基于LabVIEW的水利发电机测控系统的设计

白娜　崔巧娜　王先宇

【摘要】本系统是以虚拟仪器以及LabVIEW软件为基础，对电机转速进行测控。整个系统可以分为硬件部分和软件部分。在硬件部分，重点在于电机转速的采集模块的设计。系统将电机转速通过3144电磁霍尔传感器进行处理，然后通过数据采集卡获得能够让计算机处理的数字信号。软件部分重点在于通过LabVIEW软件把初步处理的电机转速信号进行读取，对获得的信号进行调用、转换、采集等处理，继而在波形图上显示出来。

【关键词】LabVIEW；水利发电机；3144霍尔传感模块；数据采集卡

当代社会科学发展迅猛，电机的应用伴随着科学发展的迅猛潮流慢慢渗透到各个领域。电机的广泛使用就必须有相应的检测维护过程，其中电机的转速的测量和控制是不可缺少的一个环节，尤其是在水利发电系统中。

1.虚拟仪器和LabVIEW

虚拟仪器一般由硬件和软件两部分组成，分别为计算机、仪器硬件和应用软件，其中应用软件主要指数据处理软件和结合计算机显示器模拟信号输入输出的软件，并由计算机及其测量仪器硬件模块组成了虚拟仪器硬件平台的基础。LabVIEW是一种实验室虚拟仪器集成环境，是NI公司专门为虚拟仪器的研究开发而设计的软件。作为这一行业标准图形化编程软件，不仅能够轻松地完成与各种软硬件的连接，更能为各方面提供强大的后续数据处理能力，设置数据处理、转换、存储的方式，并将结果显示给用户。

2.水利发电原理

水利发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，即利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电能。科学家以水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等知识，设计出高发电量的设备，供人们使用廉价又无污染的电能。

3.系统硬件电路的设计

本系统硬件部分主要是电机转速的采集部分。本系统采用3144霍尔电磁传感开关进行电机转速的采集。因为数据采集卡对于电机转速采集到的数据可以直接获取采用，而不需要进行信号处理。系统硬件结构框图如图1。

4.软件部分程序的设计

4.1设计方案 本系统软件设计部分分以下几个步骤：（1）发送信号；（2）信号程序调用；（3）信号采集；（4）信号分析；（5）得出波形，测的转速；（6）比较转速，控制电机状态。设计程序流程图如图2。

4.2电机转速测控软件部分的程序设计 1）程序调用.设计过程中首先要进行信号的输入，进行信号的模拟采集与初步处理，需要调用3144霍尔传感器所对应的函数模块，从而获得信号。2）信号的采集、处理、分析.由传感器收集到信号后，并发送到计算机处理程序中进行详细处理，存储到采集卡，并在程序面板上显示。最后将得到过调整、处理的信号波形进行分析。3）程序由桌面显示.在计算机程序上处理完后，一系列数据都会在程序的前面板上显示。

4.3电机转速控制部分设计 当系统启动后，霍尔传感器模块将测得的信号输入数据采集卡，程序将数据采集卡采集到的信号进行计算，控制PWM的输出，从而控制电机的转速。控制程序见图3。

4.4电机应急保护系统设计 本系统为保证系统安全，能够使发电机能够正常并长期服役运行，需要使发电机保持在正常的转速，即电机转速有个门限值。系统的设计为用电压大小模拟水利阀门的大小。如何控制电压大小，本系统应用一电位器来控制电压的大小，电压输出由数据采集卡的数字输出端口输出，其输出电压恒定为3.3V，当转速超过设定门限值时数据采集卡输出端口立即变为低电平，即输出电压为0。此时相当于关闭阀门停止水流对水轮机的冲击，电机停止转动。电机转动控制数字输出程序如图4。

结论

本系统的核心部分则是LabVIEW软件的程序编写模块，它是将数据采集卡采集的电机转速信号识别出来，并将转速信號提取，然后将信号进行分析。通过编写的LabVIEW程序将实验过程形象准确的在计算机上显示出来。硬件部分包括微型马达、3144霍尔传感器、信号调理器和数据采集卡。电机转速由传感器将测到的物理量—温度转变为电信号；然后通过信号调理器将电信号进行滤波等预处理；而数据采集卡的作用则是将模拟信号转换为数字信号。

参考文献

[1]（美）Jeffrey Travis，（美）Jim Kring.LabVIEW大学实用教程（第三版）[M].第三版.北京：电子工业出版社，2008

作者简介

白娜（1981-），女，黑龙江绥化人，本科，研究方向：电子与通信工程。