化、参数选择、扫描状态、修正系统偏差和通道功能选择显得较为繁杂，且易出错，操作费时； （ 4） 数据存储不方便，易出现未保存成功，数据丢失。
