全自动洗衣机控制器设计 开题报告.docx
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全自动洗衣机控制器设计开题报告
第一章文献综述
1.1洗衣机的国内外现状
随着洗衣机质量不断提高和居民购买能力的增强，洗衣机行业迎来了成熟期之后市场需求的提升。
人们在注重产品品质和价格的同时，对产品外观和功能的要求也越来越高[1]。
目前，国内外大部分洗衣机的外观都相差不大，只有中外合资企业LG、三星、松下、惠而浦、东芝、夏普等的外观较为独特。
近年来，许多新技术和新工艺应用于洗衣机上，例如：
离心原理应用、无离合器技术、波轮与内桶一体化技术、无孔内桶技术等等。
目前国内外洗衣机技术主要表现在以下几个方面[2]：
①外观造型方面
亚洲风格：
荣事达和日本的圆弧流线型设计。
亚欧结合：
方形透明视窗，洗衣一目了然，拱形箱体设计，美观大方、结实牢固、增大内部活动空间，防振抗振效果更佳。
新概念外观，彩色化设计：
不锈钢波轮，汽车用超豪华漆，打破家电黑白框框，更符合家居装饰化。
②生产工艺方面
采用VFD（真空荧光显示）技术在黑暗的场所也清晰可见。
全塑外壳，减振树脂外壳，箱体与底座连成一体。
面贴与面板一次成型，牢靠、美观且耐用。
③内部水流方面
喷淋喷射网络水流：
从上下左右，四面八方彻底搓洗衣物，不漏掉一点污渍，不缠绕不打结，减少衣物摩擦。
组合波轮，喷泉式循环水流：
由外围大波轮形成旋转大循环水流和中间小波轮形成的向上冲击水流组成。
组合波轮的洗衣机由大波轮产生混力水流，由无孔内桶形成独特的上下水流。
松下龙瀑布水流：
水流从四个瀑布口强力喷射而出，宛如四龙腾飞。
龙瀑布洗衣机打破了普通瀑布水流的固有模式，当波轮运转时，水流被吸纳入特殊设置的循环水道口，沿循环水道迅速爬升，从上下四个瀑布口强力喷射而出，形成强劲的上下两组对流式瀑布水流，从不同方位立体洗涤衣物，里里外外洗净衣物，同时降低了衣物的缠绕。
松下双瀑布立体循环水流：
促成上下水平揉搓的洗涤方式，特宽型双瀑布，内槽上端两处不断循环强力注水，形成两个形似瀑布的特宽水流。
强劲水柱：
从底部中央喷出来的强劲水柱，产生三维多循环水流，改善了洗衣过程中衣物往中心集中，互相打结的现象；减少了衣物与波轮的摩擦，并具有古代棒打洗衣原理，强力捶打衣物。
④洗涤方面
波轮洗：
波轮式洗衣机主要流行于以日本、中国为代表的亚洲国家；在国内市场，全自动洗衣机绝大部分是波轮式；波轮式洗衣机的特点：
洗净度高、磨损率较高、均匀度较好、缠绕多、耗水多、耗电少等特点。
典型机是松下XQB52—21C洗衣机，其离心洗涤原理是通过内桶每分钟10000转运转，使衣物紧贴桶壁，产生离心高速穿透水流，彻底去污。
全面兼容滚筒式与波轮式洗涤优点是洗衣不缠绕、不磨损、不变形。
搓揉洗：
波轮与脱水桶同时反向转动，像双手搓洗一样搅动衣物，典型机是海尔XQB52—6l，荣事达XQB46—636G。
无孔速洗：
节水不磨损。
技术进步和用户个性化需求是促进全自动洗衣机发展的两大动力，将全自动洗衣机的设计和制造能力提高到新的水平[2]。
目前洗衣机行业竞争有l1个焦点：
洗涤方式、材料、显示、驱动、外观结构、进水方式、控制方式、水流方式、加工工艺、洗涤容量和色彩[8]。
1.2洗衣机的研究方向
现在的洗衣机真的是多种多样，在很多大城市，双缸洗衣机购买的人已经是越来越少了，滚筒洗衣机和波轮洗衣机将成为市场的主流，使用洗衣机就是图个方便省力，现在的全自动洗衣机都符合人们的要求。
那么洗衣机还会怎样进步或发展呢？
归纳起来，有如下几个趋势[5]：
高度自动化：
现在洗衣机越来越高度自动化，只要衣服放入洗衣机，简单的按两个键，就会自动注水，一些先进的电脑控制洗衣机，还能自动的感觉衣物的重量，自动的添加适合的水量和洗涤剂，自动的设置洗涤的时间和洗涤的力度，洗涤完以后自动的漂洗甩干，更有些滚筒洗衣机还会将衣物烘干，整个洗衣的过程完成以后还会用动听的音乐声提醒用户，用户可以在洗衣的过程做其它的事，节省了不少的时间。
总之，每一项技术的进步部极大地推动了洗衣过程自动化程度的提高。
健康化：
现代人对健康格外的重视，对洗衣机也提出了更高的要求，有的洗衣机厂家采用纳米内桶，减少污垢附着，有的洗衣机设置有改进型漂洗程序，彻底漂净衣物上残留的洗涤剂，防止对人体的侵害。
还有一些洗衣机采用臭氧进行杀菌，达到彻底灭菌的目的。
节能：
节能也是用户选择洗衣机时考虑的问题，有些洗衣机具有洗涤剂循环利用系统，可以将在外桶到排水泵之间浓度较高的洗涤剂通过循环水流带回外桶内，循环使用可以节约20%的洗涤剂。
有的洗衣机采用专利的无孔内桶省水，普通的波轮洗衣机在注水的时候，内桶与外桶之间也有大量的水，洗涤的时候内桶外的水就浪费了，而无孔内桶只有内桶有水，这样可以充分的利用洗衣机内的水，注水的时候比其它洗衣机少使用40%的水量，同时也可以节省洗涤剂和省电。
大容量和微型化：
现代人居家总希望有宽敞的空间，因此各厂家都推出了超小型或超薄型的洗衣机，比较有代表性的有小鸭的迷你滚筒洗衣机，海尔的小小神童波轮洗衣机，惠尔浦的维纳斯系列上开门立式滚筒洗衣机，西门子的40厘米超薄滚筒洗衣机满足了人们对占地空间的要求。
品种多样化：
从洗涤形式上分波轮式、滚筒式洗衣机，从洗涤容量上自2公斤到7公斤有很多等级，高中低档洗衣机在功能上，还有很多不同，品种多样化的洗衣机满足了不同偏好的消费者的需求[6,11]。
1.3进展情况
随着社会物质文明的发展，人们的生活质量日益提高，家电产品的高品位已成为人们生活追求的热点，其中，人们对洗衣机的要求具体表现在，要求洗衣机在洗净率高的同时，还要求整机装配安全可靠，运行自动化程度高，工作状态下的振动和噪音更小[5,6]。
目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，其中以全自动滚筒洗衣机为代表受消费者喜爱。
全自动滚筒洗衣机是依靠热力、机械力、化学力去除衣物上的灰尘，以其特有的洗涤方式，对衣物较小的损伤和可以加热消毒等优势而深受消费者喜爱[3,4]。
1.4存在的问题
虽然目前洗衣机有了较快的发展，但在许多方面还不能达到人们的需求。
目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，并且其较大的振动一直困扰洗衣机生产厂家的一个难题[4]，由于洗涤衣物在滚筒中的不均匀分布，形成旋转偏心负载，便产生了周期作用的激振力，从而导致洗衣机产生振动，尤其是在高速脱水阶段，洗衣机的振动问题更加突出，这个问题直接影响了洗衣机的质量的提高，限制了洗衣机进一步向高转速发展[9，10]。
这些存在的问题，需要设计者们有更高的专业和技术水平，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机[7]。
参考文献
[1]王春刚.洗衣机的特点及原理[M].北京：
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[2]李斌.家用电器时尚消费[J].中国家用电器研究所，2002:
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[3]邓海，陈惠宝.全自动洗衣机的噪声控制研究[J].上海:
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[4]刘庆亮.滚筒洗衣机的振动分析[D].天津：
天津大学，2002:
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[5]陈爱和.家电噪声也伤身[J].中国科技产业，2006（6）:
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[6]H,P，Zenner，V，struwe，G，schuschke.HearingLosscausedbyLeisureNoisure[J].HNO,1999,47:
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[7]钱静.洗衣机振动模型及其动态特性分析[D].无锡:
无锡轻工业大学，1999:
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[8]申秀敏，左言言.洗衣机机箱模态试验研究[J].家电科技，2004,6（4）：
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[9]吴君力.国外家电降噪技术和分析方法简述[J].家用电器科技，1994（4）：
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[10]王志伟.全自动洗衣机减振降噪声技术研究报告[J].无锡轻工业大学学报，1997,26
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[11]Shelley,Tom.Designideasmakesavings[J].Eureka,2006,26（8）：
41.
第二章开题报告
2.1选题的背景与意义
2.11背景
1932年，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。
这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步[1].
第一台自动洗衣机于1937年问世。
这是一种前置式自动洗衣机。
靠一根水平的轴带动的缸可容纳4000克衣服。
衣服在注满水的缸内不停地上下翻滚，使之去污除垢。
到了40年代便出现了现代的上置式自动洗衣机。
随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。
首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物[9]。
1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。
至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。
60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。
70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。
70年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。
80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚……
90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。
此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。
之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。
伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式[1]。
2.12意义
随着社会物质文明的发展，人们的生活质量日益提高，家电产品的高品位已成为人们生活追求的热点，其中，人们对洗衣机的要求也越来越高。
全自动洗衣机自问世以来便被普遍看好，上个时代就盛传全自动时代即将来临。
可是时至今日，全自动洗衣机依然深受消费者喜爱，占据不小的市场份额。
目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，其中以全自动滚筒洗衣机为代表受消费者喜爱[3]。
虽然目前洗衣机有了较快的发展，但在许多方面还不能达到人们的需求。
目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，要求设计者们有更高的专业和技术水平，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。
因此，对全自动洗衣机的控制设计具有重要的意义[2]。
2.2设计研究的基本内容与拟解决的主要问题
2.21研究的基本内容
本设计采用物美价廉的单片机AT89C51为控制核心,设计一个具有显示时间功能，洗衣的全自动功能和声音提示功能的全自动洗衣机定时控制系统。
系统可以通过程序来调整洗涤定时和电机正反转的时间。
系统主要由单片机AT89C51最小系统，串口驱动数码管显示，洗衣的洗涤过程的定时控制，直流电机的控制，四个模块组成。
本设计只设计了全自动洗衣机的基本功能,其他的一些功能可在原有的基础上扩展升级,使全自动洗衣机能更加智能化,更加完善.
由于AT89C2051的引脚少，内存容量不大，所以，所控制的洗衣机的功能有一定的限制，但是，由于洗衣机的基本功能是对衣物的洗涤，所以，关键在于进行洗衣程序的控制。
从这一角度出发，对洗衣机的功能进行分析，设计的全自动洗衣机的功能有：
具直流驱动方式；时间显示功能；声光显示功能。
本设计研究的基本内容，总的来说是分为四个部分：
（1）根据基本技术和单片机知识，初步设计洗衣机的基本框架。
（2）根据所学的知识，完成全自动洗衣机的基本功能。
（3）根据需求，进行逐步剖析各分机构，逐步完善。
（4）系统整理的组合，调试和相应性能的测试。
2.22拟解决的主要问题
（1）全自动洗衣机的设计流程。
（2）选择适合软件程序的以及相关硬件。
（3）线路的设计以及元器件的选择。
（4）在编程软件下实现各模块的编程设计、信息通信以及整体的软件编程设计。
（5）硬件实物的焊接和调试电路。
2.3研究的方法与技术路线
2.31研究的方法
本设计是关于全自动洗衣机控制系统设计，通过相关资料的查阅，现对全自动洗衣机系统原理框图设计如下图2.3（a）所示。
图2.3（a）洗衣机系统原理框图
以单片机AT89C51最小系统为核心，主要连接着三大模块，洗衣的定时控制，串口驱动数码管时间显示和直流电机的控制。
其中P0.0-P0.3分别控制全自动洗衣机的洗衣的进水，洗涤，放水，甩干功能。
当P0.0-P0.3的某个端口为低电平时，因另一端接有高电平，其所连接的对应的LED灯会亮，进而显示正在哪一阶段。
单片机通过串行口扩展2个并行口接2位数码管组成显示电路。
单片机通过RXD和TXD端口的发送和接收来控制数码管的显示时间功能。
单片机通过对P3.5和P3.6端口的高低电平的设置来控制直流电机的正反转。
当洗衣结束时，设置P3.7为高电平，蜂鸣器鸣声，提醒洗衣结束。
本设计利用单片机提供的定时器方便的设计出洗衣机所需的定时器。
为方便起见，仿真定时电路设定三段定时时间，并用三个LED发光二极管表示进水、洗涤、放水、三个环节的定时控制。
其中如某个发光二极管亮，说明相应的功能正在定时工作，当这个发光二极管灭灯了，这说明相应的定时已到，这段定时控制的工作停止，随之转入下一段定时控制环节的工作。
定时器控制的PROTUES仿真电路图如下图2.3（b）所示。
图2.3（b）定时器控制的PROTUES仿真电路图
下面介绍关于直流电机的控制设计的方法，图2.3（c）所示是一种常用的直流电动机控制电路，采用三极管电流放大驱动电路。
D端控制转向，PWM端控制转速。
只要控制D和PWM的电平就可以控制直流电机的正转、反转和停转。
在D电平确定（高或低）的情况下，若输入PWM端的电控信号是脉冲信号，则可以通过脉冲信号的占空比控制电机的转速。
图2.3（c）直流电机的控制电路
2.32技术路线
本设计的技术路线，本人分为四个部分来完成：
1．参阅相关产品的技术资料，如洗衣机的设计方法等，拟确定各结构设计方案，从而能实现洗衣机的功能。
2．要从各种方案中选择合适的方案，分析出各方案的优缺点，综合优化各种设计方案，从而确定出本次设计的最后设计方案。
3．要完成洗衣机各个功能模块的设计与校核。
4．在实验室进行测试，分析数据，调节电子元器件的参数和软件编程。
2.4研究的总体安排与进度
1.第1周：
落实毕业设计任务，明确工作内容，部署毕业设计各项工作。
2.第2周：
查阅与课题相关的文献，阅读并进行归纳、总结，写出文献总述报告。
3.第3周：
根据任务，查阅与课题相关的外文专题论文或外文专著，阅读并译成中文，完成外文文献翻译。
4.第4周：
根据任务，查阅相关技术资料，确定课题初步的总体设计思路和方案，书写开题报告。
5.第5～7周：
在PROTUSE仿真软件上完成各模块的硬件设计。
6.第8～10周：
各模块的软件设计，系统软件的设计编程。
7.第11～12周：
系统调试、测试、修改与完善。
8.第13～14周：
整理资料，撰写毕业设计论文
9.第15周：
制作答辩PPT讲稿，做好毕业答辩各项准备工作。
2.5参考文献
[1]王春刚.机的特点及原理[M].北京：
农村读物出版社，2002:
9-18.
[2]申秀敏，左言言.衣机机箱模态试验研究[J].电科技，2004,6（4）：
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[3]王志伟.自动洗衣机减振降噪声技术研究报告[J].锡轻工业大学学报，1997,26
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[4]Shelley,Tom,Designideasmakesavings[J],Eureka,2006,26（8）：
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[10]崔华，蔡炎光．单片机实用技术[M]．北京：
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[11]于晓东.单片机原理开发与应用实例[M].中国电力出版社，2008:
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第三章外文翻译稿
基于自动测试系统的直流电机便携式洗衣机设计
程建龙，会员，电力电子技术，电气工程部门，
电力机械工程，云林虎尾,台湾632号,
电子邮箱：
clcheng@nfu.edu.tw
摘要
对于便携式洗衣机，测量和检查直流电机是非常重要的因素。
自动测量和检查直流电机能节约很多时间及提高识别精度，非常有助于保持产品的高性能，。
本文提出了一种基于LabVIEW强大设计的自动检测平台。
LabVIEW能进行数据的监控和采集。
电机参数是通过运用LabVIEW来记录和分析的。
因此，带有高性能自动检测的直流电动机可通过这个平台实现和发展。
关键词:
LabVIEW;机;动
3.1简介
有些参数，包括的暂态电流，稳定电流，温度，直流电动机的耗散功率等，和电机的属性有着密切的关系。
在电机被安装之前，检测电机是非常必要的。
本文提出了一种自动检测平台，由Chi-Yu开发公司生产出的直流电机便携式洗衣机。
借用平台,自动质量控制可实现，节省了使用者很多时间。
便携式洗衣机和重点组件电机如图3.1所示。
图3.1便携式洗衣机和直流电机
3.2实现方法
3.21系统概述
在本文中，LabVIEW系统（虚拟实验室数据系统仪器平台）应用于工程自动检测和便携式洗衣机检测。
它可以简化成速度自动检测的发展检测平台。
因为LabVIEW有强大的接口支持,如果有一个基于LabVIEW的光学仪器系统就可以很容易地建立。
在这个平台上，重要参数的分析,包括短暂态电流，稳定电流和温度，都可以通过测量和分析来对电机质量的控制。
图3.21显示了自动测量整体系统检测平台。
整个系统包含两个部分,硬件系统和软件系统，LabVIEW有效的结合了硬件系统和数据软件系统。
图3.21自动测量整体系统检测平台
3.22硬件系统
图3.22显示的是一个硬件开发系统平台。
相关的传感器组件是用来感应相关参数，如瞬态电流,稳定电流与气温等等，感应到的信号将发送给电脑通过数据收集（数据采集卡），然后测量数据，通过分析并在LabVIEW的显示器上显示。
信号采集电路框架如下所示：
图3.22硬件系统的平台
（a）继电器开关
图3.2（a）显示了测试电机和采集卡之间的连接电路。
继电器通过数据采集卡控制开关，当一个5V从数据收集卡被送到继电器开关时，测试电机就会连接到直流源开始自动测量。
图3.2（a）测试电机和采集卡之间的连接电路
（b）霍尔传感器
霍尔传感器对于非接触的电流测量是非常方便的。
这种霍尔传感器是用半导体材料制成的,应用于磁测量电流霍尔效应。
霍尔传感器被广泛用于检查磁场及其变化。
它有体积小、功率小、重量轻、寿命长、带宽高的优点，具有较强的结构。
霍尔传感器的规范特征如表3.2所示。
表3.2霍尔传感器的规范特征
图3.2（b）显示了霍尔传感器的放大器电路。
从霍尔传感器发出的遥感数据通过放大器电路进行适当的放大，然后被发送到数据采集卡。
图3.2（b）霍尔传感器的放大电路
（c）温度测量
直流电机的工作温度测量是通过HIOKI3444来完成的。
HIOKI3444是精确的温度非接触式计米器，实测温度数据送到采集卡，然后模拟输出电缆。
这实测数据是在监控里进行记录的。
温度采集的结构如图3.2（c）所示。
图3.2（c）温度采集的结构
（d）数据采集系统
DAQ（数据采集）系统是模拟同时测量直流电动机的数字化数据。
这数字化数据是通过LabVIEW记录和分析的，该命令还通过数据采集开关发送到继电器输出端口，这样继电器开关就能控制和正常运作。
图3.2（d）显示了采集输入/输出端口和当前的传感电路之间的连接电路。
图3.2（d）实际电路布线图
3.23软件系统
LabVIEW是来自美国国家仪器的一种图形化编程语言，它比传统程序设计语言更容易编程。
LabVIEW是基于该数据流组成方案[5-7]，该决定操作顺序和相互作用的数据流都是非常重要的。
强大的功能，包括友好的人机界面，良好的数学仪器操作和出色的仪器支持，对于设置自动测量和检测平台是非常有用的。
因此,准确的实验结果是可以实现的。
LabVIEW程序结构也被称为虚构的仪器,一个标准的VI包含三部分描述如下：
①前面板
前面板被认为是真正的“控制面板”仪器。
其提供了许多可供选择控制指标的物体,比如旋钮﹑按键﹑开关﹑图形和其他输出和输入组件。
当一个值设置输入控制相应的输出结果便可以观察到编程框图。
②编程框图
每一个前面板对应的编程框图称为VI程序，框图的编程元素是图标。
图标之间的连接线连接的数据通信。
③图标和连接器
当VI定为子VI时，它需要一个连接器为图标发送数据。
虚拟的仪器窗口显示一个可编辑的图标。
这连接器是介于虚拟仪器和外部之间的。
每一个长方形的块分别代表一个终端。
它可以代表一种输入或输出端相应的虚拟仪器。
软件系统自动测量和检测平台的建立和描述将在下面的章节中讨论。
（a）数据采集
数据采集系统数字化模拟测量直流电动机的数据，一系列的直流电机可以通过A/D转换频道进行审查。
适当的抽样模式、采样率等，被VI框图分配。
在本文中，一些重要参数，包括瞬态电流、稳定电流和电机的温度都进行了测试和分析。
图3.23（a）显示了自动测量和检测平台的编程框图。
图3.23（a）自动测量和检测平台的编程框图
（b）数据操作
从A/D管道来的实测数据是在特定VI循环语句框图里处理的。
数据操作是在循环语句的编程框图中进行的。
输入条件必须符合前面板的限制。
编程块图的数据操作是显示在图3.23（b1）中，图3.23（b2）显示了温度数据在特定的循环语句中处理的VI框图。
图3.23（b1）编程块图的数据操作
图3.23（b2）温度传感器的编程框图
（c）数据指标
在指定的条件下，前面板结果显示来自于框图图形和表格统计，这样就很容易观察了解到结果。
图3.23（c1）显示了瞬态电流测量直流电机的图表。
图3.23（c2）显示了直流电机的记录单。
统计数据也可以做成了Excel文件为未来的产品跟踪。
图3.23（c3）表示数据记录单，图3.23（c4）显示警告指示器。
当电机稳恒电流超过额定限制时,就会立即出现警告信号，它有助于直流电机的质量监控。
图3.23（c1）直流电机的瞬态电流图表
图3.23（c2）记录的数据表上的各种参数
图3.23（c3）Excel记录数据记录单
图3.23（c4）警告信息的电流图
3.3实验结果
图3.3（a）和图3.3（b）显示准确的实验瞬态电流和稳定的电流波形。
从自动测量平台看，测量结果和实验结果相吻合。
结果表明:
自动测量平台具有优良的性能。
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