基于虚拟仪器的风扇故障检测系统毕业设计说明书.doc
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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书(毕业论文)内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书(毕业论文)题 目:基于虚拟仪器的风扇故障检测系统I毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、
2、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期:
3、年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价:一、撰写(设计)过程1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析
4、和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩:
5、优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)指导教师: (签名) 单位: (盖章)年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价:一、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)评阅教师:
6、(签名) 单位: (盖章)年 月 日教研室(或答辩小组)及教学系意见教研室(或答辩小组)评价:一、答辩过程1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文(设计)质量1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范? 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)? 优 良 中 及格 不及格三、论文(设计)水平1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意?设计是否有创
7、意? 优 良 中 及格 不及格3、论文(设计说明书)所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩: 优 良 中 及格 不及格(在所选等级前的内画“”)教研室主任(或答辩小组组长): (签名)年 月 日教学系意见:系主任: (签名)年 月 日基于虚拟仪器的风扇故障检测系统摘要风扇故障检测在风扇出厂过程中得到广泛应用,目前广泛采用的方法有振动诊断技术和声频诊断技术,但振动诊断技术是接触式测量,需克服测试线线体振动的影响,设备结构复杂,速度慢。本文采用基于虚拟仪器的音频故障诊断系统,构建高精度,低成本,功能灵活的故障诊断系统。在系统设计上,结合故障诊断的功能和虚拟仪器的设计方法,从硬件和软件方
8、面张开系统设计。首先在保证系统可靠性和可行性的前提下,用计算机本身的声卡代替专用的数据采集卡进行数据采集,实现44.1kHz采样频率,16位采样深度,对风扇声信号进行实时采集。然后,在LabVIEW平台下完成信号显示,信号分析,信号输入输出,数据保存与处理等应用程序和人机交互界面设计,完成音频信号的实时采集与显示,谐波失真分析,短时加窗处理等多种功能于一体的故障检测系统设计。系统经过测试,满足了风扇故障检测的需求,具有成本低廉,检测方便,性能稳定可靠等特点,可以推广到声音识别、环境噪声监测和实验室测量等多种领域,应用前景广阔。 关键词:音频信号;虚拟仪器;LabVIEW;故障检测;声音数据采集
9、Fan Fault Detection System based on the Virtual Instrument AbstractFan fault detection is widely used in the fan production process. At present, the methods used widely are vibration diagnosis technology and audio diagnosis technology, but vibration diagnosis technology is non-contact measurement so
10、 we need to overcome test line of body vibration influence.This paper adopted the audio fault diagnosis system based on virtual instrument, and constructed a flexible function of fault diagnosis system with high precision and low cost.It can be applied from the two sides of hardware and application
11、software design to complete the system design based on the function fault diagnosis and virtual instrument design method. First ,on the premise to ensure system reliability and feasibility ,the special data acquisition card for data acquisition was instead by the owe sound card of computer ,to achie
12、ve an sampling accuracy of 44.1 kHz ,depth of sampling 16 bit ,to acquire the fan acoustic signal the real-time data.Then, several applications programs, such as signal analysis, signal input-output, data storage and processing act. And human machine interface were complete in LabVIEW platform. .And
13、 it implemented the real-time data acquisition and display, harmonic distortion analysis, short and window handle, and other function in one of the fault detection system design.It has been tested that the system could meet the needs of the fault detection system, with the feature of low cost, detec
14、tion convenient, stable and reliable of performance. With broad application prospect, it can be applied to voice recognition, environmental noise monitoring, laboratory measurement research field etc.Key words:audio signal; virtual instrument; LabVIEW; fault diagnosis; sound card data acquisition目 录
15、摘要IABSTRACTII第一章 引言11.1课题背景11.2研究内容11.3目前该领域的研究现状11.4运行环境1第二章 设计需求分析52.1 硬件实现52.2信号分析理论82.3声卡的可行性分析92.4信号分析系统设计方案比较102.5模块化编程思想11第三章 系统设计方案133.1程序设计流程图133.2系统功能介绍143.2.1基本参数设定153.2.2前面板设计163.2.3软件程序设计173.3信号分析处理233.3.1时域分析233.3.2频域分析25第四章 风扇故障检测设计调试与运行284.1 运行VI284.2 调试VI284.3 实验测试结果304.2 试验结果分析38第五
16、章 总结395.1总结395.2展望未来39参考文献41附录43致 谢44 第一章 引言1.1课题背景为了确保产品的高质量,每台风扇出厂前都要进行参数检测,在规模化生产的今天,风扇检测线是目前大部分风扇生产厂家采用的出厂检测方式。早期的检测方法是让检测线经过消音室,富有经验的工人在室内用人耳听辨别故障风扇。这种方式对操作人员要求高,缺乏客观性,不能保证质量的稳定性。而且检测速度慢,劳动强度大。严重影响了风扇出厂试验的速度与准确率。因此风扇厂家迫切需要改造现有的出厂检测技术。 但存在的一个问题是由于检测方法大部分是从底层进行开发,因而系统开发周期较长、开发成本较高。在传感器技术、测试技术、计算机
17、技术和网络技术发展的推动下,虚拟仪器技术在数据采集、状态监测和数据分析等方面都成为了领先的开发平台。利用虚拟仪器技术进行故障诊断系统的开发,可以极大地缩短开发周期,节约开发成本,利用虚拟仪器强大的数据分析和数据处理功能的支撑,可以使系统功能更加完善,并且具备较强的稳定性。 为此本文提出利用虚拟仪器技术LabVIEW作为开发平台,来实现电厂风机出厂状态监测和故障诊断。1.2研究内容利用声卡DSP技术和LabVIEW多线程技术,提出了一种基于声卡的采集声音信号与分析的廉价方案,具有实现简单、界面友好、性能稳定可靠等诸多优点。在LabVIEW环境中实现了音频信号的采集分析及数据处理。可以推广到声音识
18、别、环境噪声监测和实验室测量等多种领域,应用前景广阔。1.3目前该领域的研究现状目前在风扇故障检测领域广泛采用的方法有振动诊断技术和声频诊断技术,但振动诊断技术是接触式测量,需克服测试线线体振动的影响,设备结构复杂,速度慢;而音频诊断技术为非接触式测量,设备简单、速度快。因此,我们研制基于美国NI公司软件平台Lab view的风扇故障声测系统。1.4运行环境 本设计以虚拟仪器作为运行环境。虚拟仪器利用PC计算机显示器C(RT)的显示功能,模拟传统仪器的控制面板,并且输出检测结果。利用PC计算机强大的软件功能,实现信号数据的运算、分析、处理,由I/0接口设备完成信号的采集、测量与调理,从而完成各
19、种测试功能的一种计算机仪器系统。与传统仪器相比,虚拟仪器具有以下几个性能特点:1.在通用硬件平台确定后,由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能。2.仪器的功能是用户根据需要由软件来定义的,而不是事先由厂家定义好的。3.仪器性能的改进和功能扩展只需进行相关软件的设计更新,而不需购买新的仪器。4.研制周期较传统仪器大为缩短。5.虚拟仪器开放、灵活,可与计算机同步发展,可与网络及其周边设备互联。虚拟仪器简介 由于微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用,新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现,在许多方面已经突破了传统仪器的概念
20、,使电子测量仪器的功能和作用发生了质的飞跃。在这种背景下,20世纪80年代末美国率先研制成功虚拟仪器(Virtuallnstrument)。虚拟仪器的发展标志着自动测试与电子测量仪器领域技术发展的一个崭新方向。所谓虚拟仪器(VirtualInsrtmunet),简称vi)就是在通用计算机为核心的硬件平台上,由用户设计定义、具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标点击虚拟面板,就可以操作这台计算机系统硬件平台,就如同使用一台专用电测量仪器。虚拟仪器的出现,使测量仪器与个人计算机的界线更融为一体了。 虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及
21、图形化用户界面的软件组成的测控系统,也是一种由计算机操控的模块化仪器系统。虚拟仪器技术作为一门新兴的技术具有强大的生命力和发展潜力,在航天航空、国防军工、工业监测等一系列自动化测试领域中得到了广泛的应用,也是目前仪器领域研究的热点与重点。在国外,以NI公司、HP公司、Tektronix公司、Racal公司等为代表的著名仪器生产厂家都对虚拟仪器技术投入了大量的人力物力,研制出了不少优秀的硬件模块与软件产品。 比较典型的如NI公司的LabVIEW,它是一种采用图形化编程的32位面向计算机测控领域的软件开发平台公司。LabVIEW是一种用图标代码来代替编程语言创建应用程序的开发工具。在基于文本的编程
22、语言中,程序的执行依赖于文本所描述的指令,而LabVIEW使用数据流编程方法来描述程序的执行。LabVIEW用图形语言(G语言)、图标和连线代替文本的形式编写程序。像VB、VC等高级语言一样,LabVIEW也是一种带有扩展库函数程序开发系统。LabVIEW的库函数包括数据采集、通用接口总线和串口仪器控制、数据显示、分析与存储等。为了便于程序调试,LabVIEW还带有传统的程序开发调试工具,例如可以设置断点,可以单步执行,也可以激活程序的,执行过程,以动画方式查看数据在程序中的流动。 LabVIEW是一个通用编程系统,它不但能够完成一般的数学运算与逻辑运算和输入输出功能,它还带有专门的用于数据采
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