基于LABView的电压电流测试系统设计报告
基于Labview的焊接电流与电压检测装置的设计
摘要本文自主开发了一个专门针对焊接过程的电流与电压进行集数据采集、实时检测和焊后数据显示与储存为一体的系统。
通过该系统对焊接测试的数据显示和波形回放，一方面可以了解焊接设备、焊接材料的性能，另一方面也可以引导焊接设备、焊接材料的优化设计，以及制定合理的焊接工艺规范。
该系统由硬件、信号检测电路和相关软件组成。
该系统是以虚拟仪器图形化编程语言LabView8.6为平台，硬件选用计算机、电流、电压霍尔传感器，A/D转换器，单片机，USB和与之配套的接口电路。
本系统功能强大，具有可移值性，还可按使用者需求改动，界面逼真，运用简单。
本文利用此系统，选用CO2气体保护焊过程为研究对象，以CO2气体保护焊过程中的电弧电压和焊接电流为信号源，完成了数据的采集、实时的检测和焊后的数据回放显示储存，还可以按照用户需求存储在指定位置。
本文根据系统对CO2气体保护焊过程进行焊接电流与电弧电压数据储存显示和波形回放，能够为CO2气体保护焊过程在线实时检测提供现成的工具，能够为今后的CO2气体保护焊过程质量在线实时评价与预估提供了参考，同时还能对弧焊工艺方面有着参考意义。
关键词:虚拟仪器，CO2气体保护焊，LabView，单片机，数据采集AbstractThis paper developed a special process for welding current and voltage data acquisition, real-time detection and post-weld data and storage into one system. Welding tests through the system analysis and evaluation, on one hand evaluation of welding equipment, welding material properties, it also can lead welding equipment, welding materials, optimization of design and development of welding procedure specifications and reasonable. The system consists of hardware, signal detection circuit and associated software.The system is based on virtual instrument graphical programming language LabView8.6 as a platform, the hardware used computers, current, voltage, Hall sensor, A / D converter, microcontroller, USB and its accompanying interface circuit. The system is powerful, has to move the value of, but also by changes in user requirements, interface realistic, the use of simple. By using this system, CO2 gas shielded welding process used for the study to the process of CO2 gas welding arc voltage and welding current source, completed the data collection, real-time detection and playback of shows after welding data storage, Y ou can also deposit in accordance with user needs.Based on the graphics system and the results obtained with the actual situation on the welding test this CO2 gas shielded welding process is analyzed and evaluated, proved that the system is able to provide analysis and evaluation of weld quality based on a true and effective, able to CO2 gas welding process to provide ready-made online real-time detection tools to for future CO2 gas welding process quality online real-time evaluation and estimate provides a reference, while on the arc welding process has a reference value.Keywords: Virtual instrument, CO2 gas welding, LabView, Microcontroller, Data acquisition目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1研究的目的和意义 (1)1.2 虚拟仪器技术的发展及特点 (2)1.2.1虚拟仪器的发展 (2)1.2.2虚拟仪器的特点 (2)1.3焊接检测分析系统的研究和发展状况 (5)1.4主要研究内容及技术线路 (6)1.4.1主要研究内容 (6)1.4.2技术线路 (8)2 系统硬件设计 (9)2.1焊接电流电压转换电路设计 (9)2.2数据采集实现 (12)2.3 USB电路设计 (17)2.4电源设计 (19)3 系统软件设计 (20)3.1系统软件平台LabView (20)3.1.1LabView编程特点 (20)3.1.2LabView编程工具介绍 (21)3.1.3LabView简单编程举例 (24)3.2 系统软件设计 (25)3.2.1焊接参数设置 (25)3.2.2数据采集与存储 (26)3.2.3波形回放、U-I图及滤波模块 (29)4 结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录 (36)1 绪论1.1研究的目的和意义焊接过程是一种受多种参数制约，而且又受许多随机干扰因素影响的复杂的工艺过程。
基于LabVIEW的电压电流实时监测系统设计
基于LabVIEW的电压电流实时监测系统设计种兴静;高军伟【摘要】为了高效、便捷地进行电压、电流的监测,在LabVIEW编程软件环境下,设计一种基于USB数据采集卡的电压、电流实时监测系统.本系统通过LabVIEW 编程实现电压、电流测量控制程序,通过硬件搭建与软件编程完成系统整体的设计.实验结果证明,电压、电流监测系统可以实时、持续的运行,不仅降低了开发成本,而且测量结果精确,具有良好的实时反应性,可靠性良好.【期刊名称】《自动化与仪表》【年(卷),期】2019(034)006【总页数】4页(P59-62)【关键词】LabVIEW;USB数据采集卡;实时监控【作者】种兴静;高军伟【作者单位】青岛大学自动化学院,青岛266071;青岛大学自动化学院,青岛266071【正文语种】中文【中图分类】TP274LabVIEW 是一种灵活的编程语言，相较于C 语言或者JAVA 语言，LabVIEW 语言是一种图形化的编程语言，程序设计相对比较简单，灵活性很强，利于用户对上位机人机界面的设计。
LabVIEW 可以做运动控制、算法的仿真等，但用的最多的还是Lab-VIEW 数据采集，例如一些板卡的测试以及自动化控制类的数据采集等。
一个VI 程序包括前面板和程序面板。
前面板是用户所能看到的界面，可以实现数据显示、波形显示、数据输入等其他功能，程序面板是前面板运行的一个支持。
通过建立VI 程序来实现一系列的功能，达到用户的要求。
基于LabVIEW 数据采集的功能[1-3]，本文提出了在LabVIEW 2014 编程软件环境下，利用USB 数据采集卡进行实时的监测电压电流变化情况。
在控制器设计过程中，利用LabVIEW 2014 编程软件编写电压电流采集控制程序。
该系统可实现电压电流的准确测量，并将测量数据结果保存到数据库。
实验结果表明，该系统实时响应性良好，测量结果准确。
1 系统总体设计在USB 数据采集卡电压电流监测系统中，USB数据采集卡通过USB 接口与上位机搭建，安装驱动程序，实现上位机与USB 数据采集卡的通讯，LabVIEW 调用动态链接库函数，完成串口通讯[4]。
使用LabVIEW进行电力系统电压波动分析与控制
使用LabVIEW进行电力系统电压波动分析与控制电力系统是现代社会不可或缺的重要基础设施之一，为了确保电力系统的正常运行以及提高其可靠性，电力系统的电压波动分析与控制显得尤为重要。
本文将介绍如何使用LabVIEW进行电力系统电压波动分析与控制的方法和步骤。
一、LabVIEW概述LabVIEW是美国国家仪器公司（National Instruments）推出的一种图形化编程开发工具，它具有直观友好的用户界面以及强大的数据处理和控制能力，广泛应用于工程技术领域。
通过利用LabVIEW的强大功能，我们可以方便地进行电力系统的电压波动分析与控制。
二、电力系统电压波动分析电力系统的电压波动是指电网中电压的大小和频率在一定时间内的变化。
电力系统电压波动分析能够帮助我们了解电网的电压稳定性、电压闪变等问题，并采取相应的措施进行优化和改进。
在LabVIEW中进行电力系统电压波动分析，需要首先采集电力系统的电压数据，并进行数据处理和分析。
我们可以利用LabVIEW自带的数据采集模块，接入电力系统中的传感器或测量仪器，实时采集电压信号，并将其传输到计算机中进行后续的分析。
在数据采集完成后，我们可以利用LabVIEW的信号处理模块对电压数据进行滤波、分频等处理，以提取出所需的电压波动特征。
通过分析得到的特征参数，我们可以评估电网的电压稳定性，并根据分析结果进行相应的优化和改进。
三、电力系统电压波动控制电力系统电压波动控制是通过采取一系列措施，防止电力系统电压波动超过一定范围，使其保持稳定的过程。
电力系统电压波动控制的目标是保持电网的电压在规定范围内波动，避免因电压波动引起的设备故障以及用户用电质量下降等问题。
LabVIEW作为一款强大的控制工具，可以用于电力系统的电压波动控制。
在LabVIEW中，我们可以实现闭环控制系统，根据电网的电压信号进行采样和反馈控制，调节电力系统的负荷和发电功率，以达到控制电网电压的目的。
通过LabVIEW的控制模块，我们可以编写相应的控制算法，并将其应用于电力系统的电压波动控制中。
用LabVIEW实现电力系统监测与控制
用LabVIEW实现电力系统监测与控制电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施，对于能源的供应和电力质量的保证起着重要的作用。
为了提高电力系统的运行效率和可靠性，减少维修成本和故障停电时间，使用LabVIEW实现电力系统的监测与控制成为了一个研究热点。
本文将从LabVIEW的优势、电力系统监测与控制的需求以及LabVIEW在电力系统中的应用等方面展开论述。
一、LabVIEW的优势LabVIEW是由NI（National Instruments）公司开发的一种虚拟仪器软件平台，以图形化的编程环境和丰富的函数库而著名。
相比于传统的编程语言，LabVIEW具有以下几个优势。
1. 使用灵活：LabVIEW的图形编程环境让用户能够直观地设计程序，无需深入了解编程语言的细节。
通过拖拽连接各种功能块，用户可以快速搭建系统，提高效率。
2. 数据流编程：LabVIEW采用数据流编程模型，允许所有操作并行执行。
这不仅提高了程序的运行速度，还使得多个传感器或执行器的数据处理更加方便。
3. 丰富的工具包：LabVIEW提供了许多用于各种领域的函数库和工具包，包括与电力系统相关的组件。
这些工具包提供了丰富的功能和算法，方便用户进行系统设计与开发。
二、电力系统监测与控制的需求电力系统监测与控制是为了实现对电力系统各个终端设备的实时监测、故障诊断和远程控制等功能。
这样可以及时发现异常和故障，并采取相应的措施来避免事故的发生。
1. 实时监测：电力系统需要实时监测各个节点的电压、电流、功率因素等参数，以便及时发现电力系统的状态变化并进行调整。
2. 故障诊断：电力系统中的故障会导致设备损坏甚至停电，因此需要通过监测和分析来定位故障的位置和原因，以便快速修复。
3. 远程控制：电力系统通常包括多个终端设备，需要通过远程控制来实现对这些设备的集中管理和控制。
远程控制还可以减少人工干预，提高运行效率。
三、LabVIEW在电力系统中的应用LabVIEW在电力系统监测与控制中有广泛的应用，可以帮助实现对电力系统的实时监测和远程控制等功能。
虚拟电压表-labview课程设计报告
本程序是基于labview设计的虚拟电压表，有三档量程可以选择，0~200mv、0~2v、0~20v 运行中可实时切换。
2.
程序总体使用labview for循环结构和条件结构设计，使用延时时间来作为采样速率
使用随机数乘以15000，产生电压单位mv
在量程选择为OFF时（对应数值0）
对外输出电压图不变，电压值为0，指示灯为F（非T）。
4.
选择200mv时（对应数值1），将电压值强制在0~200mv内转换，并显示出来。
同时将该数值输入到数组中，显示到波形图。
超出范围时，点亮超量程指示灯。
5.
量程选择为2V或20V时，将采样到的电压除以1000，显示在电压和电压图中。
基于LabVIEW的电力参数检测与实现
压和电流信号，它是以采样周期ｔ为间隔的一维幅值数组，由“ＣｙｃｌｅＡｖｅｒａｇｅａｎｄＲＭＳ．ｖｉ”函数求得相应的有效值Ｕ、ｊ１、ｊ～，由此可求出，．、Ｐ、Ｓ和ＴＨＤ相关交流电路参数。
２．４谐波分量测量谐波对电路的影响一方面反映在电流波形的畸变上，可以通过观察时域中的电流波形和总谐波畸变因数来反映，另一方面观察电流的频谱和幅值，并由“ＡｕｔｏＰｏｗｅｒＳｐｅｃｔ玎咖．ｖｉ”自功率函数和Ｈａ．ｒＩ＇ｌ谢ｃＡｎａｌｙｅｒ．ｖｉ波形信号量函数给出谐波频率幅值。
考虑到采样频谱的泄漏问题，为提高谐波的测量精度，一般应对信号进行加窗处理，较常用的为Ｈａｎａｍｇ窗函图５仪器面板数，优点是高频的抑制效果好，频谱泄漏小。
３仪器前面板设计与检测精度分析４结束语ＬａｂＶＩＥＷ开发平台具有丰富的前面板控制和显示控件，使仪器面板具有良好的交互界面，不仅有设定值的选择与输入，还有被测参数和波形及频谱的直观显示，如图５所示。
与传统的电子仪器明显不同的是，用户可以根据需要修改仪表功能。
装置的检测精度取决与硬件和软件设计两部分。
硬件部分包括霍尔电流（电压）传感器、电压一电流转换电路、数据采集卡产生的测量误差，传感器是影响的主要因素，目前其精度可达到０．２％。
软件部分主要有程序中的数据处理、采样时的离散化及量子化误差，前者的误差与一次性从数据缓冲器中读人的数据个数ｍ有关，要求ｍ大些，并且至少为一个基波周期内的采样数。
后者与采样扫描频率及Ａ／Ｄ的转换位数有关，只要采样扫描频率足够大，软件产生的总体误差至少小于硬件误差一个数量级，因此，装置的检测的相对误差可以低于０．５％。
电力参数的大小和变化反映出负载的电能利用率、波形信号畸变的程度，更反映出电网的供电能力和稳定性，检测其大小有着重要的意义，为电力参数的监控奠定基础。
基于ＬａｂＶｌＥＷ的电力参数检测和波形显示给出了一种新的方法，使检测结果更为直观、方便，灵活，实时性更强。
参考文献［１］李文炜，彭建辉．基于ＤＳＰ大功率设备电网的电力参数监测及交流谐波分析［Ｊ］．工矿自动化，２００４（１２）［２］刘芳亮，蒋大林，许鹏翔．智能电力参数综合测量仪表的研究与实现［Ｊ］．仪器仪表学报，２００６，２７（６）［３］曹玉泉，白丽丽，颜伟中．用功率四边形分析非正弦交流电路的功率因数［Ｊ］．西北农林科技大学学报，２００６，３４（２）【４］雷振山．ＬａｂＶＩＥＷ７Ｅｘｐｒｅｓｓ实用技术教程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００４［５］殷馒莎，滕召胜，唐求等．虚拟仪器技术在电力参数监测中的应用综述ＥＪ］．仪器仪表用户，２００４，１１（２）（上接第１４页）参考文献［１］ＨｏｗａｒｄＶ．Ｄｅｒｂｙ，ＴａｍａｌＢｏｓｅ，ＳｅｅｒａｍａｎＲａｊａｎ．Ｍｅｔｈｏｄａｎｄａｐ—ｐａｒａｔｕｓｆｏｒａｄａｐｔｉｖｅｌｉｎｅｅｎｈａｎｃｔｎｎｅｎｔｉｎＣｏｒｉｏｌｉｓｍ鹃ｆｌｏｗｍｅｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［Ｐ］．ＵＳＰａｔｅｎｔ：５５５５１９０，１９９６—９—１０［２］徐科军，何卫民，陈荣保．自动化仪表中流量测量新方法探讨一科里奥利质量流量计［Ｊ］．合肥工业大学学报（自然科学版），１９９５，１８（２）：１４８—１５３［３］曾健，刘凤新，简灿琴．严威．用于科里奥利质量流量计的数字信号处理方法［ＪＪ．计量技术，２００７（３）：３～６［４］胡广书．数字信号处理［Ｍ］．清华大学出版社，２００３·３０·［５］刘凤新，张砚川，王磊。
基于LabVIEW的电流和电压传感器性能测试系统
基于L a b V IE W 的电流和电压传感器性能 测试系统李静静赵健/上海市计量测试技术研究院SHANGHAI MEASUREMENTANDTESTING |上涤計受剜轼技术交流Technical Exchange〇引言电流和电压传感器作为一种兼具保护性和监控 作用的工具，广泛应用于各种电气装置、自动控制 以及调度系统。
因其具有传感检测、传感采样、传 感保护等功能，这些传感器在不同工况下的测试准 确与否，对所在应用系统的影响非常大，所以对其 进行高效而又准确的测量很有必要。
然而使用传统的检测方法对电流和电压传感器 的各项性能和参数进行测量时，不仅存在操作过程 繁杂、效率低等缺点，也可能由于人为操作不当等 因素造成实验器材损坏。
而且，传统仪器体积庞大， 功能单一，不利于多种参数的测量。
而虚拟仪器技 术的出现和发展，为电流和电压传感器的高效、自 动测量提供了便利。
因此，本文提出设计一种基于LabVIEW 的电流 和电压传感器性能测试系统，系统由硬件和软件两 大部分组成。
硬件主要由计算机、电源、待测电流 和电压传感器和测量设备组成，用于完成信号的产 生和采集。
软件部分主要由驱动程序和应用程序组 成：驱动程序可以实现对硬件的接口驱动及通信控 制，是在LabVIEW 的VISA 函数基础上编程实现的； 应用程序则利用LabVIEW 丰富灵活的交互界面进行 程序控制、数据显示、存储和计算。
本系统可以实现对电流和电压传感器进行高效 准确测量的自动测试，能够通过程序控制并测量各 种传感器的参数，对不同输人参数的传感器对应的 输出参数进行读取并进行数字信号处理，判断传感 器精度是否符合要求，多种测量模式可以测量传感 器不同特性，具有很强的使用价值。
1系统整体硬件结构本文中介绍的电流传感器性能测试系统是由XF 30JZ 100型交直流电流校准仪、Agilent 34401A 数 字多用表和计算机结合组成的。
系统整体结构包括： 一是由传感器供电电源、XF 30JZ 100型交直流电流 校准仪、Agilent 34401A 数字多用表、待测电流传感 器和计算机组成的硬件结构；二是以LabVIEW 为开 发平台编写的软件部分，包括硬件驱动程序和应用 程序两部分。
基于LabVIEW编程的电源板自动测试系统的设计
基于LabVIEW编程的电源板自动测试系统的设计在传统的电源板测试系统中，普遍存在测试时间长、测试环节众多、测试系统的通用化水平较低等问题。
针对这些问题，本文提出一种基于LabVIEW编程的电源板自动测试系统设计方法，该系统通过软件与硬件的结合，通过虚拟仪器的方式来实现电源板的软硬件数据分析与测试，并且可实现测试项目的自主开发，同时对该设计系统的测试性能进行了实验分析，结果表明，本文所提出的自动测试系统能够对电源板进行准确而高效的电参数测试，在测试标准上能够满足工业现场要求，从而使电源板的检测速度得到了大幅提升。
标签：LabVIEW编程；电源板；自动测试；系统设计引言在电子产品研发过程中，对电子产品的质量进行测试是确保其质量过关的重要前提，现阶段我国在电子产品研发与测试方面需要投入大量的成本，并且需要花费较长的时间来对产品进而测试，甚至有时对测试程序进行编制所消耗的时间要远远多于系统设计所耗费的时间。
并且，在对电子产品进行测试时，还需要确保自动测试系统能够具备极高的测试精度、稳定性与可靠性，其比人工测试的要求要严格的多，正是由于自动测试的精度极高、稳定性与可靠性较强，也使其成为现阶段主要应用的测试技术。
对于测试仪器来说，需要确保其能够对多种功能进行快速测试，并确保测试结果具备极高的精确性，同时还要具备数据库自动分析与结果显示功能。
一、基于LabVIEW编程的电源板自动测试系统的硬件设计在基于LabVIEW编程的电源板自动测试系统中，其硬件组成共包括可编程交流与直流式电源供应装置、系统控制装置、时序分析模块以及直流电子负载模块，其中，可编程交流与直流式电源供应装置和直流电子负载分别由AC、DC 与DC load进行表示。
功率分析设备能够对交直流电流电压及功率、频率、浪涌电流、电能量、功率因数等进行测量，该设备能够对232通讯及远程通讯进行良好支持。
电子负载能够通过各种测试来对待测电子板中的负载变化情况进行模拟，以分析电子板在不同状况下所产生的响应，在电子负载中共包括四种工作模式，分别是定电压、定功率、定电流以及定电阻，这四种工作模式能够对特殊波形及负载波形进行模拟。
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电压电流参数测试系统设计报告姓名： XXXXX学号： XXXXXXXXX班级： XXXXXXX目录一、系统总体概述 (3)二、主要功能 (3)三、系统硬件设计 ..................................................................................................3.1.信号调理模块的分析设计 (4)3.1.1电压的测量 (4)3.1.2电流的测量 (5)3.1.3抗混叠滤波 (6)3.2.A/D转换模块的分析设计 (7)3.2.1分辨率 (7)3.2.2量化误差 (7)3.2.3转换误差 (7)3.2.4转换速率 (7)3.3.硬件设备的实现 (8)3.3.1电压测量板卡NI9255 (8)3.3.2电流测量板卡NI9227 (8)四、软件的设计 (9)4.1有效值、平均值的计算 (9)4.2频率的测量原理 (10)4.3软件设计的LAB V IEW实现 (10)4.3.1测试系统的前面板设计 (10)4.3.1测试系统的后面板设计 (11)五、系统评估 (12)六、总结 (13)参考资料 (14)电压和电流是最为常见也是最为基本的电气参数，本系统设计的目的是对电压和电流的基本参数的测试测量，包括幅值、频率、波形等基本的参数指标。
依据系统设计的目的和要求，将输入的电压电流模拟信号进行分析处理并显示结果，该系统的结构需要模拟信号输入、信号调理、采样保持、A/D 转换、数字信号分析、结果输出等几个部分组成。
由于本系统的输入有电压和电流两个参量，所以设计采用多路采集多通道输入结构，系统工作的结构图如图1所示。
其中信号调理、A/D转换、数字信号分析是三个主要的模块，下面将进行重点的分析和设计。
图1 测试系统结构图为了便于系统搭建和对信号的分析处理，本系统采用以计算机为核心的数字化测试系统。
它在实现快速测试、高准确度测试、综合参数测试和自动化测量方面比一般装置具有突出的有点。
同时，由于计算机具有较强的数据处理功能，所以在测量数据计算处理和最后显示测试结果方面表格、图形等多种形式的输出。
二、主要功能本系统要求测量外部输入的电压电流信号的相关参数（输入电压：220V，50Hz），指标要求如下：显示电压波形；显示输出有效值；进行频谱分析，并计算谐波含量。
由该指标可知，系统需要实现对外部输入信号的调理、转化使之成为计算机测试系统允许输入的数字信号，并能通过计算机实现对采集到的数字信号的分析计算的能力，并通过一定的输出设备显示出来。
3.1.信号调理模块的分析设计3.1.1电压的测量系统要求输入的为220V的交流电压信号，其电压峰值311V，对测量者本身和测试系统都存在有危险，为了保证系统的安全性，本系统需要使用隔离测量设备，来实现测量系统和原电压端的隔离。
因而需要先对电压信号进行降压处理。
常用的降压方法有电路串电阻分压、变压器降压、霍尔传感器测量等方法。
其工作原理如图2、图3、图5所示。
图2 电阻分压电路原理图图3 电压互感器工作原理图（1）电路串电阻。
由于标准电阻的阻值范围非常广，串电阻的方法可以实现将输入电压分压到任意压值，而且用电阻测量电压不会引入多余的谐波分量，可以很好的保持电压原有的波形特点，同时电路简单、易于实现。
（2）电压互感器降压方法。
使用电压互感器降压也可以将实际输入的交流电压信号降压至可测量的电压范围之内，但是由于使用电压互感器要求工作在低磁通密度状态下，而且原副边不能出现短路，互感器副边的一端要求接地等诸多要求造成使用上的不便。
同时也会增加电路体积，设计方案也较为复杂。
（3）霍尔传感器法。
在半导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场，电场强度与洛伦兹力产生平衡之后，不再聚集，此时电场将会使后来的电子和空穴受到电场力的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力，使得后来的电子和空穴能顺利通过不会偏移，这个现象称为霍尔效应。
而产生的内建电压称为霍尔电压。
其原理如图4所示。
图4 霍尔效应原理图 图5 霍尔传感器原理图 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。
霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。
但是使用霍尔元件无疑增加了测试系统的成本和操作的复杂度，因此本设计只对该方法的可能性进行讨论。
电压测量电路可采用串电阻降压的方法。
通过查询标准，可考虑选择使用阻值为357k Ω和4.7k Ω的标准金属膜电阻，其精度为1%。
由分压规律可知，输入的峰值电压由分压降为4.1V ，符合一般数字处理系统的输入范围。
3.1.2电流的测量由于数字信号处理一般是针对电压信号的分析，对于电流，应转化为相应的电压信号，作为计算机的输入信号。
电流的测量一般按电流的强弱分为大、中、小三个范围，本设计只考虑中等电流的测量，常用的中等电流测量方法有：被测电路串电阻法和电流互感器法。
图6 串电阻法测电流 图7 电流互感器原理图（1）被测电路串电阻法测电流。
该方法取样电压一般要经过放大器放大再接到测量装置上，为了对测量电路带来影响，放大器常采用隔离放大器。
为达到一定的要求对电阻R有较高的要求，a.电阻R的阻值选择要合理，b.电阻R的热稳定性要好，c.交流电路中，R必须选择为无感电阻。
使用串电阻测电流的方法易于实现，结构简单，电路总体成本低。
工作原理如图6所示。
（2）电流互感器法。
用电流互感器对原副边电路起到了电隔离作用，对工作电路的影响减小，但是互感器的接入对电路瞬态电流的测试是不利的。
电流互感器的使用过程中变压器副边不允许开路，否则会使原边电流完全变为励磁电流，并在副边产生极高的电压，引起设备的损坏和人身伤害。
电流互感器的工作原理如图7所示。
（3）霍尔传感器法。
霍尔电流传感器的设计原理与霍尔电压传感器相似，此处不做赘述。
基于便于实现的原则，本设计拟采用电流互感器测电流的方法。
3.1.3抗混叠滤波根据采样定理，ωs代表采样频率，ωmax代表能分析出来的信号最高频率，二者之间满足ωs≥2ωmax，任何高于ωmax频率的信号经过采样后得到的信号频率在0~ωmax之间，这就是混叠频率。
在数字系统中无法将混叠频率和在0~ωmax的实际频率区分开，因此在使用A/D转换器进行采样之前，需要使用电容滤波器从模拟信号中滤掉这些比例。
系统要求测量频率为50Hz的市电电压，考虑到计算的简便性，本系统仅设计分析到基波的二十次谐波，即ωmax=1kHz。
同时考虑到一定的裕量，取采样频率为最高频率的10倍，即ωs=10kHz。
设计使用由运放组成的电压跟随器，其结构如图4所示。
使用该跟随器不改变输入信号的波形，但由于运放输入端高阻输出端低阻的特性可以很好地起到隔离的作用。
电容滤波器设计使用如图5所示的常见二阶低通滤波。
器。
其截至频率的计算为：f H=2π√R R C C图8 电压跟随器原理图图9 二阶低通滤波器原理图3.2. A/D转换模块的分析设计本方案拟采用数字化测量技术来计算电压的有效值、输出波形、谐波含量等参数，因而需要将输入的模拟信号转换为数字信号。
经由调理电路的模拟电压信号和由电流转换的模拟电压信号，计算机将通过A/D转换器、采样保持器和通道开关获得被测电压波形的离散点数据，并将这些数据送入微处理器进行处理。
其过程图6所示。
图103.2.1分辨率。
A/D转换器的分辨率以输出二进制数或十进制数的位数表示，它说明A/D 转换器对输入信号的分辨能力。
从理论上讲，n位二进制数字输出的A/D转换器应能区分输入模拟电压的n2个不同大小的等级，能区分输入电压的最小差异为12nFSR（满量程输入的12n）。
本设计中，电压测量的峰峰值为8.2V，如采用12位、满刻度为10V的A/D转换器AD574A，那么其分辨率计算为10212=10×14096=2.44mV3.2.2量化误差。
量化误差：由于A/D的有限分辨率而引起的误差，即有限分辨率A/D的阶梯状转移特性曲线与无限分辨率A/D（理想A/D）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。
通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、12LSB。
3.2.3转换误差。
转换误差通常以输出误差最大值的形式给出，它表示实际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之间的差别，一般多以最低有效位的倍数给出。
3.2.4转换速率。
转换速率是指完成一次从模拟转换到数字的A/D转换所需的时间的倒数，采样时间是指两次转换的间隔。
为了保证转换的正确完成，采样速率必须小于或等于转换速率。
3.3. 硬件设备的实现3.3.1电压测量板卡NI9255根据以上的理论分析，结合具体实际，实现电压的测量可以使用NI 公司生产的NI9255测量板卡通过并联方式测量电压。
卡的一端和白色的火线连接，卡的另一端和黑色的零线连接。
其接线如图11所示。
图11 NI9255板卡接线图图12 NI9225板卡的部分规格说明3.3.2电流测量板卡NI9227电流的测量可以使用NI 公司生产的NI9227板卡进行测量。
由于输入回路的电流已经经过电流互感器进行了转化，测量时，只需将互感器的两个输出端口分别连接到数据采集卡两端的端口即可进行电流的测量。
电流测量板卡的接线图如图12所示。
图13 NI9227板卡接线图NI 9227的部分规格说明四、软件的设计4.1有效值、平均值的计算。
设u 0.u 1,,,u n−1,u n 为采样后输入处理器的各个离散点的采样值，则输入交流电压的有效值和平均值由以下两个公式给出。
有效值：U rms =√T s T [12(u 02+u n 2)+u 12+u 22+…+u n−12] 平均值：U ̅=T s T [12(u 02+u n 2)+u 12+u 22+…+u n−12] 4.2 频率的测量原理本系统采用的是基于计算机的数字测量系统，所以选择过零点拟合法来实现频率的测量。
该方法主要适用于中低频率的测量，而且要求采样频率满足采样定理。
计算机采样法测频是利用计算机采样计算出被测信号的过零点，并由此得到信号的频率。
其原理说明如下：图15 过零点拟合测频法原理图如图15所示，由于噪声等干扰的影响，实际测量到的电压波形不会是一个标准正弦信号，而是在基波波形的基础上有所波动，这就使得实测电压的过零点不会按一个稳定的规律分布。
所以我们采用数据拟合的方法，假设信号过零点附近的曲线为一条直线，且过零点附近的两个采样点的采样时间为t1、t2，则通过线性插值，可以得到过零点的时间为t21，同样也可以得到下一个过零点的时间坐标为t32。