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1、电机数据采集分析系统的研发与设计毕业设计题 目（院）系电气信息学院专 业班 级 学号学生姓名导师姓名完成日期2013年6月22日/ 39电机数据采集分析系统的研发与设计诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工 作与取得的研究成果；2、据查证， 除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 毕业设计 （论 文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教 育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、 可信。作者签名：日期： 年 月 日毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：电机数-据采集分析系统的研发与设计姓名
2、院系 电气信息学院 专业 班级 学号_指导老师职称教研室主任一、基本任务与要求：设计一个基于虚拟仪器的电机数据采集系统，采用霍尔传感器以与光电传感器采集到转速信号通过数据采集卡将数据传至主机。通过图形化编程对采集到的信号进行相应处理与波形显示，通过测量计算出电机转速。设计的主要任务是:查阅相关资料确定总体设计方案；根据课题要求确定硬件方案、硬件设计; 软件设计，学习图形化编程软件，对软件的具体模块编程并对信号进行处理： 完成文献综述、幵题报告与毕业设计说明书与设计说明书的撰写工作。二、进度安排与完成时间：1、第1周至第3周：查阅相关资料，搜集课题所需资料，了解课题现状、课题研究的目的和意义，做
3、好选题报告和文献综述。2、第4周：参考相关资料，杳阅相关文献，自学相关知识，了解系统整个工作原理和设计方案，写好幵题报告。3、第5周至第6周：确定总体设计方案与个人研究重点，分配课题研究任务。学习软件。4、第7周至第8周：根据自己的研究方向和总体设计方案，初步构歹y出系统的硬件模块和软件模块。完成硬件设计。5、第9周至第10周：完成系统各软件模块的编写与调试。6、第11周至第13周：完成系统的软件仿真和软硬件联调。7、第14周至第15周：整理设计资料，撰写毕业设计论文。8、第16周至第17周：打印、装订论文，进行毕业答辩。电机数据采集分析系统的研发与设计目录摘要 错误!未指定书签错误!未指定书
4、签 第1章绪论错误!未指定书签1.1电机错误!未指定书签1.1.1直流电机 错误!未指定书签1.1.2交流电机 错误!未指定书签1.2虚拟仪器 错误!未指定书签1.2.1虚拟仪器技术 错误!未指定书签1.2.2虚拟仪器发展现状 .错误!未指定书签1.2.3虚拟仪器系统构成 .错误!未指定书签1.2.4虚拟仪器系统软面板设计标准 错误!未指定书签1.3数据采集 错误!未指定书签第2章总体方案设计 错误!未指定书签2.1总体方案设计 错误!未指定书签第3章硬件设计 错误!未指定书签3.1硬件总体概述 .错误!未指定书签3.2硬件组成部分 .错误!未指定书签3.2.1传感器 错误!未指定书签3.2.
5、2数据采集卡 错误!未指定书签3.3信号采样和转换 错误!未指定书签3.3.1信号采样 错误!未指定书签3.3.2采样频率选择 错误!未指定书签3.3.3转换技术 错误!未指定书签3.4硬件接线图 错误!未指定书签第4章软件设计 错误!未指定书签4.1前面板设计 错误!未指定书签4.2程序设计 错误!未指定书签4.2.1功能模块 错误!未指定书签4.2.2电机测速与输入电压程序 错误!未指定书签4.3序调试与数据处理 错误!未指定书签总结错误!未指定书签参考文献 错.误 ! 未指定书签致谢 错 误 ! 未指定书签附 录 错.误 ! 未指定书签电机数据采集分析系统的研发与设计电机数据采集分析系统
6、研发与设计摘要：虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成 各种测试、测量和自动化的应用。虚拟仪器的图形化语言图形化数据流语言和程 序框图能自然地显示您的数据流，同时地图化的用户界面直观地显示数据，使我 们能够轻松地查看、修改数据或控制输入。本设计要采集电机相关数据，选择电机转速与输入电压作为测量对象。本设 计采用 6281 数据采集卡实现二通道的数据采集。一通道直接采集输入电压，另 一通道采集通过霍尔传感器体现转速的模拟电压信号，经过模数转换，转换为数 字信号。利用的软件编程实现对波形的显示输入电压并计算得出电机的转速。本设计是虚拟仪器在测控领域的一次简单应用。实践明虚
7、拟仪器是一种优秀 的解决方案，能够高效的实现各种测控任务。关键字： 虚拟仪器 ;数据采集 ;传感器电机数据采集分析系统的研发与设计aJ，J,.a 6281AJ)aa .电机数据采集分析系统的研发与设计第1章绪论电机从研制、投产，到运行和维修，其间的各个阶段都要进行一系列试验， 以获取电机的各种物理参数和性能指标。近年来，一些新型电机（如双绕组电机等）的应用日益广泛。这些电机的试验特点是测试项目多、各个项目测试的参量多， 而且往往要求对多个参数同时测量，测试要求精度高。使用传统的测试仪表进行 测试，由于自动化程度低，操作十分复杂，工作量大，而且精度也难以达到要求。 因此，建立一种高精度的自动化程
8、度高的测试手段变得十分重要。虚拟仪器是全 新概念的新一代的测量仪器。自 1987年诞生以来，这一技术与前几代测试仪器 相比，以前所未有的速度迅猛发展。本文介绍了虚拟仪器的概念和的软件幵发环 境，以与已幵发成功的基于的电机数据采集系统的硬件组成和软件幵发，并重点 介绍了在下一些关键技术的实现方法和数据分析方法。1.1电机电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。电动机也称（俗称马达），在电路中用字母“M（旧标准用“D”）表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。发电机在电路中用字母“ G”表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热 能
9、、水能等推动发电机转子来发电，随着风力发电技术的日趋成熟，风电也慢慢 走进我们的生活。电机按工作电源种类划分：分为直流电机和交流电机。按结构和工作原理划 分：分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。按起动与运行方式划分：分为 电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相 异步电动机和分相式单相异步电动机。按用途划分：分为驱动用电动机和控制用 电动机。按转子的结构划分：分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动 机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。按运转速度划分：分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电
10、磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。1.1.1直流电机定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电 能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为 机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的 部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、 轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转 矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转 轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。一台直流电机原
11、则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，这种原理在电机理论中称为可逆原理。当原动机驱动电枢绕组在主磁极N、 S之间旋转时，电枢绕组上感生出电动势，经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外部 负载（或电网），对外供电，此时电机作直流发电机运行。如用外部直流电源， 经电刷换向器装置将直流电流引向电枢绕组，则此电流与主磁极N、S产生的磁场互相作用，产生转矩，驱动转子与连接于其上的机械负载工作，此时电机作直 流电动机运行。直流电机的工作原理：1. 直流发电机工作原理直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合 电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动
12、势的方 向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指 向就是导体中感应电动势的方向。2. 直流电动机的工作原理导体受力的方向用左手定则确定。 这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩， 这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆 时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻 转矩以与其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。1.1.2交流电机交流电机是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统 的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比，由于没 有换向器（见直流电机的换向），因此结
13、构简单，制造方便，比较牢固，容易做 成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大，从 几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。20世纪80年代初，最大的汽轮发电机已达 150万千瓦。交流电机的分类：按电机功用分类：交流电机主要分为发电机和电动机。发电机主要分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机。汽轮发电机是两极高速同步电机，是依靠燃烧煤、核能等能源进行发电的。 是火力发电厂、核能发电厂的主要设备之一，由汽轮机或燃气轮机驱动发电。水轮发电机是多极低速同步电机，是依靠水力的位能转换成动能作为能源来 进行发电的，由水轮机驱动发电。柴油发电机由柴油机驱动发电， 两者组成柴油发电机组。
14、通常用作土矿企业、 医院、楼房的应急备用电源；军事与民用通信、伐地和野外作业，车辆船舶等特 殊用途的独立电源，以与电网输送不到、又不适于建立火力发电厂地区的生活和 生产所需的电源和多种移动电站等。交流电动机又分为同步电动机和异步电动机。当电机的三相对称绕组，接通三相交流电后，在空气隙中产生一个转速为60的旋转磁场。当电机的运行速度n始终保持与旋转磁场相同速度（）的电动机称为同步电动机。主要用于轧钢机、球磨机、压缩机、鼓风机等。优点是能向电网输 送无功功率，改善电网的功率因数。缺点是需要直流励磁，结构比较复杂，电机 造价较贵。电机的运行速度n始终低于旋转磁场速度（nvv）的交流电机称为异步电动机
15、。 异步电机具有结构简单、制造方便、运行可靠、维护简便、价格低廉等优点，因 此被广泛的应用在石油、化土、电站、矿山、冶金等土业部门，用于驱动泵、风 机、粉碎机等机械设备，在各种电气传动系统中，有90%左右的设备采用异步电机驱动。异步电机的缺点是：1. 从电网中吸取无功励磁功率，使电网的功率因数变坏；2. 调速性能差，不能用于轧钢、造纸等转速要求严格恒定的设备中，也不能 用于在运行中转速要求有所变化的设备中。1.2 虚拟仪器1.2.1 虚拟仪器技术虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各 种测试、 测量和自动化的应用。 虚拟仪器技术是随着现代计算机技术、 信息技术、 现代测量技术的发展而出现的新技术。虚拟仪器是通过应用程序将计算机资源 （微处理器、存储器、显示器）和仪器硬件（、数字、定时器、信号调理器） 的测量功能结合起来， 形成的测量装置或测试系统。 用户通过友好的图形界面 （
