1、亚为科技基于虚拟仪器平台的凸轮检测数据处理系统的设计亚为科技摘 要以 往 的 对 数 据 处 理 分 析 中 ， 都 会 存 在 灵 活 性 不 强 而 且 成 本 较 高 等 缺 点 。 本 次论 文 研 究 的 课 题 是 结 合 工 厂 生 产 要 求 ， 设 计 基 于 虚 拟 仪 器 对 检 测 数 据 处 理 的 系 统 。不 但 提 高 了 灵 活 性 而 且 降 低 成 本 更 具 有 实 时 性 等 优 点 。工 厂 机 械 生 产 中 ， 通 常 会 对 机 械 进 行 凸 轮 检 测 ， 这 时 会 产 生 大 量 的 数 据 ， 而且 会 对 同 一 型 号 或 同 一
2、 参 数 进 行 多 次 检 测 。 这 便 造 成 时 间 的 浪 费 ， 同 样 ， 久 用 的机 械 设 备 也 要 进 行 检 测 ， 如 果 没 有 参 数 作 为 参 考 ， 可 能 耽 误 生 产 。 本 设 计 主 要 以两 个 工 作 任 务 来 解 决 这 些 问 题 ， 一 是 通 过 对 凸 轮 检 测 出 来 的 数 据 进 行 处 理 ， 研 究一 种 在 Lab Windows CVI 平 台 能 对 Microsoft Access 存 储 的 数 据 进 行 调 用 ， 对历 史 数 据 的 存 放 和 读 取 以 及 新 数 据 的 写 入 。 二 是 利
3、用 Lab Windows/CVI 与 武 汉亚 为 科 技 的 USB Adio 模 块 实 现 数 据 传 输 ， 通 过 另 一 台 检 测 装 置 对 数 据 的 处 理 。实 践 表 明 该 方 案 对 于 数 据 管 理 切 实 可 行 。关 键 字 ： 虚 拟 仪 器 ； 设 备 驱 动 、 数 据 库 USB Adio亚为科技AbstractPrevious analysis of data processing, the high cost will still exist and flexibility in faults. This paper research topi
4、c is combined with factory production requirements, the design of detection data processing based on virtual instrument system. Not only can improve the flexibility and reduce the cost more has the advantages of real-time performance.Factory machinery production, usually to CAM mechanical testing, t
5、hen will produce large amounts of data, and many times for the same model or parameter detection. It will cause waste of time, again, a long time with the machinery and equipment also want to test, if there are no parameters for reference, may hold up production. This design mainly by the two task t
6、o solve these problems, one is to process the data detected by CAM, research in Lab Windows/CVI platform can call on Microsoft Access the data stored on the storage of historical data and read and write new data. 2 it is using Lab Windows/CVI and RS232 serial interface for data transmission, through
7、 another testing device for data processing. Practice shows that the scheme for data management is feasible.Key words: virtual instrument; Device drivers, and the database， USB Adio亚为科技I目录第 1 章 绪论 .11.1 题目介绍 .11.2 虚拟仪器对检测数据处理的演变与发展 .11.3 主要任务 .2第 2 章 工作内容 .42.1 工作内容与实施步骤 .42.2 设计流程图 .5第 3 章 凸轮检测数据的提
8、取与存储 .63.1 凸轮检测装置 .63.1.1 检测系统的构成 .63.1.2 系统的工作原理 .63.1.3 系统的特点 .63.1.3 原始凸轮廊线计算的数值方法 .63.1.4 基本方程： .63.2 凸轮的误差分析 .73.3 函数逼近和曲线拟合 .73.4 多项式曲线拟合 .83.5 正交多项式曲线拟合 .83.6 凸轮升程 .83.7 凸轮检测的其他参数 .9第 4 章 CVI 软件设计与功能的实现 .114.1 Lab Windows/CVI 界面设计 .114.1.1 Lab Windows/CVI 的主要功能 .114.1.2 建立用户界面 .114.2 CVI 与数据库
9、 .144.3 Lab Windows/CVI 数据调用 .154.4 实现对数据库数据提取功能 .184.4.1 实现 ODBC 数据源查询、数据库查询、显示表 testres 的内容 .184.4.2 数据记录的操作 .204.5 Lab Windows/CVI 历史数据的处理 .214.6 关于 Lab Windows/CVI 应用程序 .21第 5 章 串行接口功能 设计及实现 .235.1 USB ADIO 模块的介绍 .235.2 USB ADIO 模块设计 .245.2.1 RS232 通讯协议基本结构 .245.2.2 USB ADIO 模块界面设计 .265.3 Lab Wi
10、ndowsCVI 串行接口连接 .275.4 功能实现出现的一些问题 .28第 6 章 Lab WindowsCVI 图像显示及分析 .29第 7 章 总结与展望 .32谢辞 .33参考文献 .34主要程序清单 .35CVI 操作界面部分程序清单 .35USB ADIO 模块连接程序清单： .39亚为科技第 1章 绪论1.1题目介绍20 世 纪 80 年 代 以 后 ,电 子 技 术 和 计 算 机 技 术 的 高 速 发 展 催 生 了 新 的 对 数 据处 理 的 方 法 、 理 论 和 仪 器 的 出 现 。 这 些 新 的 仪 器 技 术 在 许 多 方 面 冲 破 了 传 统 仪 器
11、的 概 念 ,测 量 仪 器 的 功 能 开 始 发 生 了 质 的 变 化 ,在 这 种 背 景 下 ,虚 拟 仪 器 应 运 而 生 。虚 拟 仪 器 借 助 于 计 算 机 的 软 硬 件 平 台 建 立 的 测 试 与 控 制 系 统 。通 过 虚 拟 仪 器 ,用 户 可 以 根 据 自 己 的 需 求 设 计 自 己 所 需 的 仪 器 系 统 并 对 检 测出 来 的 数 据 进 行 处 理 ,仅 仅 通 过 修 改 软 件 就 能 改 变 仪 器 功 能 ,以 满 足 多 种 多 样 的 应用 需 求 。 Lab Windows/CVI 是 虚 拟 仪 器 语 言 中 应 用
12、最 普 遍 的 、 最 有 代 表 性 的 软 件平 台 。 Lab Windows/CVI 以 C 语 言 为 基 础 ,采 用 图 形 化 的 编 程 方 式 ,无 须 掌 握 复 杂的 编 程 技 巧 便 可 完 成 程 序 设 计 ,操 作 简 便 却 功 能 强 大 ,能 够 满 足 用 户 进 行 数 据 采 集 、数 据 处 理 、 数 据 分 析 和 数 据 存 储 的 需 求 。设 计 具 有 高 精 度 、 灵 活 性 、 可 移 植 性 、 有 强 大 的 分 析 处 理 及 存 储 能 力 的 数 据分 析 系 统 具 有 实 际 意 义 。 通 过 对 虚 拟 仪 器
13、 的 了 解 和 研 究 ,本 文 提 出 了 基 于 虚 拟 仪器 平 台 的 凸 轮 检 测 数 据 数 据 处 理 系 统 的 设 计 。 文 中 首 先 对 虚 拟 仪 器 的 原 理 、 特 点 、应 用 进 行 了 分 析 ,在 此 基 础 上 阐 述 了 数 据 采 集 系 统 的 设 计 思 想 ,并 分 别 给 出 了 系统 设 计 的 软 件 平 台 与 数 据 调 用 和 利 用 串 行 接 口 实 现 检 测 装 置 对 Lab Windows/CVI数 据 访 问 。 软 件 设 计 在 NI 公 司 开 发 环 境 下 进 行 。 作 者 利 用 Lab Windo
14、ws/CVI 编写 了 系 统 的 应 用 程 序 ,实 现 了 包 括 数 据 采 集 、 数 据 处 理 与 分 析 、 数 据 显 示 与 存 储在 内 的 多 个 模 块 的 功 能 ,实 现 了 对 信 号 的 滤 波 等 处 理 ,界 面 直 观 。1.2 虚拟仪器对检测数据处理的演变与发展传 统 的 电 子 测 量 仪 器 、 测 试 系 统 由 信 号 采 集 、 数 据 处 理 与 分 析 和 处 理 结 果 的最 终 显 示 三 部 分 组 成 放 在 一 个 仪 表 机 箱 内 ， 这 三 部 分 都 是 用 电 子 线 路 来 实 现 的 ，即 都 是 采 用 硬 件
15、来 实 现 的 。 传 统 仪 器 经 历 了 从 模 拟 仪 器 到 数 字 化 仪 器 的 变 革 ， 随着 现 代 科 学 技 术 和 生 产 的 不 断 发 展 ， 测 试 项 目 日 益 增 多 ， 测 量 范 围 日 渐 扩 大 ， 对测 试 系 统 在 精 度 、 速 度 及 功 能 方 面 有 了 更 高 的 要 求 ， 这 就 促 使 我 们 要 不 断 的 改 进和 完 善 测 量 仪 器 和 测 试 方 法 ， 组 建 自 动 测 试 系 统 ， 使 测 试 仪 器 逐 步 向 智 能 化 、 自动 化 和 虚 拟 化 发 展 演 变 。智 能 仪 器 是 将 微 处 理
16、 器 置 入 测 试 仪 器 ， 使 其 能 进 行 自 动 测 量 ， 并 具 有 一 定 的数 据 处 理 能 力 。 它 的 全 部 功 能 都 是 以 硬 件 的 形 式 存 在 ， 并 通 过 键 盘 和 鼠 标 来 实 现 。第 2 章 工作内容3近 年 来 的 一 些 智 能 仪 器 由 于 语 音 技 术 的 应 用 实 现 了 测 量 结 果 的 自 报 功 能 ， 有的 增 加 了 触 摸 屏 功 能 ， 但 无 论 是 开 发 还 是 应 用 ， 都 缺 乏 灵 活 性 。随 着 计 算 机 技 术 、 数 字 信 号 处 理 技 术 的 进 步 ， 实 现 各 种 信
17、号 处 理 功 能 的 软 件算 法 精 度 越 来 越 高 ， 速 度 越 来 越 快 ， 在 仪 器 的 数 据 处 理 与 分 析 部 分 ， 用 软 件 代 替硬 件 成 为 可 能 ， 即 算 法 代 替 电 子 线 路 ， 能 够 实 现 传 统 仪 器 的 信 号 处 理 功 能 。 同 时 ，处 理 结 果 的 最 终 显 示 原 本 就 是 计 算 机 的 长 项 ， 这 样 吧 传 统 仪 器 的 后 两 部 分 用 计 算机 软 件 来 实 现 而 不 再 采 用 硬 件 来 实 现 ， 就 形 成 了 所 谓 的 虚 拟 仪 器 。 但 是 虚 拟 仪 器的 面 板 显
18、 示 在 计 算 机 的 屏 幕 上 ， 仪 器 的 操 作 是 通 过 鼠 标 选 中 不 同 的 按 键 和 旋 钮 来完 成 的 。 根 据 实 际 生 产 的 需 要 ， 采 用 不 同 的 软 硬 件 组 合 ， 用 户 就 能 在 屏 幕 上 定 义自 己 的 仪 器 ， 生 成 各 种 不 同 仪 器 面 板 。 传 统 的 独 立 仪 器 由 制 造 商 来 定 义 它 的 功 能 ，而 虚 拟 仪 器 完 全 由 用 户 自 己 来 定 义 仪 器 的 功 能 ， 虚 拟 仪 器 是 一 种 功 能 意 义 上 的 仪器 是 传 统 仪 器 观 念 的 一 次 巨 大 变 革
19、 ， 将 代 表 仪 器 未 来 发 展 的 一 个 重 要 方 向 。目 前 ， 虚 拟 仪 器 的 应 用 受 到 了 一 定 的 限 制 。 这 是 因 为 面 向 微 波 、 通 讯 等 领 域的 专 用 测 试 仪 器 ， 包 括 通 用 仪 器 的 高 端 产 品 一 直 以 来 是 台 式 仪 器 垄 断 着 市 场 ， 相应 的 模 块 仪 器 产 品 为 数 不 多 。 不 过 ， 近 年 来 已 有 多 家 仪 器 厂 商 正 在 研 制 、 开 发 面向 测 试 高 端 领 域 的 宽 带 、 高 速 、 复 杂 的 模 块 化 仪 器 。 由 于 虚 拟 仪 器 本 身
20、 是 以 计 算机 为 平 台 ， 具 有 方 便 、 灵 活 的 互 联 能 力 ， 随 着 通 信 技 术 、 总 线 技 术 和 网 络 化 虚 拟仪 器 的 出 现 是 一 种 必 然 。 除 了 必 要 的 硬 件 接 口 支 持 ， 虚 拟 仪 器 软 件 开 发 平 台 使 用户 可 以 借 助 Windows 系 统 远 程 桌 面 、 Lab Windows/CVI 串 口 通 信 ， 可 实 现 远 程 测试 、 诊 断 和 维 修 。1.3主要任务本 次 设 计 的 目 的 是 对 出 厂 机 械 凸 轮 检 测 出 来 的 数 据 进 行 处 理 。 设 计 中 的 凸
21、 轮检 测 是 以 盘 形 凸 轮 为 例 。 如 果 产 品 存 在 不 合 格 ， 长 时 间 运 作 会 使 电 动 机 瘫 坏 ， 甚至 使 工 作 人 员 得 不 到 人 身 安 全 。数 据 是 通 过 盘 形 凸 轮 检 测 装 置 检 测 出 厂 机 械 获 得 的 ， 并 将 数 据 送 入 微 机 RAM内 存 储 ， 进 行 转 换 。 能 够 实 现 存 储 在 Access 中 ， 并 能 通 过 Lab Windows/CVI 调用 函 数 。 然 后 通 过 波 形 图 的 比 较 ， 如 果 波 形 有 较 大 的 差 异 ， 这 时 就 需 要 工 作 人 员
22、进 行 对 机 械 的 重 新 维 修 。 最 后 利 用 USB ADIO 模 块 实 现 一 台 检 测 装 置 对 计 算 机 数据 的 访 问 并 实 现 数 据 处 理 功 能 ， 这 就 是 我 们 常 说 的 远 程 控 制 ， 这 样 就 不 必 看 着 电脑 点 着 鼠 标 。 方 便 切 快 捷 的 实 现 功 能 。亚为科技第 2章 工作内容2.1工作内容与实施步骤本 次 设 计 主 要 从 三 个 方 面 着 手 ， 第 一 是 Access 对 采 集 来 的 数 据 进 行 存 储 ，我 利 用 检 测 到 的 数 据 进 行 整 理 ， 对 两 个 数 据 进 行
23、 存 储 一 个 是 极 坐 标 的 角 度 ， 另一 个 是 极 径 。 极 坐 标 角 度 的 范 围 是 0360 度 。 利 用 参 数 公 式 运 算 ， 得 到 升ii程 值 。 将 获 得 的 数 据 存 储 到 Access 中 。对 于 数 据 库 的 存 储 ， 最 新 的 数 据 库 管 理 系 统 (DBMS)是 将 数 据 保 存 在 表 的 形 式 。通 过 记 录 和 字 段 的 表 结 构 构 成 二 维 形 式 实 现 字 段 (包 括 :记 录 称 为 行 ,称 为 列 )。数 据 库 中 每 个 表 必 须 有 一 个 唯 一 的 名 称 ， 每 个 表
24、中 字 段 也 必 须 有 一 个 唯 一 的 名 称 。每 个 领 域 都 有 其 自 己 的 数 据 类 型 ,程 序 必 须 明 确 所 有 字 段 的 数 据 类 型 ,可 以 指 定程 序 中 的 一 个 字 段 对 应 类 型 的 变 量 ,不 然 访 问 数 据 库 数 据 类 型 会 有 不 匹 配 错 误 的发 生 。 使 用 Microsoft Access 创 建 数 据 库 比 较 简 单 ,具 体 实 现 步 骤 如 下 :打 开 软件 ,创 建 一 个 空 数 据 库 ,名 为 TestData.MDB,然 后 用 表 设 计 ,创 建 一 个 数 据 库 表 。将
25、 需 要 创 建 一 个 表 的 列 名 依 次 填 在 写 字 段 名 称 中 ,如 极 坐 标 角 度 ， 极 径 。并 且 根 据 数 据 填 写 的 指 定 数 据 类 型 。 如 果 需 要 对 字 段 进 行 说 明 ,则 在 最 右 边 一 列添 加 必 要 的 说 明 文 字 。 每 个 字 段 的 属 性 有 一 系 列 需 要 设 置 ,如 字 段 大 小 、 格 式 和默 认 值 。 用 户 可 以 根 据 需 要 进 行 设 置 。 新 创 建 的 数 据 没 有 任 何 记 录 在 表 中 ,开 始测 试 后 ,测 试 程 序 获 得 的 数 据 将 填 写 相 应
26、的 表 格 中 。下 面 将 进 行 第 二 方 面 设 计 。利 用 虚 拟 仪 器 Lab Windows/CVI 设 计 出 来 的 界 面 ， 对 存 储 在 Access 中 的 数据 进 行 调 用 。 Lab Windows/CVI 并 没 有 直 接 通 过 标 准 函 数 库 提 供 数 据 库 的 操 作 函数 ， 也 没 有 在 工 具 包 中 包 含 数 据 库 的 驱 动 器 。 要 在 Lab Windows/CVI 的 环 境 下使 用 数 据 库 ， 必 须 先 安 装 CVI SQL Tookit 工 具 包 。 工 具 包 中 一 共 包 含 了 11 个子
27、 类 的 函 数 库 ， 这 些 数 据 库 编 程 API 使 Lab Windows/CVI 编 写 的 上 层 应 用 程 序 对数 据 库 的 访 问 得 以 实 现 。 对 界 面 编 程 的 具 体 步 骤 为 ：制 定 程 序 设 计 的 基 本 方 案 。 根 据 任 务 确 定 程 序 的 基 本 框 架 ， 其 中 包 括 程 序 界面 和 程 序 中 所 需 要 的 函 数 等 。创 建 用 户 图 形 界 面 。 更 具 第 一 步 制 定 的 方 案 创 建 用 户 图 形 界 面 及 回 调 函 数 名 。程 序 源 代 码 的 编 制 。 让 计 算 机 生 成
28、程 序 代 码 及 回 调 函 数 的 基 本 框 架 。 添 加 函数 代 码 ， 完 成 代 码 的 编 制 工 作 。第 2 章 工作内容5工 程 项 目 的 完 成 。 编 译 并 调 试 程 序 ， 把 头 文 件 ， 用 户 图 形 界 面 文 件 ， 源 代 码文 件 添 加 到 项 目 文 件 中 去 ， 完 成 整 个 程 序 的 编 制 。虚 拟 仪 器 将 接 收 到 信 息 ， 并 且 将 获 得 数 据 转 化 为 波 形 的 形 式 在 界 面 中 显 示 ，接 下 来 就 是 对 数 据 进 行 分 析 ， 并 设 计 出 利 用 USB ADIO 模 块 实 现
29、 计 算 机 与 检 测 装置 的 互 联 。 也 就 说 ， 通 过 一 台 检 测 装 置 ， 利 用 串 行 接 口 ， 将 计 算 机 内 的 数 据 传 输到 检 测 装 置 中 ， 这 时 的 检 测 装 置 也 能 够 实 现 数 据 以 波 形 图 显 示 。 本 人 的 计 算 机 是联 想 G470 版 ， 只 有 USB 端 口 和 VGA 端 口 。图 2-1 USB Adio 模 块2.2设计流程图本 次 设 计 的 具 体 流 程 图 如 图 所 示 ：图 2-2 设 计 流 程 图存储于access 中的相关数据一 台 计 算 机中 LabVIEW虚 拟 仪 器
30、检测设备调用数据 USB亚为科技第 3章 凸轮检测数据的提取与存储3.1凸轮检测装置3.1.1 检测系统的构成 检 测 系 统 是 由 三 部 分 组 成 ： 凸 轮 实 验 台 ； 传 感 器 ； Apple-II 计 算 机 及 输 出系 统 等 外 部 设 备 。 凸 轮 试 验 台 是 用 DY-2 型 手 工 检 测 台 改 装 而 成 。 而 传 感 器 则 包括 光 电 脉 冲 发 生 器 和 带 磁 栅 数 显 表 的 磁 尺 。3.1.2系统的工作原理凸 轮 试 验 台 输 出 的 凸 轮 角 位 移 和 从 动 件 线 位 移 Si， 通 过 观 点 脉 冲 发 生 器1和
31、 磁 尺 发 生 的 信 号 进 入 磁 栅 数 显 表 ， 得 到 凸 轮 单 位 转 角 （ 0.5） 从 动 件 位 移 量Si， 用 汇 编 语 言 编 制 的 程 序 将 数 据 送 入 内 存 储 ， 并 进 行 转 换 ， 然 后 又 输 出 系 统 间测 量 值 输 出 或 被 调 用 。3.1.3系统的特点该 系 统 与 国 内 现 有 的 检 测 装 置 比 较 ， 不 但 具 有 速 度 快 、 效 率 高 、 操 作 简 便 、不 需 要 寻 找 凸 轮 升 程 的 起 点 位 置 的 有 点 ； 而 且 测 得 的 数 据 可 存 储 在 磁 盘 中 ， 随 时可 调 用 或 进 行 处 理 。3.1.3原始凸轮廊线计算的数值方法若 被 测 盘 形 凸 轮 机 构 的 从 动 件 型 式 与 检 测 装 置 相 同 ， 即 直 动 对 心 滚 子 从 动 件 ，则 按 检 测 系 统 采 集 的 数 组 用 数 值 方 法 可 直 接 计 算 出 廊 线 和 刀 具 中 心 轨 迹 坐 标 ， 并由 绘 图 仪 绘 出 去 廊 线 图图 3-1 凸轮廊线图3.1.4 基本方程：理 论 廊 线 方 程 ：0iRSim
