火车车轮测试论文本科设计论文--基于labview的虚拟示波器设计(编辑修改稿)

火车车轮测试论文本科设计论文--基于labview的虚拟示波器设计(编辑修改稿)内容摘要：

（ 6） 网络接口方式的 VI 尽管 Inter 技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起，不过 NI 等公司已经开发了通过 Web 浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品，使人们可以通过 Inter 操作仪器设备。 根据虚拟仪器的特性，我们能够方便的将虚拟仪器组成计算机网络。 利用计算机网络将分散在不同地理位置不同 功能的 设备 联系在一起，使昂 贵的硬件设备、软件在网络上得以共享，减少了设备重复投资。 现在，有关 MCN（ Measurement and Control Networks ）方面的标准正在积极进行，并取得一定的进展。 由此可见，网络化虚拟仪器将具有广泛的应用前景。 （ 7） USB 接口方式的 VI Universal Serial Bus（ USB）因为其在 PC 机上的广泛使用、即插即用的易用性和 高达 480Mbits/s 的传输速率，逐渐的成为仪器控制的主流总线技术。 现在计算机上的 USB 接口越来越多，也使得工程师可以很方便的将基于 USB 的测量仪器 连接到整个系统中。 但是 USB 在仪器控制方面上亦有一些缺点。 比如说 USB 的排线没有工业标准的规格，在恶劣的环境下，可能造成数据的丢失，此外， USB 对排线的距离也有一定的限制。 无论哪种 VI 系统 ，都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑，台式微机和工作站等各种计算机平台加上应用软件而构成的。 虚拟仪器的优点 一台性能优良的虚拟仪器不仅可以实现传统仪器的大部分功能，而且在许多方面有传统仪器无法比拟的优点，如使用灵活方便、功能丰富、价格低廉、可一机多用、可重复开发等。 与传统仪器相比虚拟仪器主要有以下几个优点： （ 1） 融合了计算机强大的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制 ，大大增强了传统仪器的功能。 而且高性能处理器、高分辨率显示器、大容量硬盘等已成为虚拟仪器的标准配置。 （ 2） 利用计算机丰富的软件资源， 一方面，实现了部分仪器硬件的软件话，节省了物质资源，增加了系统的灵活性； 一方面，通过软件技术和相应的数值算法、实时、直基于 LABVIEW的虚拟示波器设计 8 接的对测量数据进行各种分析和处理；另一方面，通过图形用户界面（ Graph User Interface）技术，真正做到界面友好，人机交互。 （ 3） 基于计算机总线和模块化仪器总线， 使 仪器的硬件实现了模块化、系列化，大大缩小了系统的尺寸，可方便的构建模块化仪器（ Instrument on a Card）。 （ 4） 基于计算机 数据库及报表技术 和接口技术，使 VI 系统具有方便、灵活的互联能力，广泛支持诸如 CAN， Field Bus， PROFIBUS 等各种工业总线标准。 因此，利用 VI技术可 方便的构建自动测试系统（ ATS， Automatic Test System），实现测量、控制过程的网络化。 （ 5） 基于计算机的开放式标准体系结构。 虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。 因此，用户可以根据自己的需要选择不同厂家的产品，使仪器系统的开发更为灵活、效率更高，缩短了系统组建和维修的时间。 下表是虚拟仪器与传统仪器的比较。 表 11 虚拟仪器与传统仪器的比较 虚拟仪器 传统仪器 开 放、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即可。 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 只有厂家能定义仪器功能 可 以与网络 及周边设备方便互连 与其他设备仪器的连接十分有限 软件使得开发和维护费用降至最低 开发和维护开销高 技术更新周期短（ 12年） 技术更新周期长（ 510年） 数据可编辑、存储、打印 数据无法编辑 1． 2 虚拟仪器的现状 1． 2． 1 国外现状 虚拟仪器技术目前在国外发展很快，以美国国家仪器公司（ NI 公司）为代表的一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。 在美国虚拟仪器系统及其图形编程语言，已作为各大学理工科学生的一门必修课程。 美国的斯福坦大学的机械工程系要求三、四年级的学生在实 验时应用虚拟仪器进行数据采集和实验控制。 本科生毕业论文 9 近年来，世界各国的虚拟仪器 公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件，以便使用者利用这些公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软件。 最早和最具有影响力的开发软件，是 NI 公司的 LABVIEW 软件和 Lab windows/CVI开发软件。 LABVIEW 采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件。 Lab windows/CVI是为熟悉 C 语言的开发人员准备的、在 windows 环境下的标准 ANSI C 开发环境，除了上述优秀的开发软件之外，美国 HP 公司的 HPVEE 和 HPTIG 平台软件，美国 Tektronix公司的 EzTest 和 TekTNS 软件，以及美国的 HEM Data 公司的 SnapMaster 平台软件，也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台软件。 当今虚拟仪器的系统开发采用的总线包括传统的 RS232 串行总线、 GPIB 通用接口总线、 VXI 总线，以及已经被 PC 机广泛采用的 USB 串行总线和 IEEE1394 总线（即 Fire wire，也叫做火线）。 世界各国的公司，特别是美国 NI 公司，为使虚拟仪器能够适应上述各种总线的配置，开发了大量的软件以及适应要求的硬件（插件） ，可以灵活的组建不同复杂程度的虚拟仪器自动检测系统。 虚拟仪器开发商不仅注意使虚拟仪器能够适应各种通用计算机总线系统，使之为虚拟仪器服务，而且也注意建立各种仪器专用的总线系统。 美国 NI 公司在 1997 年 9月 1 日推出模块化仪器的主流平台 PXI，这是与 Compact PCI 完全兼容的系统。 这种虚拟仪器模块化主流平台 PXI/Compact PCI 的传输速度已经达到 100Mb/s。 是目前已经发布的最高传输速度。 虚拟仪器的开发厂家，为扩大虚拟仪器的功能，在测量结果的数据处理、表达模块及其变换方面也做了很多工作，发布 了各种软件，建立了数据处理的高级分析库和开发工具库（例如测量结果的谱分析、快速傅立叶变换、各种数据滤波器、卷积处理和相关函数处理、微积分、峰值和阈值检测、波形发生噪声发生、回归分析、数值运算、时域和频域分析等），使虚拟仪器发展成为可以组建极为复杂自动检测系统的仪器系统。 1． 2． 2 国内现状 在国内已有部分院校的实验室引入了虚拟仪器系统，上海复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学、华中理工大学、四川联合大学等。 近一、两年来这些学校在原有的基础上，又开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。 其中，华中理工大学机械学院工程测试实验室将其开发成果在网上公开展示。 四川联合大学的教师基于虚拟仪器的设计思想，研制了“航空电台二线综合测试仪”将 8 台仪器集成于一体，组成虚拟仪器系统，使用方便、灵活。 清华大学利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测基于 LABVIEW的虚拟示波器设计 10 系统，用于汽车发动机的出厂检验。 主要检测发动机的功率特性、负荷特性等。 一台发动机检测完后，就可打印出完整的检测报告。 此外，国内已有几家 企业在研制 PC 虚拟仪器，哈工大仪器王电子有限责任公司就是其中之一，它的产品已达到一定的批量。 其主要产品有数字存储 智能火车车轮测试系统 系列、任意波形发生器及频 率计系列、多通道大容量波形 — 记录系列。 国内专家预测：未来几年内，我国将有 50%的仪器为虚拟仪器。 国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测。 随着微型计算机的发展，虚拟仪器将会 逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。 虚拟仪器技术的提出和发展，标志着二十一世纪自动测试与电子测试仪器领域技术发展的一个重要方向。 1． 2． 3 发展趋势 虚拟仪器正在继续迅速发展。 它可以取代测量技术在传统领域的各类仪器。 虚拟仪器在组成和改变仪器的功能和技术性能方面具有灵活性和经济性，因而特别适应于当代科学技术迅 速发展和科学研究不断深化所提出的更高跟新的测量课题和测量需要。 “没有测量就没有鉴别，科学技术就不能前进。 ”虚拟仪器将会在科学技术的各个领域得到广泛的应用。 图形化编程平台的进一步发展和完善是虚拟仪器发展的一个重要方向。 如何使用户进行少量的学习甚至不需要学习就可使用功能强大的虚拟仪器，如何使用构成简单的虚拟仪器系统并完成复杂的测试内容，如何帮助用户对测试结果进行分析和判断等内容，是虚拟仪器技术努力的方向。 我国还基本处于传统仪器与计算机化仪器互相分离的状态，世界各大相关的产品商家都在向中国这个巨大的市场进军。 结 合我国的实际情况，我们必须走引进与自行开发相结合的道路。 一方面，大力引进国外虚拟仪器方面的生产技术；另一方面，发展基于计算机的插卡式硬件模块为主的测控技术，发展图形化平台的软件产品，充分利用我们现有的计算机及测控技术硬件，缩短与国际先进水平的差距。 VXI 总线将成为未来虚拟仪器的理想硬件平台，这是由 VXI总线的性能决定的；另一方面，基于 PCIDAQ 的虚拟仪器系统由于性价比高、灵活性好而受到大多数用户的青睐，将得到高速的发展。 随着计算机硬件、软件技术的迅速发展，虚拟仪器将向高性能、多功能、集成化、网络化方向 发展。 本科生毕业论文 11 课题背景和课题目的 在当代信息发展迅速的情况下 ,各类通信方式为人们提供着强大的支柱。 虚拟仪器技术是计算机和传统的仪器技术融合的产物，是现代测试技术与系统的发展趋势。 虚拟仪器与传统仪器相比，在智能化程序、处理能力、性能价格比、可操作性及功能扩展等方面都具有明显的技术优势。 它的设计与开发是利用高效灵活的软件来完成的，用户可根据实际需要自己构建仪器的功能、操作和显示界面。 图形化编程语言 LabVIEW是当今国内外设计虚拟仪器最为流行的软件，整个仪控系统都完全可以使用它来开发与执行。 目前，虚拟仪器技 术在 测量方面的应用已日趋成熟，它已成为测试及测量领域的工业标准 ，故此，本文主要探讨虚拟仪器技术在远程控制领域中的开发与应用。 长期以来，我国铁路处于低装备率、高利用率、高强度运动状态，特别是随着火车运行速度的一再提高，更加重了火车车轮的负担。 火车的车轮状态是否完好关系到火车的安全运行，为了保障行车安全，提高运输能力，铁道部门必须经常对火车车轮状态进行检测。 就目前现状来看，国内外所做的努力都是把精力放在车轮的生产或修复环节的缺陷检测方面，在线检测相对较少。 基于这种情形，本文引入虚拟仪器技术的思想和设计方法，在 LabVlEW 虚拟仪器开发环境下，运用 LabVIEW 的逐点分析库，研发了火车车轮状态实时检测系统。 本自动化检测系统有如下特点：精确快速地检测微弱损坏信号；在火车正常运行情况下直接获取数据；实时的采集分析数据从而提高检测速度并简化编程。 本文的研究内容 虚拟仪器 系统 由通用仪器硬件平台（简称硬件平台）和应用软件两大部分构成。 硬件平台主要完成对被测信号的进行调理和采集。 仪器硬件可以是插入式数据采集卡及必要的外围电路（含信号调理电路、 A/D 转换器 、数字 I/O、定时器、 D/A 转换器等 ） ，或者是带标准总线接口的仪 器，如 GPIB、 VXI、 PXI、 STD、 PCI 总线仪器和网络化仪器等。 目前市场上的 A/D 采集卡和数据采集卡以及带标准总线接口的仪器等，其价格均不菲，以毕业设计的目的来说，性价比以及实用程度显的不高。 本课题以 labview 软件进行了信号的仿真生成、滤波和各类处理。 基于 LABVIEW的虚拟示波器设计 12 虚拟仪器的发展已经具有快 30 年的历史， 基于 LabVIEW 虚拟仪器的 智能火车车轮测试系统 设计 作为虚拟仪器中的一种典型仪器，是仪器仪表、 工业监控 等领域不可缺少的一部分。 本论文开发了一台 基于 LabVIEW 虚拟仪器的 智能火车车轮测试系统 设计。 本论文具体 内容安排如下： 第一章，绪论：介绍虚拟仪器的概念、构成及其优势，发展的现状，和本文的研究内容。 第二章， 基于 LabVIEW 虚拟仪器的 智能火车车轮测试系统 设计 的原理：首先讲述通用 智能火车车轮测试系统的原理 ，进而讲述了 基于 LabVIEW 虚拟仪器的 智能火车车轮测试系统 设计 的原理。 第三章， 基于 LabVIEW 虚拟仪器的 智能火车车轮测试系统软件 的设计：本章讲解了软、硬件的选取方案，详细讲述了软件选择 LABVIEW。 软件模块设计是 本章 重点，详细讲述了各个功能模块具体的实现过程。 第 四 章， 程序设计显示 ：本章给出了 基于 LabVIEW 虚拟仪器的 智能火车车轮测试系统 设计 系统性能的具体指标，进行了系统调试，验证了 基于 LabVIEW 虚拟仪器的 智能火车车轮测试系统 设计 的实用性和优越性。 第 五 章， 总结 与 展望：对设计的 基于 LabVIEW 虚拟仪器的 智能火车车轮测试系统设计 进行了总结，并对将来的发展趋势给出了展望。 本科生毕业论文 13 第二章 方案及 关键 技术 基于 LabVIEW 虚拟仪器的 智能火车车轮测试系统 设计 由好几。