离心式水泵设计毕业设计

离心式水泵设计毕业设计

目录

摘要............................................................ I Abstract........................................................ I I 第一章绪论.. (1)

1.1课题研究的背景及意义 (1)

1.2USB简介 (1)

1.2.1 USB优点 (1)

1.2.2 国外应用现状及发展趋势 (2)

1.3离心泵测试 (3)

1.4虚拟仪器技术及相关知识 (4)

1.4.1 虚拟仪器简述 (4)

1.4.2 虚拟仪器的优势 (5)

1.4.3 虚拟仪器系统的构成 (5)

1.5课题研究的主要容 (7)

1.6课题意义 (7)

第二章基于USB数据采集系统整体设计 (8)

2.1USB数据采集系统的性能指标 (8)

2.2USB数据采集系统的硬件构成 (8)

2.3USB数据采集系统的软件设计 (8)

第三章数据采集系统硬件电路设计 (10)

3．1USB2.0协议 (10)

3.1.1 USB系统组成 (10)

3.1.2 USB设备组成 (10)

3.1.3 USB2.0数据帧 (12)

3.1.4 USB2.0端点缓冲区 (13)

3.1.5 USB插头插座 (14)

3.2主要芯片介绍 (14)

3.2.1为何选择CY7C68013 (14)

3.2.2 CY7C68013 芯片简介 (16)

3.1.3 ADS7825P简介 (22)

3.2USB采集系统原理电路设计 (24)

3.2.1主芯片外围电路设计 (24)

3.2.2 A/D转换电路设计 (25)

3.2.3 传感信号处理电路设计 (28)

3.2.4 电源电路设计 (30)

3.2.5 EEPROM电路设计 (32)

第四章 USB数据采集系统软件设计 (34)

4.1固件程序开发 (34)

4.1.1 固件功能及编程 (34)

4.1.2 列举和重列举 (36)

4.1.3 USB 描述符 (38)

4.2驱动程序开发 (40)

4.2.1 使用Driver Development Wizard创建INF 文档 (40)

4.2.2 安装INF文档和USB设备 (43)

4.2.3 使用VISA Interactive Control测试通讯情况 (44)

4.3数据采集程序设计 (46)

4.4上位机程序开发 (47)

第五章结论与展望 (49)

参考文献 (50)

致谢 (51)

第一章绪论

1.1 课题研究的背景及意义

信息技术与电子技术的迅猛发展，使得计算机和外围设备也得到飞速发展和应用，在科学研究领域和许多生产场合中常用到数据采集技术，并且对数据采集的各种要求也越来越高。传统的通信方式由于传输速度慢、抗干扰能力弱、安装麻烦等原因严重阻碍了数据采集设备的发展，新一代通用串行总线(Universal Serial Bus，简称USB)具有传输线少、速度快、支持热插拔以及易于扩展等优点，很好的解决了以上问题，因此串行总线技术在计算机系统及通信设备中迅速得到了广泛的应用。文中分析了USB总线的体系结构和特点，针对传统总线不足之处，在此基础上研究了基于USB的数据采集系统，根据系统应该达到的技术指标，从而确定系统的整体框架和各个部分芯片的选择。而且USB接口芯片价格低廉，大大促进USB设备的开发和应用。所以目前基于USB的数据采集卡已经成为一种流行趋势[12]。

通常开发USB系统时，先用Windows DDK(设备驱动程序开发包)或第三方开发工具(如Driver Studio)开发USB驱动程序，然后用Visual C++编写DLL(动态连接库)，最后再调用DLL来开发应用程序，这对不熟悉Windows编程的人有一定的难度；而USB应用程序也大都是使用Visual C++来编写的，过程繁琐，调试麻烦，花费的时间也比较长。

美国国家仪器NI(National Instrument)公司开发的LabⅥEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbeneh)语言是一种基于图形程序的编程语言，含有丰富的数据采集、数据信号分析以及控制等子程序，易于调试和维护，且程序编程简单、直观口。可以直接在LabⅥEW环境下通过NI—VISA(Virtual Instrument Software Architeeture，以下简称为“VISA”)开发驱动程序，完全避开了以前开发USB驱动程序的复杂性，大大缩

短了开发周期。用它来开发应用程序，把采集来的数据传送到主机上，再通过LabⅥEW的模块实现数据的实时显示、分析和存储。

1.2USB简介

1.2.1USB优点

USB(universalSerialBus)是一种通用串行总线USB是1995年康柏、微软、mM、DEC等公司为解决传统总线不足而推广的一种新型的快速双向同步传输并可热插拔数据传输总线。该总线接口具有以下优点[4]:

(l)低成本。为了把外设连接到计算机上，USB提供了一种低成本的解决方案，即所有系统的智能机制都驻留在主机并嵌入芯片组中，方便了外设的制造。

(2)可以热插拔。这就让用户在使用外接设备时，不需要重复“关机将并口或串口电缆接上再开机”这样的动作，而是直接在PC开机时，就可以将USB电缆插上使用。

(3)携带方便。USB设备大多以“小、轻、薄”见长，对用户来说，同样20G的硬盘，USB硬盘比roE硬盘要轻一半的重量，在想要随身携带大量数据时，当然USB设备会是首要之选。

(4)标准统一。大家常见的是DE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了USB之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与PC连接，这时就有了USB硬盘、USB鼠标、USB打印机。

(5)单一连接器类型。USB定义了一种简单的连接器，仅适用一个四芯电缆即可任何一个USB设备。

(6)独立供电。USB通过集线器向设备提供电源，当外设的电源要求电压5v电流小于5OOmA时，可以直接从USB总线获取电源，这样USB无需专用电源线，从而降低成本。

(7)错误检测和恢复。USB事务处理包括错误检测机制，他们可以确保数据无错误发送了

(8)USB系统在设计保持了向上的继承性。

1.2.2 国外应用现状及发展趋势

USB设备的应用目前在国外处于高速发展阶段，国外有些企业也已经推出了很多适应不同条件、不同精度的USB数据采集系列产品。典型的是美国国家仪器（National Instruments,NI）公司研制的一系列USB数据采集卡，NI于2005年8月退出了八款最新USB2.0高速数据采集设备，从而扩展了其业界领先的高性能USB数据采集设备USB-9000系列产品，实现了高达800ks/s的采样率。此后新推出的USB２．０高速设备包含免费的交互式数据记录软件，以供分析之用。USB设备在国的应用已经起步，并速度快，水平不断提高。市场上国产品有优采公司ＵＡ３００系列、拓普公司的ＵDAQ，UBOX，UCARD等系列。

国在USB数据采集，USB工业控制等领域已经取得了一定的成果，在现实中的得到成功的应用。USB2.0协议，数据传输速率高达480Mbps，如此高的传输速率能用于1.0的传输速率所无法满足的地方，如高实时性要求的工业设备控制，动态图像实时传输等，随着时代的进步和技术的发展，USB必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。国有一些厂商为USB 设备研发提供软硬件支持，这很大程度上降低了开发难度，减少了开发时间，提高了开发质量和效率USB2.0接口凭借低成本，高性能，可靠稳定，方便灵活的特点，将逐步成为微型计算机的主要输入输出方式。

总的来说，目前国对 USB 数据采集设备的研制已经取得了可喜的发展，但是与国外的情况相比，在开发和应用的深度和广度而言，还有一段距离现场数据采集要求比较高的场合多是采用的国外产品。因此，随着计算机对 USB 接口的普及和实际应用中对数据采集卡要求的提高，利用 USB2.0 协议规开发出符合多种场合要求的数据采集系统，以及此

领域先进产品的国产化等都成了急待解决的现实问题

1.3离心泵测试

离心泵由于具有结构简单，紧凑，重量轻，造价低，排量大以及供液均匀等优点，因而获得了广泛的应用。由于泵类产品在结构上和在运行过程中特有的复杂性，对泵的性能测试是泵研制、开发以及生产中必不可少的重要环节[1]。传统的测试系统存在硬件集成复杂、界面不友好、开发周期长和对开发人员编程能力要求高等缺点[2]。本文基于LabVIEW 虚拟仪器平台，运用USB 总线技术，开发的离心泵性能测试系统很好的解决了上述缺点，系统硬件简单，可移动性强，操作方便，实用性强，具有十分重要的现实意义。

水泵要测量的主要参数有流量，水泵转速，电机转速，电机功率，电机电流，水泵轴功率。

水泵流量的检测有多种方法与传感器，比如水堰法，差压式流量计，涡轮流量计，电磁流量计，超声波流量计，但相比较而言超声波流量计不破坏管路于管外安装，且简单实用，安装方便，。由于不和流体接触，对流体无阻力，因此在煤矿生产中应用日益广泛。超声波流量计可以适用于不同大小管径的流量测量，解决了大管径流量的测量问题。

转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法(测频法)、T 法(测周期法)和MPT法(频率周期法)，我们采用和测频法。根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。电机转速的检测同水泵转速。

功率通常是指机械的回转功率，即在稳定状态下原机轴端的扭矩与转速的乘积。测量的方法主要有:用转矩速传感器与转矩转速功率仪配套测量、扭矩法测功率和电测法等。

也可以用功率传感器直接测量。功率传感器也称功率计探头，它把高频电信号通过能

量转换为可以直接检测的电信号。

水泵的轴功率是电动机传递给水泵轴的功率。水泵轴功率的测定实质上是通过测定拖动电机的输入功率和功率损耗来确定拖动电机的输出功率，对于联轴器直连传动机组，电动机输出功率与传动效率之积为水泵轴功率。

1.4虚拟仪器技术及相关知识

虚拟技术、计算机通信技术与网络技术是信息技术的重要组成部分，它们被称为21世纪科学技术中的三大核心技术。虚拟技术的出现大大改变了人类现有的思维模式工作模式和生活模式。虚拟仪器技术是计算机技术和仪器技术深层次结合的产物，是一种全新的仪器形式。它的出现使仪器与计算机之间的界限开始消失，是仪器发展史上的一场革命。

1.4.1虚拟仪器简述

虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW 图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大围提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。

20年来，无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员，虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎，这都归功于其直观化的图形编程语言。虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自然地显示您的数据流，同时地图化的用户界面直观地显示数据，使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入[19]。

美国国家仪器公司NI（National Instruments）提出的虚拟测量仪器（VI）概念，