基于板卡对电机堵转数据采集系统设计Word文档格式.docx

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在工业生产中，电机一般是产品中或者生产线上的关键器件，电机质量的好坏往往直接关系到产品的质量和生产线的效率。

电机的机械性能是电机测试中的一个非常重要的项目，是反映电机性能的一项重要指标。

电机的机械特性是指电压，励磁电流和电枢电阻为常量的条件下，电机的转速和电磁转矩之间的关系。

电机机械特性的测量是对电机的性能和设计具有重要的参考价值。

随着科技的发展，用户对电机提出了越来越高的性能和质量要求，相应对电机测量技术也提出了能高的要求。

基于传统的单片机的测量方法受到精度，速度以及性能方面的制约，已经逐渐被以数据采集卡和应用新兴的数字信号处理，智能控制理论和高度灵活的软件管理系统的计算机所代替。

而有时候的工作现场，若发生电机的堵转电机轴不转动，这时候若还通着电，这时候电流会急剧上升，这时候的电流叫堵转电流，一般的交流电机，调频电机，是不允许堵转的。

交流电机在堵转时候，电机的线圈的电流会瞬间变成正常工作电流的4—8倍，这样会烧毁电机而耽搁了工程的进度或任务的完成。

由此看来对电机的堵转电流的监控是非常必要的，当我们实时了解电机里的线圈电流情况。

1.2板卡数据采集国内外发展现状

将模拟信号转换为数字信号、并进行存储和计算机处理显示的过程称为数据采集，而相应的系统则为数据采集系统（DataAcquisitionsystem）。

数据采集技术是信息科学的一个重要分支，它研究信息数据的采集、存储、处理及控制等工作，它与传感器技术、信号处理技术、计算机技术一起构成了现代检测技术的基础．由于数据采集技术可以使许多抽象的模拟量数字化，进而给出其量值，或通过信号处理对该模拟量进行分析。

与模拟系统相比，数字系统具有精度高、可靠性高等优点，因此，数据采集技术的应用越来越广泛。

如温度、压力、位置、流量等模拟量，可以通过不同类型的传感器将其转换为电信号模拟量（如电压、电流或电脉冲等），再通过适当的信号调理将信号送给模拟数字转换器（ADC），使其转换为可以进一步处理的数字信号送给数字信号处理器或微处理机。

反之，数字信号处理器或微处理机可通过数字模拟转换器（DAC）将其产生的数字信号转换为模拟信号，再通过信号调理进行输出。

随着科学技术的发展和数据采集技术的广泛应用，对数据采集系统的许多技术指标，如采样率、分辨率、存储深度、数字信号处理速度、抗干扰能力等方面提出了越来越高的要求，其中前两项为评价超高速数据采集系统的最重要技术指标。

提高数据采集系统的采样率可更深入、更细微、更精确地了解物理量变化特性。

在许多应用场合，需要超高速数据采集系统来完成许多低速数据采集系统无法完成的工作。

在雷达制导方面，需超高速、高精度地大量获取目标数据，并进行实时处理以完成对运动目标的检测和识别。

在观测供电传输线上的浪涌电流时，由于浪涌的持续时间仅有几百纳秒，而电压的变化范围则可达几千伏，要精确地了解其变化过程，就需要数据采集系统有极高的采样率。

在高速电路中的毛刺捕获、火箭喷气流量的动态测试以及遥感遥测等场合均需要高速或超高速数据采集技术。

超高速数据采集技术已广泛应用在雷达、导弹、通信、声纳、遥感、地质勘探、振动工程、无损检测、智能仪器、语音处理、激光多普勒测速、光时间域反射测量、物质光谱学与光谱测量、生物医学工程等多个领域，进而不断推动着这些领域的发展。

1.3本课题主要研究的内容

经过调研考察可知，对电机造成危害的大部分是由于电机堵转电机线圈电流过大烧毁电机所致，基于研华PCI1711板卡借助PC机对电机线圈电流进行实时监控，能将实时监测的电流数值客观的准确的在PC机上呈现出来。

通过监测可以大大降低电机的损坏。

设计方案分为两部分：

第一部分：

下位机对电机线圈电流数据采集监测设计。

第二部分：

上位机接收下位机的数据采集进行分类处理设计。

2板卡PCI1711的介绍

本论文采用的数据采集板卡是研华公司生产的PCI1711板卡，该板卡是一款功能强大的低成本多功能PCI总线数据采集卡。

PCI-1711有2路模拟量输出通道，PCI-1711没有模拟量输出通道。

用户可以在PCI-1711和PCI-1711L之间选择能够满足实际需要而又节约成本的数据采集卡。

这也是我选择研华板卡PCI1711的主要原因。

下面我就详细介绍下它的一些基本知识。

2.1研华板卡PCI1711

2.1.1PCI1711概述

PCI-1711/1711L完全符合PCI规格Rev2.1标准，支持即插即用。

在安装插卡时，用户不需要设置任何跳线和DIP拨码开关。

实际上，所有与总线相关的配置，比如基地址、中断，均由即插即用功能完成。

另外，PCI-1711/1711L有一个自动通道/增益扫描电路。

在采样时，这个电路可以自己完成对多路选通开关的控制。

用户可以根据每个通道不同的输入电压类型来进行相应的输入范围设定。

所选择的增益值将储存在SRAM中。

这种设计保证了为达到高性能数据采集所需的多通道和高速采样（可达100KS/s）。

PCI-1711/1711L有1个可编程计数器，可用于A/D转换时的定时触发。

计数器芯片为82C54兼容的芯片，它包含了三个16位的10MHz时钟的计数器。

其中有一个计数器作为事件计数器，用来对输入通道的事件进行计数。

另外两个计数器级联成1个32位定时器，用于A/D转换时的定时触发。

PCI-1711/1711L提供16路数字输入和16路数字输出，使客户可以最大灵活的根据自己的需要来应用。

2.1.2PCI1711特点

①16路单端模拟量输入。

②12位A/D转换器，采样速率可达100KHz。

③每个输入通道的增益可编程。

④自动通道/增益扫描。

⑤卡上1K采样FIFO缓冲器。

⑥2路12位模拟量输出（仅PCI-1711）。

⑦16路数字量输入及16路数字量输出。

⑧可编程触发器/定时器。

2.2研华板卡PCI1711的安装

2.2.1初始检查

研华PCI-1711/1711L，包含如下三部分：

一块PCI-1711/1711LPCI总线的多功能数据采集卡，一本使用手册和一个内含板卡驱动的光盘。

在使用手持板卡之前，先释放手上的静电（例如：

通过触摸您电脑机箱的金属底盘释放静电），不要接触易带静电的材料，比如塑料材料等。

手持板卡时只能握它的边沿，以免您手上的静电损坏面板上的集成电路或组件。

2.2.2安装流程图

研华PCI-1711/1711L的安装必须严格按照安装步骤来安装，否则就会安装失败。

下图就是PCI-1711板卡的安装流程图:

图2.1板卡安装流程图

2.3研华板卡PCI1711的安装

2.3.1安装

研华设备管理器（AdvantechDeviceManager）用来配置硬件并把配置信息存储在Windows注册表中。

当调用研华设备驱动的API函数时会用到这些参数。

第一步：

开始安装前，可以在InstalledDevices看到已安装的设备。

图2.2研华设备管理器

第二步：

拖动上图中SupportedDevices列表的滚动条,选中欲安装的设备.点击Add;

会弹出指定设备的配置对话框.以下以PCL-836为例:

图2.3SupportedDevices列表

第三步：

配置完设备后,点击OK,设备就会显示在InstalledDevices列表中.

图2.4InstalledDevices列表

2.3.2设备测试程序

研华设备测试工具（AdvantechDeviceTest）是与研华设备管理器（AdvantechDeviceManager）集成在一起的。

通过研华设备管理器配置好硬件后,可以点击test按钮运行该工具。

研华设备测试工具提供了模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出及计数器的功能测试。

可以用来测试硬件设备的基本功能。

图2.5Analoginput界面

在Inputrange域中为各通道选择范围。

拖动滚动条设置采样频率。

通过上下箭头选择通道。

在测试例程中选择Analogoutput标签（以下以PCI-1710为例）。

用户可以根据需要选择自动输出的正弦波，方波，三角波；

或者手动输出单值。

图2.6波形选择界面

在测试例程中选择Counter标签（以下以PCI-1710为例）。

这里提供了事件计数和脉冲输出两个功能。

通过拖拽滚动条来设置脉冲频率。

2.4信号连接

在数据采集应用中，模拟量输入基本上都是以电压信号输入。

为了达到准确测量并防止损坏您的应用系统，正确的信号连接是非常重要的。

这一章我们将向您介绍如何来正确连接模拟信号的输入、输出以及计数器的连接。

2.4.1模拟信号输入连接

PCI-1711/1711L提供16路单端模拟量输入通道，当测量一个单端信号源时，只需一根导线将信号连接到输入端口，被测的输入电压以公共地为参考。

没有地端的信号源称为“浮动”信号源，PCI-1711/1731为外部的浮动信号源提供一个参考地。

浮动信号源连接到单端输入。

2.4.2模拟信号输出连接

PCI-1711/1711L有两个D/A转换通道，AO0-OUT、AO1-OUT，您可以使用内部提供的-5V/-10V的基准电压产生0到+5/+10的模拟量输出，您也可以使用外部基准电压AO0-REF、AO1-REF，外部基准电压范围是-10V/+10V，比如外部参考电压是-7V则输出0V到+7V的输出电压。

连接方法如下图所示：

图2.7模拟信号输出连接

2.5触发源连接

2.5.1内部触发源连接

PCI-1711/1711L带有一个82C54或与其兼容的定时器/计数器芯片，它有三个16位连在10MHz时钟源的计数器。

Counter0作为事件计数器或脉冲发生器，可用于对输入通道的事件进行计数。

另外两个counter1、counter2级联在一起，用作脉冲触发的32位定时器。

从PACER-OUT输出一个上升沿触发一次A/D转换，同时您也可以用它作为别的同步信号。

2.5.2外部触发源连接

PCI-1711/1711L也支持外部触发源触发A/D转换，当+5V连接到TRG-GATE时，就允许外部触发，当EXT-TRG有一个上升沿时触发一次A/D

转换，当TRG-GATE连接到DGND时，不允许外部触发。

3板卡对电机堵转数据采集的实现

3.1系统总体设计

本设计分为PCI数据采集卡部分，WINDOWS驱动程序部分和应用程序部分，一共3大设计模块。

其研究目标为：

1、硬件知识掌握

掌握研华PCI1711数据采集卡，其中包括数据采集卡硬件提供的总线协议、模拟信号数据采集和数字信号数据采集。

输入/输出通道的数量等一些相关内容的掌握。

2、数据采集程序编写

在WINDOWS2000/XP平台系统里。

微软推荐的驱动规范使用最新的WDM驱动技术，构造WDM类型的硬件驱动程序，其功能为识别数据采集卡，读取配置空间数据，配置PCI数据资源，编写的程序控