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1、开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3 “文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10 篇（不包括辞典、手册） ，其中至少应包括 1 篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最
2、后。4统一用 A4 纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资 料，每人撰写 2500 字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文文 献献 综综 述述1 1 引言引言随着电子技术和电力电子器件的发展，电力电子设备的应用也越来越广泛，这些非线性电力设备使电网电压电流波形发生畸变。同时，以微处理器器为核心的各种控制设备、自动化设备对电能质量十分敏感，瞬间的电能恶化有可能导致程序混乱，从而产生重大的质量事故。因而，供电可靠越来越成为用户关心的问题，电网参数的快递，准确监测对电
3、能质量的测量具有十分重要的意义。采用计算机技术和仪器仪表技术相结合，可以实现电网测量的自动化。通过计数机控制器和数字模型进行数据采集、运算、统计、分析、处理提高电网测量数据处理能力。传统的电网测量用的电子仪器，是自封闭的系统，具有信号输入、输出的能力，并有固定的用户界面，仪器包括传感器，信号处理器，A/D转换器，微处理器，存储器和内部总线等专门化的电路。有时为了构成具有一定功能的系统，配置了一套仪器，对其中的某些仪器，只用到了其中一部分功能，而将它作为其他功能使用时，却不具备或达不到所需指标，效率低且价格高。以计算机技术为核心构成的虚拟仪器是一种利用一些基本硬件及软件编程技术组成的各种各样的仪
4、器系统，它的功能是可有用户自己定义，用户可以根据自己的意愿，设计自己的仪器系统。此外，VI可方便地进行各种方案论证，比较各个方案的优缺点，同时为硬件设计的工程师在实验室测试自己的设计效果提供了极大方便。今天，以计算机技术为核心构成的虚拟仪器已成为开放的工业标准化结构，可以提供处理，存储，显示和远程控制的能力，使用户自定义各种仪器功能成为可能。并且用户可以根据实际需要，结合利用各种技术进行扩展。如可以结合网络技术，将仪器扩展成为远程虚拟仪器。1986年,美国国家仪器公司(National instruments,NI)推出了虚拟仪器的概念以及LABVIEW语言.其为基于“图形”方式的集成化程序开
5、发环境，是目前国际上唯一的编译型图形化编程语言。在以PC机为基础的测量和工控软件中，LabVIEW的市场普及率仅次于C+/C语言1。2 2 虚拟仪器的虚拟仪器的概念由于传统电子仪器存在的诸多弱点，美国国家仪器公司于1986年首先提出基于计算机技术的虚拟仪器的概念，把虚拟测试技术带入到新的发展时期，随后研制和推出了基于多种总线系统的虚拟仪器。虚拟仪器由计算机、应用软件和仪器硬件组成，它以微型计算机为基础，通过符合工业标准的硬件和软件来构成相应的仪器系统。以计算机为核心用户可充分利用计算机运算、数据处理、数据存储、显示及连接扩展等能力来灵活地设计强大的仪器功能。这使得使用者在操作这台计算机时，就好
6、像在操作一台专用的传统电子仪器。它可以替代传统的测量仪器，集成于各种测控系统，自由构建成大型仪器系统。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体，从而把计算机强大的计算机处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的体积和降低了成本，增强了仪器的功能，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。于传统仪器性能对比，虚拟仪器在灵活性、性价比、用户化、通用化、数据存储及管理等方面有着明显的优势。虚拟仪器的出现使测量仪器与个人计算机的界限模糊了。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用计算机强大的软件功
7、能实现信号数据的运算、分析和处理，利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。“虚拟”主要包含以下两方面的含义:1虚拟的虚拟仪器的面板虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。如各种开关、按键、显示器等实现仪器电源的“通” 、 “断” ，测量结果的“数值显示” 、 “波形显示”等。传统仪器面板上的器件都是实物,而且是用手动和触摸进行操作的，而虚拟仪器面板控件是外形与实物相像的图标，设计虚拟面板的过程就是在面板设计窗口中摆放所需的控件，然后编写相应的程序。大多数初学者可以利用虚拟仪器的软件开发工具，如Lab Win
8、dows/CVI、LabVIEW等编程语言,在短时间内轻松完成美观而又实用的虚拟仪器前面板的设计。2由软件编程来实现的虚拟仪器测量功能在以PC为核心组成的硬件平台支持下，虚拟仪器不仅可以通过软件编程设计来实现仪器的测试功能，而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能。因此在硬件平台确定后有“软件就是仪器”的说法。这也体现了测试技术与计算机深层次的结合2。3 3 虚拟仪器的的组成虚拟仪器的的组成具体的说，任何仪器都基本有3个部分组成，即信号采集和调理、信号分析和处理、信号显示和输出。传统的仪器将所有这3部分放在一个仪表箱内，根据不同的功能要求采用不同的硬件结构。而虚拟仪器是一种功
9、能上的仪器，其核心是在最少量的硬件模块支持下，用软件实现传统仪器数据采集、储存、分析、显示的功能3。目前的虚拟仪器产品，包括各种软件产品、GPIB 产品、数据采集产品、信号调理产品、VXI 和 PXI 控制产品等。为构造自己专用仪器系统提供了完善的解决方案。虚拟仪器的应用多是将它们搭成虚拟仪器系统。在信号调理卡、数据采集卡、GPIB 接口仪器、VXI 接口仪器等硬件支持下，用虚拟仪器软件工作平台将这些硬件和相应的软件组织起来形成一个系统，如下图所示（图 1-1） 。信号调理数据采集卡GPIB 接口仪器GPIB 接口卡串口仪器/PLCVXI 仪器/PXI 仪器测试对象PC 机虚拟仪器软件工作平台
10、传感器串口仪器/PLC图 1-1 虚拟仪器系统组成图3.13.1传感器传感器传感器是一种能将物理量、化学量、生物量等转换成电信号的器件。输出信号有不同形式，如电压、电流、频率、脉冲等，能满足信息传输、处理记录、显示、控制要求，是自动检测系统和自动控制系统中不可缺少的元件。如果把计算机比作大脑，那么传感器则相当于五官，传感器能正确感受被测量并转换成相应输出量，对系统的性能起决定性作用。自动化程度越高，系统对传感器要求越高。传感器技术是现代信息技术的重要支柱之一，是国际上发展最快的高新技术与产业之一，具有广泛的应用市场。如今的传感器新技术的发展，主要在以下几个方面：发现并利用新现象利用物理现象、化
11、学反应、生物效应作为传感器原理，所以研究发现新现象和新效应是传感器技术发展的重要工作，是研究开发新型传感的基础。利用新材料传感器是传感器技术的重要基础。集成传感器，智能传感器的发展日新月异。因此，我们应该加大对传感器技术研究、开发的投入，使我国传感器技术与外国缩短差距，促进我国仪器仪表工业和自动化的发展。3.23.2 数据采集卡数据采集卡其种类很多,但基本结构和功能类似.一般来说,数据采集卡包括总线接口、输入端口、输出端口和控制 4 个部分.总线接口是数采卡与系统交换数据的通道;输入接口包括并行输入、模拟输入、外部时钟输入等;输出接口包括并行输出、模拟输出、时钟分频输出等;控制部分对不同的数采
12、卡来说差别较大,一般功能有设定采样率、增益调节、/转换、/转换、控制输入与输出数据缓冲、时钟分频、计数、模拟输出平滑等。11 采集卡中包含的有外围电路，其主要功能是防护与隔离。考虑到实际应用中可能出现的情况,必须对数采卡输入加以保护,如应有过压与过流保护、模拟输入和开关量输入的隔离。信号经保护隔离电路进入数采卡,再经过滤波、A/D 转换后成为数字信号保存于 PC 机内存中。3.33.3 测试软件测试软件获得此数据流以后进行一系列处理,并显示和存储处理结果.信号回放时,测试软件控制数采卡将信号从模拟输出口输出,然后经保护隔离电路送到机车信号主机的信号输入端。测试系统软件的结构大体可以分为 4 个
13、层次:测试管理层、测试程序层、仪器驱动层和 I/O 接口层.由于使用 LABVIEW平台,使 4 个层次的软件实现变得容易了许多.测试管理层是与设备无关的测试管理环境,它生成并响应系统操作界面,管理和执行测试任务.在信号检测系统中,测试管理层提供人机交互的界面:系统的功能选择项和控制部件,响应用户的功能选择和进程控制;参数输入栏,获取用户输入的参数;输出显示窗口,显示信号波形和测试结果。这些功能由 LABVIEW对控制、显示对象和它们的属性进行操作即可实现.测试管理层还控制测试的顺序、分支、循环等,这些可以由 LABVIEW定义的各种结构来实现. LABVIEW还提供了诸如文件存储、密码、系统
14、的分级访问等功能,完善系统的管理.测试程序层是具体实现各种测试功能的。仪器驱动层是直接对硬件设备执行驱动与控制的软件层.过去,这是测试系统开发最困难的部分.现在仪器驱动程序都是按模块化、与设备无关的方式向用户释放,不仅可方便地利用,还可修改其源代码,满足特殊需要.在本系统中,仪器驱动层主要实现数据采集卡的功能控制,包括初始化;对采样率、增益和触发条件进行设置;分频与计数;设定缓冲方式和缓冲区长度、输出控制等./接口是软件用于处理仪器与硬件间连接的低层通信协议4。4 4 虚拟仪器技术虚拟仪器技术的展望和应用前景的展望和应用前景虚拟仪器（Virtual Instrument简称VI）和卡泰仪器（C
15、omputer Acquisition Test Analysis Instruments计算机采集测试分析仪，简称CATAI）技术正在飞速发展。目前，国内外的工程师和科学家们正在成千上万台测控设备中使用虚拟仪器和PC卡泰，从而缩短了产品的研发时间，提高产品的质量，降低生产成本。虚拟仪器和卡泰仪器的出现是测控技术界和测试仪器制造界的一次具有深远意义的“技术革命” 。它像PC机出现一样，影响到国内外的各行各业、影响全人类的社会活动、教学、科学实验、国防和工农业生产，甚至进入家庭自动化管理。虚拟仪器至今在国内还是一个相当新的概念，但这些年来应用的增长非常迅速，已经开始应用于航空航天、智能交通、汽车
16、、医疗、教育等领域5。41 国内外虚拟仪器的发展国内外虚拟仪器的发展1986 年，美国 NI 公司提出了“软件即仪器的口号” ，推出了 NILabVIEW 直观的流程图编程风格的开发和运行程序平台，开启了虚拟仪器的先河。1985 年，COINV（中国东方振动和噪声技术研究所）开始提出了 PC 卡泰（PCCATAI）微机卡式采集测试分析仪的概念，并推出了 DASP（达世普）软件(Data Acquisition Signal Processing)。随后又提出了“把实验室拎着走”的口号，进而又进行了虚拟仪器库平台的研发，实现了 INV 虚拟仪器库。数据采集和信号处理（DASP）软件的概念突破了传统的随机振动信号分析仪和FFT 分析仪的概念，实现了向虚拟仪器和计算机采集测试分析仪器概念的过渡。其间，COINV 研制成了国内第一台虚拟仪器PC 卡泰 INV101，接着又推出了台式机用的INV303 和便携式笔机本式的 INV306 系统，并于 1993 年到加拿大多伦多展出，
