1、 本 科 毕 业 论 文 机电智能化综合能效测试系统的研制 Development of a Testing System for Integrated Energy Efficiency of Electromechanical Intellectualization 姓 名： 学 号： 学 院：软件学院 系：软件工程 专 业：软件工程 年 级： 指导教师： 年 月 摘 要 现代计算机技术和信息技术的迅猛发展，冲击着国民经济的各个领域，也引起了测量仪器和测试技术的巨大变革。人们曾为测量仪器从模拟化、数字化到智能化的进步而欣喜，也为自动测试技术的日新月异的发展所鼓舞，当今虚拟仪器技术的出现又使
2、得测量仪器步入了高科技的殿堂。 虚拟仪器是计算机技术同仪 器技术有机结合产生的全新概念的仪器，它将计算机资源和通用仪器硬件与软件有效地结合起来，形成 既 有普通仪器的基本功能，又有一般仪器没有的特殊功能的高档低价新型仪器，是仪器领域内的一次革命。 论文 将计算机接口和通信技术、数据处理和存储、图形显示等技术结合起来，加载现有新硬件，研制虚拟仪器，探讨在机电实验室中组建中型的自动测试系统。该系统的前端数据处理设备（ DSP） WT210 数字功率计（日本 YOKOGAWA 公司的产品），通过 IEEE-488 总线接口或 串口和 PC 机连接而成。在 PC 机上设计虚拟面板操作，利用 PC 机的
3、数 据处理功能，开发出对单相交流电器的电压、电流、谐波、功率、视在功率、无功功率、电压峰值、电流峰值、功率因素、相位角、电能量、频率、运行时间等 WT210 的全部测试功能 。 通过 论文 ， 展示了 基于 NI LabVIEW 开发平台的 虚拟仪器技术在实现 机电 智能化 综合能效 测试系统中起到的重要作用，说明了虚拟仪器应用的必要性和可行性。 关键词 ： 虚拟仪器 ； 智能化测试 ； 通用接口总线 Abstract The rapid developments of the modern computer technology and the information technology,
4、 impact on all areas of the national economy and lead to dramatic change in measuring instruments and testing technology. It gratified people for the evolution from the analog signal and digitization to the intellectualization, whats more, the emergence of virtual instrument technology brings the me
5、asuring instruments into the high-tech hall. Virtual Instruments emerged from the combination of computer technology and instrument technology, which combines general hardware with software effectively to form a kind of new instruments with both basic function and special features. Its a revolution
6、of instruments. In this thesis, by integrated the computer interface and communications technology, data processing and storage, graphic display technologies together, we loaded current new hardware to find a way of establishing a medium-sized automatic test system in the electrical laboratory. The
7、systems DSP, which is digital power meter WT210 (Japan YOKOGAWA products), connected to PC through IEEE-488 bus interface or RS-232 serial port, then designed virtual front panel in PC to develop a measure system with all test functions with the powerful data processing ability of PC, such measure f
8、or voltage, current, harmonics, power, apparent power, reactive power, peak voltage, peak current, power factor, phase angle, electric energy, frequency, run-time and etc. Through this thesis, it exhibits that the important role the virtual instrument technology, which based on the development platf
9、orm of NI LabVIEW, played in realizing the Testing System for Integrated Energy Efficiency of Electromechanical Intellectualization, a shows the application of virtual instrument is necessary and feasible. Key words: Virtual Instrument; Testing System of Intellectualization; GPIB目 录 第一章 引言 . 1 1.1 项
10、目背景 . 1 1.2 虚拟仪器的发展现状 . 2 1.3 项目的主要工作内容 . 2 1.4 论文组织结构 . 3 第二章 虚拟仪器及其相关技术 . 4 2.1 虚拟仪器技术 . 4 2.1.1 虚拟仪器的特点 .4 2.1.2 虚拟仪器的分类 .5 2.2 GPIB 总线简介 . 6 2.3 NI-VISA 简介 . 6 2.4 本章 小结 . 7 第三章 系统设计 . 8 3.1 系统需求 . 8 3.2 关键技术 . 9 3.3 系统主要流程图 . 10 3.4 本章 小结 . 19 第四章 系统实现和展示 . 20 4.1 硬件系统 . 20 4.1.1 WT210 简介 . 20
11、4.1.2 硬件系统组成 . 21 4.2 软件系统 . 22 4.2.1 LabVIEW 开发平台简介 . 22 4.2.2 软件系统架构 . 24 4.2.3 系统主要程序框图 . 24 4.3 系统应用实例 . 27 4.3.1 系统运行情况 . 27 4.3.2 测试测量结果 . 31 4.4 本章 小结 . 35 第五章 总结与展望 . 36 5.1 工作总结 . 36 5.2 工作展望 . 37 参考文献 . 38 致 谢 . 39 Contents Chapter 1 Introduction . 1 1.1 Project Background . 1 1.2 Research
12、 Status of VI. 2 1.3 Major Work . 2 1.4 Outline of Thesis. 3 Chapter 2 Virtual Instrument and related technology. 4 2.1 Virtual Instrument Technology. 4 2.1.1 The Features of Virtual Instrument.4 2.1.2 The Classification of Virtual Instrument .5 2.2 Introduction of GPIB . 6 2.3 Introduction of NI-VI
13、SA . 6 2.4 Summary. 7 Chapter 3 System Design . 8 3.1 System Requirement . 8 3.2 Key Technology . 9 3.3 System Flowchart . 10 3.4 Summary. 19 Chapter 4 System Implementation and Opration. 20 4.1 Hardware System . 20 4.1.1 Introduction of WT210 . 20 4.1.2 Composition of Hardware System . 21 4.2 Softw
14、are System . 22 4.2.1 Introduction of LabVIEW . 22 4.2.2 Software System Architecture . 24 4.2.3 System Program Block Diagram . 24 4.3 System Application . 27 4.3.1 System Operation. 27 4.3.2 Test and Measurement Results . 31 4.4 Summary . 35 Chapter 5 Conclusions and Future Work . 36 5.1 Conclusion
15、s . 36 5.2 Future Work . 37 References . 38 Acknowledgements . 39 第一章 引言 1 第一章 引言 随着计算机技术和大规模集成电路技术的发展，促进了数字化仪器、智能化仪器的快速发展。与此同时，工程应用中越来越希望将仪器设备与计算机连接起来组成一个虚拟仪器系统。因此，利用虚拟仪器技术为测量仪器定制自动化的测试系统具有广阔的发展前景。 1.1 项目背景 由于机电产品涉及人身安全，而安全要求是技术壁垒的重要内容之一，如果安全质量不过关，将对人们的生命财产安全造成极大的威胁，各国政府都对此给予极大的关注。随着我国对外贸易的发展，作为重要的
16、机电产品之一的家电产品出口量越来越大，通过出口家电产品安全性能的型式试验， 有利地提高了出口家电产品的质量。涉及安全检测（国家强制检测）的商品包括信息技术设备、家用或类似用途的电器等，商品种类。检测项目多，检测手段靠传统仪器人工操作，步骤多，速度慢，工作量大，又易出错 1。以小家电型式试验的安全项目中的功率试验为例，对器具的功率的测试需要进行电能量的累积，但既无测试曲线显示，也无法捕捉积分的起始点和终止点，就更无法得到所需部分的积分值。仅靠人工监视，耗时且不够准确，加之受经费和场地等条件限制，仪器配套难以满足需求。 因此 论文 将计算机接口和通信技术、数据处理和存储、图形显示等技术结 合起来，
17、加载现有新硬件，研制虚拟仪器，探讨在机电实验室中组建中型的自动测试系统。该系统的前端数据处理设备，加载 WT210 数字功率计（日本 YOKOGAWA 公司的产品），通过 IEEE-488总线接口或 RS-232 串口和 PC 机连接而成。在 PC 机上设计虚拟面板操作，利用 PC 机的数据处理功能，开发出对单相交流电器的电压、电流、谐波、功率、视在功率、无功功率、电压峰值、电流峰值、功率因素、相位角、电能量、频率、运行时间等 WT210 的全部测试功能，并增加必要的计算功能，测试参数曲线的自动测量，通过参数设定实现自定义测试， 自动处理试验数据（包括数据存储，检测结果按要求统计分析），打印试
18、验报告或试验曲线，对所有的试验结果进行分类存档管理，便于查询等新的功能。尤其是增加对被测物异常警报提示，并停止检测的功能，这样对操作仪器可进行保护。 机电智能化综合能效测试系统 2 1.2 虚拟仪器的发展现状 自 20 世纪 80 年代中期以来 ， 虚拟仪器技术已结合了模块化硬件、开发软件和 PC 技术 ，从而使用户通过软件来创建自定义的仪器系统这种软件定义的方式具有更大的灵活性和扩展性 2。 如今测试行业的绝大多数 领域已接受虚拟仪器技术的概念， 就连一贯在技术上较为保守的美国军方现在也已经广泛使用 虚拟仪器技术作为世界上最大的 ATE(自动化测试设备 )用户 ，美国国防部已在他们所推动的综
19、台性仪器 (Synthetic Instrument)项目中采纳了基于软件的仪器概念。 在中国市场也是如此， NI 的虚拟仪器技术已经在测试测量行业的众多应用领域占据了主导地位。例如在 RF 领域 ： 成都华日通信公司以软件无线电技术和 虚拟仪器技术概念为主导，使用 NI 公司的 PXI 5660 射频接收模块和 LabVIEW 图形化编程软件成功开发了具有自主知识产杈的 HR-100 宽带数字监测接收机 3。 虚拟仪器技术成功的关键在于利用了快速发 展的 PC 架构 ， 帮助工程师提高 其技术能力。采用了低成本、高性能的半导体数据转换器并引人了将虚拟仪器技术带到更广泛用户群的系统设计软 件。
20、随着商业技术的发展， 虚拟仪器技术不断可以帮助用户实现新的应用。例如：新一代的高速 PC 总线 PCI Express 能提供高迭 3.2GBytes/s 的带宽 ， 从而可基于 PC 架构来实现超高带宽的测量。不过不管什么总线虚 拟 仪器技术的基于软件的方式可在应用软件中 对总线进行抽象从而利用到所有这些总线 PCI、 PCI Express USB 和以太网 4。 因此可以说，虚拟仪器技术已经 成为测试行业的主要技术。 1.3 项目的主要工作内容 毕业设计期间本人的主要任务是实际参与到国家检验检疫局的研发项目中，参与了实际项目的开发。在此期间，熟悉了 LabVIEW 平台的开发环境，积累了
21、大量的虚拟仪器开发经验。 总的来说，主要工作内容如下： 1. 阅读书籍，了解虚拟仪器的概念和发展，学习 LabVIEW 平台开发技术，并参考之前的成功项目，汲取经验。 第一章 引言 3 2. 亲身参与项目的开发，在开发中不断学习新的技术， 熟练掌握了 虚拟仪器体系结构（ Virtual Instrument Software Architecture， VISA） 技术和 通用接口总线 （ General Purpose Interface Bus， GPIB） 接口的使用等的， 积累实践经验，熟悉 检验检疫技术中心的 工作环境，养成良好的编程习惯，培养团队意识 。 3. 对系统进行全面细致地
22、测试，不断改进和完善系统，并对工作进行全面地总结，为今后的项目积累了宝贵经验。 1.4 论文组织结构 本论文分五个章节安排，各章节的内容安排如下： 第一章 主要介绍本项目的背景、 虚拟仪器的发展现状 以及本项目的主要工作。 第二章 主要介绍虚拟仪器的相关概念和技术，其中包括的虚拟仪器的特点和分类，同时也介绍了 GPIB 和 VISA 的相关概念。 第三章 本章 重点介绍机电智能化综合能效测试系统的系统需求、关键技术及系统流程，并针对每个模块进行扩展，确定各模块的具体功能 。 第四章 本章将首先介绍系统的实现，包括硬件系统和软件系统，展示了如何使用LabVIEW 平台进行开发；然后通过一个应用实例，展示系统的运行情况 。 第五章 总结与展望，将对该项目的特点及重点进行再次陈述，并说明该项目今后的开发方向以及尚需改善的部分。
