1、沈 陽 工 程 學 院課 程 設 計設計題目：基于Labview的智能電能表的設計系 別 自動化學院 班級 止沈陽工程學院課程設計任務書課程設計題目：基于Labview的智能電能表的設計基于Labview的智能電能表的設計1.設計主要內容及要求；基于DAQ的單項復費率智能電能表的設計1）波形來自外來的信號發生器（信號發生器一臺）2）通過DAQ采集此信號（波形采集）來模擬單項智能電表的接入端3）主界面要求為一個典型的智能電能表界面，各個功能應該均具備。4）結合DAQ采集到的信號進行電能的計量功能。2.對設計論文撰寫內容、格式、字數的要求；（1）課程設計論文是體現和總結課程設計成果的載體，一般不應

2、少于3000字。（2）學生應撰寫的內容為：中文摘要和關鍵詞、目錄、正文、參考文獻等。課程設計論文的結構及各部分內容要求可參照沈陽工程學院畢業設計（論文）撰寫規范執行。應做到文理通順，內容正確完整，書寫工整，裝訂整齊。（3）論文要求打印，打印時按沈陽工程學院畢業設計（論文）撰寫規范的要求進行打印。（4）課程設計論文裝訂順序為：封面、任務書、成績評審意見表、中文摘要和關鍵詞、目錄、正文、參考文獻。3.時間進度安排；順序階段日期計 劃 完 成 內 容備注19月9日教師講解題目，學生查閱相關資料29月10日進行方案論證，確定程序流程，熟悉NI-DAQ使用方法39月11日-17日程序設計49月18日調試

3、程序59月19日撰寫論文，成果驗收沈 陽 工 程 學 院Labview 課程設計成績評定表系（部）： 測控技術與儀器 班級： 測控本111班 學生姓名： 潘璐指 導 教 師 評 審 意 見評價內容具 體 要 求權重評 分加權分調研論證能獨立查閱文獻,收集資料；能制定課程設計方案和日程安排。0.15432工作能力態度工作態度認真，遵守紀律，出勤情況是否良好，能夠獨立完成設計工作， 0.25432工作量按期圓滿完成規定的設計任務，工作量飽滿，難度適宜。0.25432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，符號統一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規范。0.55432

4、指導教師評審成績（加權分合計乘以12） 分加權分合計指 導 教 師 簽 名： 年 月 日評 閱 教 師 評 審 意 見評價內容具 體 要 求權重評 分加權分查閱文獻查閱文獻有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力0.25432工作量工作量飽滿，難度適中。0.55432說明書的質量說明書立論正確，論述充分，結論嚴謹合理，文字通順，技術用語準確，符號統一，編號齊全，圖表完備，書寫工整規范。0.35432評閱教師評審成績（加權分合計乘以8）分加權分合計評 閱 教 師 簽 名： 年 月 日課 程 設 計 總 評 成 績分V基于Labview的智能電能表的設計中 文 摘 要虛擬儀器技術的實質是利用最新的計算機

5、技術來實現和擴展傳統儀器的功能，在許多方面具有傳統儀器所沒有的優越性，在實驗教學和工程領域具有極大的應用潛力。現代生產要求電子儀器品種多、功能強、精度高、自動化程度高，而且要求測試的速度快、實時性好，具有良好的人機界面。虛擬儀器正好可以實現這些要求。在電子實驗中使用多種儀器，如信號發生器、萬用表、頻率計、示波器等，如果能把它們都設計成虛擬儀器，利用計算機來提高儀器的集成度，減少實驗匹配的儀器的種類、數量和實驗室面積，便能從根本上改變實驗室的面貌，克服傳統測量儀器單一功能的缺點。虛擬儀器的軟件是其最核心、最關鍵的部分，其主要功能是對硬件執行通信和控制，對信號進行分析和處理，以及對結果進行恰當的表

6、達和輸出等。此次課程設計是應用labview這一軟件對電能表進行設計仿真設計，此次課程設計利用labview的DAQ對外部的電壓信號和電流信號進行采集，然后通過LABVIEW軟件程序的設計對輸入的數據對其進行處理，通過對電壓信號處理，取得電壓的有效值，對電流的處理，將所得的數據進行轉換后，電壓和電流相乘，從而得到電能消耗的功率，然后將此數據和消耗的時間相乘，就得到了所消耗的電能，通過將電能的單位轉換為電度，乘以電費的單價，就得到所需要交納的電費。關鍵字：LABVIEW,DAQ,電壓,電流目 錄中 文 摘 要V1 設計任務描述11.2 設計要求11.2.1 設計目的11.2.2 基本要求12 設

7、計思路23 設計方框圖34 各部分電路設計44.1電壓44.2 電流54.3時間54.4功率64.5電能74.6電費75 工作過程分析85.1 設計中的程序結構86 元器件清單117 主要元器件介紹127.1 LabVIEW簡介127.2 DAQ數據采集卡147.3 模擬示波器15小 結16致 謝17參考文獻18附 錄19 1 設計任務描述1.1 設計題目：基于Labview的智能電能表的設計1.2 設計要求1.2.1 設計目的(1) 掌握Labview的原理以及使用方法；(2) 熟悉DAQ采集方法。1.2.2 基本要求1）波形來自外來的信號發生器（信號發生器一臺）2）通過DAQ采集此信號（波

8、形采集）來模擬單項智能電表的接入端3）主界面要求為一個典型的智能電能表界面，各個功能應該均具備。4）結合DAQ采集到的信號進行電能的計量功能。2 設計思路此次課程設計的題目為基于Labview的智能電能表的設計，主要是通過對Labview對電能表進行仿真設計。由Labview的DAQ助手對計算機外部的信息進行采集，將信息輸入到Labview軟件內，應用Labview軟件對信息進行處理。此次課程設計是對電能進行測量，對電能的測量即對功的測量，對功的測量需要對元件的消耗功率進行測量，對消耗功率測量，則需要將元件的電壓電流進行測量，則需要DAQ對外部的電壓、電流信息進行采集，通過計算機的輸入端口輸入

9、信息，從而可以得到外部元件的電壓電流信息。本次課程設計分為三個模塊，分別為電壓測量模塊、電流測量模塊、電費計算模塊。這些模塊將電能進行測量。電壓測量模塊：此模塊對電壓電流信息處理。對于電壓信息，需要將電壓的幅值、頻率、有效值等進行測量，電壓信號通過計算機外部端口輸入到計算機內部，通過Labview軟件對其進行測量，電壓信號進入計算機后，Labview軟件通過DAQ此接線端子接入軟件內部，由此對DAQ助手設置接受的信號類型及輸入的通道，對于電壓信號，將DAQ設置為模擬電壓信號，所以DAQ輸出的是電壓信號，通過Labview內部的工具單頻測量，對電壓進行測量其幅值、頻率、相位、有效值進行測量，并通

10、過前面板對其進行顯示，而測量得到的有效值對下面的電能測量提供信息。電流測量模塊：此模塊將對電流進行測量，由于電能測量需要對其消耗功率進行測量，即對其電壓電流進行測量，所以還要對電流進行測量。電流信號也需要通過計算機的外部端口輸入到計算機內部，并通過Labview內部的DAQ助手將其引入到軟件內部，將DAQ設置為模擬電流信號，則DAQ接入程序內部為模擬的電流信號，通過對電流信號處理后，將它和電壓數據相乘，側得到了相應的消耗功率。電費計算模塊：此模塊是將用戶消耗功率轉換為該月所用繳納的電費，所以要對消耗功率進行計算和轉換。由上面兩個模塊所得到的電壓電流數據相乘得到消耗功率，乘以所用的時間，就得到了

11、所消耗的電能，此時得到的電能單位為焦耳，而我們實際生活所用的電能單位為度，即KW.H，需要將所得的電能除以3600000，從而得到了該用戶所用的電度，然后再乘以每度電的價格，就是該月所需要交納的電費。3 設計方框圖時間 時間電壓 電流 功率 電能 單價 電費4 各部分電路設計4.1電壓圖4.1電壓程序圖圖4.2電壓程序圖電壓程序圖設計方法 當電壓為交流電壓時，程序為真，測量出交流電壓的幅值、相位、頻率等；當電壓為直流電壓時，程序為假，直接輸出電壓。4.2 電流圖4.3電流程序圖圖4.4電流程序圖電流程序圖設計方法當程序執行真時，電流是由隨機數組成；當程序執行假時，直接產生電流。4.3時間圖4.

12、5時間程序圖 圖4.6時間程序圖圖4.7時間程序圖時間程序圖設計方法時間程序為記錄用電時間而設計的，每個月的電能存在文件夾中。4.4功率圖4.8功率程序圖功率程序圖設計方法 輸出的電壓值與電流值相乘得到相應的功率值4.5電能圖4.9電能程序圖電能程序圖設計方法 輸出的功率值與時間相乘得到相應的電能值。4.6電費圖4.10電費程序圖電費程序圖設計方法 輸出的電能值與電費的單價相乘得到相應的電費。5 工作過程分析5.1 設計中的程序結構程序設計中只運用了一種程序結構：條件結構。條件結構在編程時，將外部控制條件連接至選擇端口，程序運行時選擇端口會判斷送來的控制條件，引導選擇結構執行相應框架中的內容。

13、選擇條件端口的外部控制條件的數據類型可以是整型、字符型、布爾型等。如果是布爾型，則結構包括真和假分支。圖5.1條件結果框圖此次課程設計的題目為基于Labview的智能電能表的設計，主要是通過對Labview對電能表進行仿真設計。由Labview的DAQ助手對計算機外部的信息進行采集，將信息輸入到Labview軟件內，應用Labview軟件對信息進行處理。此次課程設計是對電能進行測量，對電能的測量即對功的測量，對功的測量需要對元件的消耗功率進行測量，對消耗功率測量，則需要將元件的電壓電流進行測量，則需要DAQ對外部的電壓、電流信息進行采集，通過計算機的輸入端口輸入信息，從而可以得到外部元件的電壓

14、電流信息。本次課程設計分為三個模塊，分別為電壓測量模塊、電流測量模塊、電費計算模塊。這些模塊將電能進行測量。圖5.2前面板圖圖5.3程序框圖電壓測量模塊：此模塊對電壓電流信息處理。對于電壓信息，需要將電壓的幅值、頻率、有效值等進行測量，電壓信號通過計算機外部端口輸入到計算機內部，通過Labview軟件對其進行測量，電壓信號進入計算機后，Labview軟件通過DAQ此接線端子接入軟件內部，由此對DAQ助手設置接受的信號類型及輸入的通道，對于電壓信號，將DAQ設置為模擬電壓信號，所以DAQ輸出的是電壓信號，通過Labview內部的工具單頻測量，對電壓進行測量其幅值、頻率、相位、有效值進行測量，并通

15、過前面板對其進行顯示，而測量得到的有效值對下面的電能測量提供信息。電流測量模塊：此模塊將對電流進行測量，由于電能測量需要對其消耗功率進行測量，即對其電壓電流進行測量，所以還要對電流進行測量。電流信號也需要通過計算機的外部端口輸入到計算機內部，并通過Labview內部的DAQ助手將其引入到軟件內部，將DAQ設置為模擬電流信號，則DAQ接入程序內部為模擬的電流信號，通過對電流信號處理后，將它和電壓數據相乘，側得到了相應的消耗功率。電費計算模塊：此模塊是將用戶消耗功率轉換為該月所用繳納的電費，所以要對消耗功率進行計算和轉換。由上面兩個模塊所得到的電壓電流數據相乘得到消耗功率，乘以所用的時間，就得到了

16、所消耗的電能，此時得到的電能單位為焦耳，而我們實際生活所用的電能單位為度，即KW.H，需要將所得的電能除以3600000，從而得到了該用戶所用的電度，然后再乘以每度電的價格，就是該月所需要交納的電費。6 元器件清單名稱型號數量備注計算機1模擬示波器GDS-10221數據采集卡SC-20751數據線1LabVIEW8.517 主要元器件介紹7.1 LabVIEW簡介LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言。傳統文本編程語言根據語句和指令的先后順序決定程序執行順序，而

17、LabVIEW則采用數據流編程方式，程序框圖中節點之間的數據流向決定了VI及函數的執行順序。VI指虛擬儀器，是 LabVIEW的程序模塊。LabVIEW提供很多外觀與傳統儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創建用戶界面。用戶界面在 LabVIEW中被稱為前面板。使用圖標和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。圖7.1LabVIEWLABVIEW的特點有：l 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。l 可充分發揮計算機的能力，有強大的數據處理功能，可以創造出

18、功能更強的儀器。l 用戶可以根據自己的需要定義和制造各種儀器。虛擬儀器（virtual Instrument）是日益發展的計算機硬件、軟件和計算機技術在向其他技術領域密集滲透的過程中，與測試技術、儀器技術密切結合，共同孕育的一項新成果。虛擬儀器的出現和興起改變了傳統儀器的概念、模式和結構，改變了人們的儀器觀。到21世紀初，虛擬儀器的生產廠家超過千家，品種達到數千種，市場占有率占到電測、電控儀器的50%!這一項預測使從事電測、電控儀器研究開發的科學家和工程師們看清了虛擬儀器對傳統儀器的巨大挑戰，認識到在21世紀虛擬儀器將成為儀器的發展方向，并將在相應的儀器領域內逐一取代傳統硬件化儀器，將成千上萬

19、種硬件化電測與電控儀器演變成計算機軟件，成為一系列文件融入到計算機中。虛擬儀器技術的實質是利用最新的計算機技術來實現和擴展傳統儀器的功能，在許多方面具有傳統儀器所沒有的優越性，在實驗教學和工程領域具有極大的應用潛力。實驗表明，設計的虛擬函數信號發生器輸出信號性能優于普通傳統的信號源。虛擬儀器是1986年美國國家儀器公司（NI）提供的一種新型一起概念。它是計算機技術介入儀器領域所形成的一種新型的、富有生命力的儀器種類。在虛擬儀器中計算機處于核心地位，計算機軟件技術和測試系統更緊密地結合成一個有機整體，儀器的結構概念和設計觀點都發生了根本變化。虛擬儀器技術的實質是利用最新的計算機技術來實現和擴展傳

20、統儀器的功能。其基本構成包括計算機、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊等。在這里，硬件僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個系統的關鍵。當基本硬件確定后，就可以通過不同的軟件實現不同的功能。虛擬儀器應用軟件集成了儀器的所有采集、控制、數據分析、結果輸出和用戶界面等功能。使傳統儀器的某些硬件甚至整個儀器都被計算機軟件所代替。因此從某種意義上說，計算機既是儀器，軟件即是儀器。虛擬儀器的軟件是其最核心、最關鍵的部分，其主要功能是對硬件執行通信和控制，對信號進行分析和處理，以及對結果進行恰當的表達和輸出等。虛擬儀器的軟件開發平臺目前主要有兩類：第一類是基于傳統語言的Turbo C，Microsoft公司的V

21、isual Basic ，Borland公司的Delphi，Sybase公司的PowerBuilder。這類語言具有適應面廣、開發靈活的特點，但開發人員需有較多的編程經驗和較強的調試能力；第二類用專業圖形化編程軟件進行開發。如HP公司的VEE,NI公司的LabVIEW和Lab Windows/CVI等。NI公司的LabVIEW軟件開發平臺是一種專業圖形化編程軟件，采用圖形化編程方式，結構流程清晰，但缺點是對硬件的要求較高，比較依賴NI的專用產品，對信號控制方式不夠靈活。而Lab Windows/CVI以ANSI C為核心。將功能強大，使用靈活的C語言平臺與數據采集，分析和表達的測控專業工具有機

22、地接合起來。它的集成化開發平臺，交互式編程方法，豐富的控件和庫函數大大增強了C語言的功能，為熟悉C語言的開發人員建立檢測系統，自動測量環境，數據采集系統，過程監控系統等提供了一個理想的軟件開發環境。LabVIEW是一種圖形化的編程語言的開發環境，它廣泛地被工業界、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 協議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能。它還內置了便于應用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數。這是一個功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使

23、用過程都生動有趣。圖形化的程序語言，又稱為 “G” 語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此，LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。它可以增強你構建自己的科學和工程系統的能力，提供了實現儀器編程和數據采集系統的便捷途徑。使用它進行原理研究、設計、測試并實現儀器系統時，可以大大提高工作效率。下圖為LabVIEW的應用軟件的圖標：圖7.2LabVIEW圖標7.2 DAQ數據采集卡DAQ，即數據采集儀器是一種典型的虛擬儀器，它的出現和發展與微型計算機緊密相關。DAQ儀器以微型計算機為平臺

24、，將計算機硬件和計算機軟件結合起來，實現特定的儀器測量和分析。DAQ儀器具有性價比高、設計手段靈活、通用性強等優點，應用前景十分廣闊。數據采集(DAQ)是通過DAQ卡采集數據和輸出數據。通常一塊DAQ卡能實現多種功能，其中包括模數轉換(A/D)、數模轉換(D/A)、數字輸入輸出(DI/O)和計算器/定時器功能。數據采集系統追求的目標主要有兩個：一是精度，二是速度。對任何量的測試都要有一定的精度要求，否則將失去測試的意義；提高數據采集的速度不僅僅是提高了工作效率，更主要的是擴大了數據采集系統的適用范圍，便于實現動態測試。由于個人計算機的圖形分辨率及圖形處理能力已達到相當高的水準，因此利用PC構成的DQA儀器可視化功能強。 圖7.3 DAQ7.3 模擬示波器模擬示波器，采用的是模擬電路（示波管，其基礎是電子槍）電子槍向屏幕發射電子，發射的電子經聚焦形成電子束，并打到屏幕上，屏幕的內表面涂有熒光物質，這樣電子束打中的點就會發出光來。圖7.4 GDS-1022數字示波器小 結 時間總是過得很快，兩周的課程設計已經結束了，經過這兩周的努力，我們通過不斷努力、不斷嘗試，終于按照要求做出了基于Labview的智能電能表的設計，這種成功的喜悅是無法用言語表達的。通過這周的課設，我學習到了有Labview方面的知識，更加體會到自己不論是在知識儲備還是學習能力方面還存在很多不足，