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基于虚拟仪器的风机检测系统设计

摘要

本文主要是基于虚拟仪器的通风机检测系统的设计。内容主要是检测系统的传感器和数据采集卡的选型和设计两个部分。传感器部分，主要介绍了传感器的选择、设计方法。数据采集卡的部分，主要是对其硬件和驱动程序设计。数据采集卡的硬件设计主要包括:多路模拟开关、A / D模数转换器、可编程逻辑控制器和USB接口芯片。

该系统操作简单、功能强大。与传统的测试仪器相比，提高了测试精度和开发效率，减少劳动强度。同时，这个系统将USB接口技术引入数据采集卡中，使输出连接即插即用、方便快捷。它可以实时采集风机性能参数，如风速、功率、温度、湿度、大气压力、静态压力、速度等。

关键词:传感器  数据采集卡  USB接口芯片  虚拟仪器

 

目 录

摘  要 I

ABSTRACT II

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2研究的目的和意义 1

1.3研究课题国内外发展现状 3

1.4 本设计主要任务 3

1.5本章小结 4

第2章  检测系统的方案 5

2.1 风机性能检测的环境参数 5

2.2风机性能检测 5

2.2.1 通风机性能检测的主要内容 5

2.2.2风机的性能参数 5

2.3通风机主要性能参数测量 6

2.3.1压力的测量 6

2.3.2流量的测量 6

2.3.3转速的测量 6

2.3.4功率的测量 6

2.3.5温度的测量 7

2.4性能参数的换算及特性曲线的绘制 8

2.4.1性能换算 8

2.4.2特性曲线的绘制 8

2.5本章小结 8

第3章  硬件系统设计 9

3.1传感器的选型与设计 9

3.1.1传感器的作用 9

3.1.2传感器的选型 9

3.2 数据采集卡设计 14

3.2.1数据采集卡组成 15

3.2.2数据采集卡主要硬件介绍 15

3.3本章小结 21

第4章 软件系统设计 23

4.1 信号调理电路系统设计 23

4.1.1 信号调理电路的组成 23

4.1.2信号调理电路的设计 24

4.1.3直流电源 24

4.2数据采集系统软件设计 26

4.2.1参数设定程序设计 26

4.2.2采集数据程序设计 27

4.2.3基于Labview软件的数据采集函数处理数据 29

4.3本章小结 35

第5章 结论 37

5.1 概述 37

5.2系统的优点 37

5.3 系统中的问题 37

5.4展望 38

参考文献 39

致  谢 41

附  录 43

 

第1章 绪论

1.1引言

风机是一种把原动机的机械能转换为气体压力能和动能流体机械，是通用机械的范畴。在当今社会，风机气力输送技术在国民经济的各个领域应用十分广泛。如冶金行业、电器行业和化工行业,风洞气垫船充气和推进,矿井通风的矿业,化工、石油、气体催化裂化内都和风机有密不可分的关系。气动播种在农业、植物保护、粮食清洁、干燥、输送和将使用风力农副产品加工、等风机气动输送系统处于核心地位,它提供了压力输送风量,有效保证了系统的有效性和可靠性。

风机的安全可靠性在生产中的非常重要。而风机的安全性及其工作效益取决于它的性能，所以风机良好的性能是保障生产安全运行、取得预期运行效益的最基本要求。因此，准确高效地测定风机性能参数、绘制性能曲线是风机研究有重要条件。

1.2研究的目的和意义

风机性能是评判产品质量、工作效率和保证工作质量的重要因素。风机性能决定着风机是否能够正常的使用运转，是能否投入生产的重要因素。所以，为了生产能正常运行，能更好的提高经济效益，促进发展，我们对风机的性能需要进行检测。性能检测也是产品故障诊断的重要前提。风机的性能决定因素有很多，所以我们需要检测的数据也是否繁杂，而且这些因素之间还会互相影响，各个参数之间也就会随之改变，影响我们对风机性能的正确检测。正确的风机性能检测测试出参数外还要绘制风机的性能曲线。

随着社会的进步，生产的发展，为了提高经济效益，减少不必要的损耗，对于仪器设备的要求也越来越越高。风机也不例外，对于这种越来越高的需求，我们只有严格要求，精益求精的提高产品质量才能满足于市场竞争。从而就引申出对于风机检测的重要性，我们只有正确的检测到风机的数据才能了解的产品。才能真正提高生产效益。

在各类生产中，风机故障事故屡见不鲜，给我们的生产带来了许多不必要的麻烦，也造成了巨大的经济损失，阻碍了生产顺利进行。为了提高国民经济，使生产高效、经济，我们必须要对风机随时随地的进行性能检测，对其进行全能监控。所以就要我们对风机进行性能测试。在测量风机性能同时,风机的运行结果、当前运行效果和相应的设计性能效果比较,是检查其否正常的指标。因此,风机性能检测对于推出新型高效产品具有重要意义。风机具有良好的性能,可以延长风机的使用寿命,提高经济效益和生产率。因此,为了实现一些主要风机的生产安全和经济效益,确保高效生产、安全生产,一定要拥有最实际的风机特性曲线。

到目前为止,尽管风机根据理论基本方程可以推导出计算性能特性曲线,但理论仍不充分,风机演算是一个困难的计算,得不到实际的特点,因此,实际的应用,都需要采用绘制特性曲线。此外,由于风机的工作环境不一样。传统的检测方法跟不上需求,因此,必须要有一套完整、高效的风机性能测试系统。

远程风机性能测试可以实现信息技术的集成,大大提高工业设备的技术水平具有非常重要的意义。使用部门购买某种类型的风机后,不需要做自己的性能测试实验,并通过其他人的测试结果来评估这个模型风机是否满足要求,这就需要数据资源共享。风机性能测试环境是复杂的,需要很多参数作为参考数据。通过测试,我们可以了解不同时期的风机特性曲线,掌握这些参数我们就能了解风机的状态。本次设计用的是虚拟仪器技术，这是一项全新的测试技术，打破了原有的检测方案，能够更加方便、快捷、准确的测量出风机的性能参数。 

网络化虚拟仪器技术是一种先进的技术领域的测量和控制,克服了传统虚拟仪器PC为核心,硬件资源不能共享的缺点，基本实现了远程测试系统。为了适应现代测试技术的要求,技术性能满足风机测试,提高测试过程的稳定性,提高测试精度和测试效率,使用虚拟仪器技术的虚拟仪器开发平台,形成一个风机的性能自动测试与分析系统。这不仅简化了计算机之间的数据传输,而且基于虚拟仪器技术的测试系统经济成本低、测试准确度高、操作简单可靠。所以这种测试系统在国际市场占有极高的地位，是未来市场和生产中的重要开发系统。

本文介绍了虚拟仪器技术在各方面的应用，风机检测采用了全新高能的检测技术。选择最为匹配的精良设备，设计研发的一套操作简单、准确性高、方便快捷的风机性能测试系统与网络化虚拟仪器技术相结合，实现网络共享的测试数据，应用教学操作简单，可广泛的在生产中应用，可以大大提高测试设备的使用。同时对风机设备精密诊断和在线故障诊断系统提供了有效的技术支持，设计和制造的风机,定期安全检查和安全经济运行的工业和农业生产具有现实意义。

1.3研究课题国内外发展现状

在各类生产当中,风机为工作者提供了良好的工作条件，保障了生产安全性、高效性。但目前,在许多生产中通风系统形势不容乐观,很多通风系统仪器设备落后,老化严重，性能低下，时刻威胁着工作者的生命安全和生产的顺利进行。因此,必须进行有效的风机的性能检测,确保通风设备的安全运行，保障工作者的安全，提高生产效率。

就现在我国在风机应用领域的应用状况不容乐观，在各技术、硬件设备方面都存在着各种问题。这些问题一直以来都是我国生产方面对于风机应用领域的通病，完全无法满足生产和市场的需求。硬件和技术的落后是一个十分的严重的问题，这需要我们不断的去创新、改进，研发更好的检测技术。 

使用通风机机的性能测试主要是手工测量,该方法测量精度和效率较低,无法实现实时监控。其性能测试平台是使用压力表、风速计、温度计、湿度计、功率、速度计测量仪器部门相关的参数,通过后期的计算,再次性能曲线数据,整个测试过程需要更长的时间,有不稳定的人为错误。所以设置各种功能测试设备为一体,探测范围可调自动测试系统,是其发展的必然趋势。

1.4 本设计主要任务

本论文主要对检测系统硬件进行分析设计，其主要解决的问题有：

1． 传感器的设计和选型

  分析风机性能测试的基本原理,测试选取与风机一一对应的传感器的性能参数。其中包括：风速、温度、湿度、大气压力、相对静态压力(负压)、轴功率和速度等。在选择传感器时,不仅要考虑到系统精度要求,还要考虑它的价格,同时也要考虑他们的工作环境。

2 .信号调理电路的设计

  在信号调节电路的设计,主要考虑是否需要选择的传感器加电源,如果需要则通过电路设计提供相应的电压。也要考虑外界的干扰,是否需要加入过滤或离开消除干扰隔离电路。

3. 数据采集卡的设计

首先确定每个组件的数据采集卡。主要包括:多通道开关、A / D转换器,接口芯片和控制芯片(CPU)。对于多通道开关的选择根据所需的通道数量来确定。和A / D模数转换器的选择要考虑转换时间,转换精度等接口芯片来确定需要考虑性能和计算机接口的问题。控制芯片要考虑系统的需求及其效率和价格等。

4.数据采集系统软件设计

只要确保USB接口方案和USB2.0接口的设计模块，A / D转换模块设计，数字I / O模块设计，复杂的大规模可编程集成电路(CPLD)设计，电源设计等等。

1.5本章小结

本章主要介绍了风机测试系统的背景和意义,对风机测试系统在国内外发展的一些现状做了介绍，也说明了本次设计的主要任务。

 

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