基于USB总线和LabVIEW多路温度测试仪开发

摘要

燃料电池电动汽车DC/DC变换器的诸如工作电压、电流、效率、体积、重量、温度这些参数指标中温度参数是一个尤为重要的参数。如何对DC/DC变换器内部多点温度参数进行实时监测从而为DC/DC变换器提供可靠的温度参数就成为本课题的直接来源和选题依据。 USB总线具有即插即用、使用方便、易于扩展以及抗干扰能力强等其它总线无法比拟的优点。如今USB已经成为PC上的标准接口，并迅速占领了计算机中、低速外设的市场。而且随着计算机功能的不断强大，虚拟仪器技术也在不断发展。它代表了测量与控制技术的未来发展方向。本课题的研究目的就是希望将USB总线技术和虚拟仪器技术应用到测量系统中，充分利用实验室现有的资源，设计一个基于USB总线和LabVIEW的多路温度测试仪。 在了解DC/DC变换器内部主电路的拓扑结构的基础上，考虑测试系统抗干扰技术，选用扩展了USB功能的微控制器芯片STM32F103和高精度温度传感器PT1000完成了基于恒流源的多通道温度检测电路原理图与印刷电路板设计。在学习USB协议和电子芯片数据手册的基础上编写了测试仪的下位机固件程序。通过LabVIEW中的NI—VISA开发驱动程序实现上位机与USB设备的通信功能。在LabVIEW虚拟仪器软件开发平台中编写用户界面并建立合理的报表生成系统，有效存储数据提供用户查询。 直接在LabVIEW环境下通过NI—VISA开发能驱动用户USB系统应用程序，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，节省了开发成本。设计完毕后对系统进行了软硬件联调，通道标定和现场试验，并进行了精度分析。实验结果表明课题在这一研究过程中取得了预期的良好结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1绪论

1.2虚拟仪器概述

1.3 USB的起源发展及特点

1.4虚拟仪器技术与USB技术的结合

1.5课题研究目的与意义

1.6主要研究内容

第2章 USB系统资源及通信协议简介

2.1 USB系统构成

2.1.1 PC上的USB系统组成部分

2.1.2 USB设备

2.1.3完整的USB系统软硬件组成

2.2 USB的机械和电气特性

2.2.1 USB电缆

2.2.2 USB供电模式

2.3 USB通信流

2.3.1设备端点

2.3.2管道

2.4 USB数据传输类型

2.5 USB设备枚举、配置

第3章温度测试仪硬件设计

3.1燃料电池车用DC/DC变换器概述

3.1.1 DC/DC变换器在燃料电池汽车中的作用

3.1.2 Buck DC/DC变换器主电路结构

3.1.3变换器实验参数概况

3.2硬件总体结构

3.3供电电源电路部分

3.4 Cortex-M3内核的单片机模块

3.4.1 Cortex-M3内核

3.4.2 STM32F103微控制器

3.5 USB接口电路部分

3.6 JTAG调试端口电路

3.7温度信号调理电路部分

3.7.1传感器指标

3.7.2温度传感器的选型

3.7.3温度信号调理电路的设计

3.8印刷电路板设计

第4章温度测试仪程序设计

4.1下位机固件程序设计

4.1.1初始化操作

4.1.2数据采集传送

4.2上位机用户界面程序设计

4.2.1 LabVIEW简介

4.2.2 LabVIEW主程序的设计

第5章系统调试与精度分析

5.1调试工具

5.1.1 uVision3集成开发环境

5.1.2 ULINK仿真器

5.2硬件调试过程

5.3软硬件现场联调

5.4测试精发分析

第6章结论与展望

6.1结论

6.2今后进一步工作展望

致谢

参考文献

附录A温度测试仪原理图

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果