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第五章 计算机测控技术,5.1. 用于测量的计算机系统 一.系统结构: 以CPU为中心, 转向以总线为中心 CCAN Lowworks FF profibus PC机系统: DCS PLC 现场总线 嵌入式系统:PC104 单片机,二. 系统组成 前向通道 后向通道,三. A/D 转换器,三.系统的抗干扰问题 (电源电路,抗干扰),1.电源电路 (1)提供测控计算机的能量。由交流电源转换为低压交流稳压直流,由一种直流源(如蓄电池,干电池)转换为多种直流电源。 (2)要求稳压 ,稳流 ,功率电源,要求高效率,满荷效率,三.系统的抗干扰问题 1.电源电路,(3)低纹波个数 加大电源滤波 消除交流滤波,(4)变压器电源电路:体积大,磁干扰, 纹波较大,多回路(绕组多) 输入电源要求(220V10%) 开关电源电路:体积小,干扰大,纹波较大 (主 次滤波)多回路实现电源宽(80-200V) (5)电源模块与程控电源 电源模块:使用广泛。国产量大, 质量有所提高(合资为主) 程控电源(以为核心的电源): 1.程控电源 2.交流稳 定电源 3直流电源 4.不间断电源,三.系统的抗干扰问题 1.电源电路,三.系统的抗干扰问题 2.电磁干扰及抗干扰技术,机电测控一体化 即EMC(抗干扰) Electnomagnetic Compatibility,一. 微控制芯片 通用型 8048 8051 80196 c166 功能型 DSP 片上系统 二. ARM芯片 1。美国ARM公司:以卖操作系统为主业。Advance Risc Machines 各大芯片厂商生产 我国内以廉价的三菱芯片为主 INTEL 有商用(3.3V 2.2V) 工业用(3.3V 5V),5.2 嵌入式系统中的片上系统,2。芯片特点:,(1). 32位CPU内核:支持PC结构,32位数据地址 (2)片内大容量flash(128M,64M,2M,1M),可扩展2GB (3)低功耗,可扩展性能好, 宜于实现 a,b,c项,3。ARM技术开发: 特点:研究其操作系统,a.利用国外资源,开发费用昂贵(国外通用)提出硬件结构方案,操作系统研制好及嵌于芯片内。 b.自行开发(国内IT积极开拓急需懂ARM的技术人才(IT产品每年GDP很高,但净收益份额小)其他行业尚未进入,空白阶段),2003年清华(与ARM公司联合进行) 东大(进一套装置) 理工大与南航积极介入 本校:两套仿真ARM板 方向:工业在线仪表的ARM开发即操作系统设计,5.3 虚拟仪器及Lab技术,一.虚拟仪器及其系统 Virtual instrument 1.与常规仪器相区别: 特点 (1)涵盖面宽,在一定程度上不顾及是什么测量,有“虚”的概念 (2)以PC为中心,靠软件支持,与传统硬件支持和区别 (3)VI已成为测控技术中一个重要分支实质是将测量图形 控制 通信集成化,并提供这种支持 (4)VI是实验室(Lab)的重要测试用平台,同时也是工业自动化及其智能控制的重要平台,一.虚拟仪器及其系统,2.VIS:三层次-核心(与DCS总线相比较,系统较小,价格较为低廉) (1)计算机PC,便携,PC104 (2)仪器硬件(控制对象) (3)传感器及数字量 (4)开发软件及系统,二 . NI的网页组合图 PC+卡,a.嵌入式数据采集卡(用一般DCS系统) 包括图像卡,串口卡,运动控制卡等, 即支持用户板卡,也支持自产卡 b.VXI/VME和PXI NI的支持卡件 卡件有相应的A/D决定VXI和PXI的性能,通道数,采样分辨率等 c.GPIB/VXI 支持标准仪器总线,VXI :你为测量试验提供的硬件可直接介入被测单元,在软件系统支持下实现被测量的数据条等,数据库处理,图形现实通信等功能 提供软件平台支持即Labview,三. 虚拟仪器与软测量,软测量:由易于测量的变量通过机理分析和智能算法推到不易测定的变量 模块定义: RT模块 数据记录和监控模块 图像开发 测试软件模块 驱动库 频谱分析 数字滤波 小波分析等模块,四. labview (NI)平台,1概述:为PC的VIS提供以软件为中心的过程处理,图形分析,数据表达,网络连接 四大功能的平台,以试验测量的初衷,发展至今逐渐转向自动化控制 2发展:83开发的初期 86Labview 1.0 for Mackntosh 90Labview 2.0 95for windows95 98 Labview 5.0 99for linux 2002 Labview 6.0 2003 Labview 7.0 EX,四. labview (NI)平台 1。Labview主要功能 (网站 ./labview)可取的评估版,(1)界面操作(人机对话) 按钮/开关/LEDS 滑块显示(数字) 图形/图表 选项页面 信息提示(如帮助等) (2)数据采集 SoLuTion Wizard 向导: 单点(多)输入输出 波形采集 图像,信号实现 数字握手协议 周期及脉冲密度测量 (3)仪器驱动控制: GPIB/CAMAC ,VXI/PXI 串口RS-232 PLC,(4)信号处理及数字运放 信号处理:信号发生,曲线拟合,宿函数,滤波 波形处理:失真分析,频率响应,功率谱密度, 容差限制测量 数字运放:微分方程 优化 Gammal/Bessel/Sacobl/Beta 函数计算,线代概率与统计 与Matlab脚本语言连接,1. Labview主要功能,(5)编程功能 布尔运放,多数据类型结构,自定义子程序 While for循环 Case 选择 顺序结构 文件保存读取,Spread Sheet列表,二进制/ASC/HTML高级报告生成 连接功能:数据库 DLLs/共字库 (Debug)调试:断点,探针,单步执行过程量,1. Labview主要功能,1. Labview主要功能,(6)通信TCP/IP UDP 支持工作站通信 (苹果机 Apple Event/prizes),2。Labview开发系统及版本,1).三套开发系统 PDS FDS BDS 专业开发系统PDS: 最全面 源代码控制工具和所有功能模拟 生成独立运行程序(.EXE)包括各种实时(RT)模块 用于较大型系统和较深层次的系统建立和软件分析,完整开发系统FDS: 常用版: 支持NI的各种软件板卡 测量分析和数字函数 DDL(动态连接库)及ActiveX 网络发布,三维绘图 用于提供开发测量的自动化系统工具,2。Labview开发系统及版本,2。Labview开发系统及版本,基础板 : 测量版,数据采集和分析,仪器控制, 简单数据显示,2).开发系统的套件结构 多套开发系统均有支持不同PC的操作系统的版本,2。Labview开发系统及版本,3。Labview下开发过程(一般),1.组建VIS确定硬件接口及安装驱动 2.定义解决方案:图形化程序(非文本程序) 单一VIS a:创建前面板用户界面 b.添加功能 c.组成流程图 多 VIS:d.通过数据流编程和模块实验多VIS 3.建立前面板 由控制面板的系统选择控件(ActiveX)及其数据库方式 (数显仪表,测量器,水槽,装置,表格,图形等),4.添加功能 由功能模板选择相应的图标如加法运放 A+B C 放大,乘法, 连接多模板与控件数量间的数据传输 加上数据分析(如频谱显示滤波前显示等) 如需联网,文本等(文件),输入输出,均在此完成 5.组合流程图 以上完成即可组合成流程图,通过运行调试,实现全部功能 6.多VIS交换组合 AVIS输出可做为BVIS(+eVis)的输入,5。Labview区别与其他组态软件的三大特点,数据流编程 非线性结构,编制功能,执行顺序决定功能模块数据流动,实现多任务,RT容易 模块化及层次化 易于实现多VIS间的交换与组合,可实现用户的VIS库 高性能图形的编辑器: 在编译器会有优化处理的最佳编码生成 开发出的程序适用于告诉运行的环境,
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