基于labview的光耦测频实验

《测控系统综合设计》课程设计用纸第1页目录第一章《测控系统综合设计》设计任务书..............................31.1设计任务.......................................................31.2设计目的.......................................................41.3设计要求.......................................................51.4设计内容.......................................................51.5设计报告要求...................................................51.6设计进度安排...................................................61.7设计考核办法...................................................6第二章总体设计方案...............................................72.1测控系统的简介.................................................72.1.1现代测控系统概述2.1.1.1现代测控系统的组成2.1.1.2现代测控系统的基本类型2.1.2现代测控技术的特点...........................................82.1.3现代测控技术的应用...........................................82.1.3.1新型传感器技术2.1.3.2现代测控总线技术2.1.3.3虚拟仪器技术2.1.3.4远程测控技术2.2LabVIEW虚拟仪器介绍...........................................102.2.1LabVIEW虚拟仪器简介2.2.2LabVIEW虚拟仪器特点2.3系统总体结构图概述.............................................11第三章系统硬件设计3.1系统硬件设计...................................................133.1.1传感器的选择3.1.2传感器的测量原理分析《测控系统综合设计》课程设计用纸第2页3.1.3传感器的量程3.1.4传感器的测量精度与结构3.1.5传感器的型号的确定3.2信号调理电路...................................................203.2.1信号调理电路的选择3.2.2信号调理电路的设计3.2.3信号调理电路的计算第四章系统软件设计4.1系统软件设计..................................................214.1.1系统软件程序流程图4.1.2前面板与框图程序的设计及功能实现方法第五章系统总体调试、运行及其结果..................................34第六章收获、总结与体会............................................36参考文献...........................................................38《测控系统综合设计》课程设计用纸第3页第一章《测控系统综合设计》设计任务书题目：基于虚拟仪器技术的光耦测频系统设计一、设计任务本课题要求通过直流电机的转动带动光栅转动，光栅又控制着光电开关的通断，将直流电机的转动转换成具有周期性的矩形脉冲电压信号，送入NIELVISII数据采集平台的模拟输入通道，然后利用虚拟仪器软件开发平台LabVIEW来开发系统软件，以实现对直流电机转速和频率信号的采集、分析、处理与报表生成等。具体指标与要求如下：(一)硬件设计要求1、理解光电器件测频的基本原理，通过光电开关将电机的转速转换成具有周期性的矩形脉冲信号，实现对电机转速和频率的测量。要求对光电测频器件进行选型，对光电器件测频信号调理电路进行设计与调试，说明其工作原理。2、理解NIELVISII数据采集平台的工作原理，通过NIELVISII数据采集平台对光耦传感器及其调理电路出来的电压信号进行采集、分析与处理。(二)软件设计要求要求采用状态机的软件设计结构来设计光耦测频系统软件。系统软件具有“系统初始化”、“系统等待”、“数据采集”、“报表生成”“打开报表”、“退出”等功能。具体要求如下：1、系统初始化光耦测频系统软件运行后，首先进入系统初始化状态。系统初始化状态主要可以对NIELVISII数据采集平台，所用的数据采集通道及软件界面上的所有控件进行初始化。系统初始化结束后，软件进行等待状态中，等待其他功能的选中与运行。2、系统等待在系统等待状态下，用户可选择其他功能并运行。要求系统等待状态采用事件驱动结构来实现。3、数据采集要求系统可以对光耦测频信号进行连续的实时采集、分析与显示。包括对所用NIELVISII数据采集平台物理通道，电压最大值、最小值、采样速率、每通道采样点数等参数的设置。将采集到的时域波形、频率(Hz)、电机转速(rpm)等参数进行实时显示。对信号进行《测控系统综合设计》课程设计用纸第4页频谱分析并显示其频谱波形。4、报表生成报表生成功能可以实现对光耦测频信号连续采集与分析过程中的相关参数包括所用NIELVISII数据采集平台物理通道，电压最大值、最小值、采样速率、每通道采样点数、时域波形、频率(Hz)、电机转速(rpm)、频谱波形等参数或波形作为报表的内容进行保存。5、打开报表打开报表功能可以对保存的报表进行打开以便进行离线进行分析和处理。6、退出按下“退出”键，将退出系统软件。要求系统软件界面设计友好，方便操作。在系统软件界面即前面板上必须有状态显示栏，以显示软件当前运行的状态。二、设计目的通过本次设计使学生具备：(1)初步了解测控系统的设计步骤，掌握系统设计方法，加深对专业理论知识的理解，能够综合运用所学的《传感器原理与检测技术》、《虚拟仪器技术》、《测控电路》、《测控系统原理与设计》等专业知识设计测控系统各个单元，并组成系统。(2)通过制定测控系统设计方案，合理选择传感器及其他元件，正确计算、选择各电路和元件参数，确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，达到了解和掌握测控系统综合设计过程和方法的目的。(3)进行设计基本技能的训练。如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和数据处理及计算机应用的能力。(4)了解现代仪器科学与技术的发展前沿，学习和掌握基于虚拟仪器技术的测控系统组成和工作原理；进一步掌握虚拟仪器LabVIEW图形化软件设计方法与调试技巧。(5)培养学生查阅资料的能力和运用知识的能力；提高学生的论文撰写和表述能力；培养学生正确的设计思想、严谨的科学作风；培养学生的创新能力和运用知识的能力。三、设计要求1、了解和掌握整个以虚拟仪器技术平台构建的测控系统组成、工作原理、各单元功能和应用背景。2、根据设计任务进行文献资料的检索，根据测控系统的功能和工作原理，确定测控《测控系统综合设计》课程设计用纸第5页系统的功能，制定设计方案和设计虚拟仪器面板。3、合理选择传感器的种类与型号，设计信号调理电路；利用虚拟仪器技术软件开发平台LabVIEW来编写与调试系统软件。4、按学校课程设计的撰写规范撰写且提交一份完整的设计报告。四、设计内容1、基于虚拟仪器技术的光耦测频系统硬件设计。2、基于虚拟仪器技术的光耦测频系统软件设计。具体设计内容详见前面的设计任务。五、设计报告要求报告中提供如下内容：1、目录2、正文(1)设计任务书(只需要打印指导教师提供的设计任务书，不要对任务书的内容进行任何的修改)；(2)总体设计方案(包括对现代测控系统发展的概述，构建一个测控系统的总体结构图，光电器件测频的基本原理、发展与概述等，光电器件测频信号调理电路的设计，并根据任务书要求，选择合适的技术参数和技术方案，对多种设计方案进行分析比较，系统总体结构图概述等)；(3)系统硬件设计，包括传感器的选择(测量原理分析，传感器的量程、测量精度与结构、型号的确定)、信号调理电路的选择、设计及计算(根据测量要求、传感器的类型及特点，选择或设计合适的信号调理电路，并绘制电气系统原理图。)；(4)系统软件设计，包括系统软件程序流程图、前面板与框图程序的设计及功能实现方法等；(5)系统总体调试、运行及其结果；要求有程序和运行结果等。3、收获、总结与体会4、参考文献(不低于20篇)《测控系统综合设计》课程设计用纸第6页六、设计进度安排本课程设计共需3周（按15天来计算）时间，其具体要求与安排见下表:序号内容时间安排1设计动员、布置设计任务第1天上午2查找与消化相关资料第1天下午，第2天3总体方案设计第3天4系统硬件设计第4-5天5系统硬件调试第6天6系统软件设计第7-10天7系统软件调试第11-12天8系统总体调试及性能分析与总结第13天9撰写设计报告第14天10完成设计报告并上交第15天上午11答辩第15天下午七、设计考核办法本设计满分为100分，从设计平时表现、设计报告及设计答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。《测控系统综合设计》课程设计用纸第7页第二章总体设计方案2.1测控系统的简介现代测控技术是一门高新技术，以测控、测量、电子等学科为基础，涉及计算机技术、信息处理技术、电子技术、自动控制技术、测试测量技术、仪器仪表技术及网络技术等领域。随着现代科学技术的飞速发展和不断融入，加快了现代测控技术的发展，使其正朝着智能化、集成化、微型化、虚拟化、网络化和远程化的方向大步迈进。作为一门实践性很强的技术，现代测控技术在工业、农业和国防等领域的应用广度和深度正不断的扩大，并将为改进技水平和提高生产率做出巨大的贡献。测控技术就是一门研究如何测量周边物理量和如何控制周边物理量的技术。对于测量来说，它包括了传感技术和电子电路（包括模数转换技术）等，还包括了物理量的显示技术（模拟/数字表头的显示，时间曲线显示，X-Y曲线显示等等）和数据存储技术。而对于控制来说，它包含了控制理论，电子电路，执行机构的拖动技术等。测控技术经历了机械式，电子电路，到当前普遍使用的单片机和PC-Based（即虚拟仪器）几个发展阶段。基于个人计算机的系统，简称PC-Based，随着个人电脑的普及、性能的高速提升，已经成为目前高速发展的高科技行业之一。其中虚拟仪器，即PC-Based测控系统又是PC-Based系统中发展最早，目前应用最广的领域之一。虚拟仪器正在大规模地替代传统的测控仪器，尤其在新建项目中的非标测控仪器。2.1.1现代测控系统概述现代测控系统是一个综合系统，其目的是实现生产过程的自动化控制，它以计算机技术为核心，并集控制和测量为一体。2.1.1.1现代测控系统的组成现代测控系统的组成大致可以分为五个部分，即：①控制器部分。是系统的控制中心和指挥中心，主要指计算机、小型机、单片机等。②程控设备和仪器。包括：激励源、程控伺服系统、各种程控开关及仪器、执行元件、存储器件、显示器件等。测控应用软件。包括I/O接口软件、可执行应用程序和仪器驱动程序等。④总线与接口部分。包括连接器、电缆、插槽、机械接插件等。它是连接控制器与各种设备、程控仪器的通路以完成数据、命令及消息的交换与传输。⑤被测对象。主要是指生产线、系统、子系统、被测设备等，通过电缆、开关、接插件等于测控设备相连接。根据测控任务的不同，被测对象也是千差万别的。《测控系统综合设计》课程设计用纸第8页2.1.1.2现