低频电磁场电流信号测控系统的研制
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摘要
本论文主要介绍了课题所做的低频电磁场电流测控系统的研制、开发工作，
详细阐述了系统的软、硬件设计思想，并着重分析了课题研究中所做的一些改进
和创新。
低频电磁场电流测控系统包括电流测试和输出控制两个部分，由软件和硬件
相互配合组成一个完整的计算机控制系统。控制系统包括硬件部分和软件部分，
硬件部分主要包括电流电压传感器、与CPU的接口电路、数据采集电路以及电
流频率、幅值控制器件；软件部分则一方面通过对采集到的电流数据进行分析，
实时显示当前电流参数如波形、频率、幅值，另一方面对不合要求的电流参数进
行调整，从键盘输入所需的参数数值，通过计算机输出的控制电流或电压从而实
现对电源参数的控制，此外还对计算机输出参数可变的方波、正弦波、指数形波
做了一些探索和讨论。
本课题所做的改进和创新主要有：在硬件设计上，采用了新型磁补偿式霍尔
传感器将输出电流和电压变换为适合计算机采集的电压信号；软件设计方面，在
对方波进行频谱分析的基础上，确定采样频率和显示方式；根据不同的控制硬件
确定电流的控制策略，设计参数算法；在Windows操作系统下采用Visual Basic
语言编程，用户界面友好，为低频电磁场的使用人员提供了很大的方便。在本课
题中，为了简化系统的硬件设计，增强系统智能化，还讨论了利用软件编程从计
算机端口输出各种波形的方法，并初步探索了滤波方法，运用该方法滤波后得到
的波形放大后也可直接作为信号源。
另外，本文对低频电磁场发生装置原理、计算机接口与数据传送方式、方波
频谱分析也进行了较详细的讨论。
This paper mainly introduces the development of the Current Measurement and Control System in a Low-frequency Magnetic Field. The design method of the system is expounded in detail and some improvement in the task is emphasized.
The Current Measurement and Control System in a Low-frequency Magnetic Field is a comprehensive system of hardware and software, including two parts: current measurement and computer control. The system hardware design consists of current and voltage sensors, CPU interface, data sampling circuit and current, frequency control parts. The system software comprises the display of waveform, number of frequency and amplitude and the control of current parameters. What's more, some study of variable parameters waves are displayed in the paper.
The improvement of this system is made in following aspects. A new type sensor is employed to transfer the current to appropriate voltage, which can be sampled by the computer. The operating system of PC Bus industrial computer software has changed from DOS to Windows. The sampling frequency is determined on the basis of spectrum analysis and the arithmetic design for control is discussed. Also, three kinds of wave is output through computer programming. It may simplify system hardware design and after amplified, the wave can be used as signal source.
Furthermore, the low-frequency magnetic field generator, computer interface and data transmission method, square wave frequency spectrum are also discussed in this paper.
详细阐述了系统的软、硬件设计思想，并着重分析了课题研究中所做的一些改进
和创新。
低频电磁场电流测控系统包括电流测试和输出控制两个部分，由软件和硬件
相互配合组成一个完整的计算机控制系统。控制系统包括硬件部分和软件部分，
硬件部分主要包括电流电压传感器、与CPU的接口电路、数据采集电路以及电
流频率、幅值控制器件；软件部分则一方面通过对采集到的电流数据进行分析，
实时显示当前电流参数如波形、频率、幅值，另一方面对不合要求的电流参数进
行调整，从键盘输入所需的参数数值，通过计算机输出的控制电流或电压从而实
现对电源参数的控制，此外还对计算机输出参数可变的方波、正弦波、指数形波
做了一些探索和讨论。
本课题所做的改进和创新主要有：在硬件设计上，采用了新型磁补偿式霍尔
传感器将输出电流和电压变换为适合计算机采集的电压信号；软件设计方面，在
对方波进行频谱分析的基础上，确定采样频率和显示方式；根据不同的控制硬件
确定电流的控制策略，设计参数算法；在Windows操作系统下采用Visual Basic
语言编程，用户界面友好，为低频电磁场的使用人员提供了很大的方便。在本课
题中，为了简化系统的硬件设计，增强系统智能化，还讨论了利用软件编程从计
算机端口输出各种波形的方法，并初步探索了滤波方法，运用该方法滤波后得到
的波形放大后也可直接作为信号源。
另外，本文对低频电磁场发生装置原理、计算机接口与数据传送方式、方波
频谱分析也进行了较详细的讨论。
This paper mainly introduces the development of the Current Measurement and Control System in a Low-frequency Magnetic Field. The design method of the system is expounded in detail and some improvement in the task is emphasized.
The Current Measurement and Control System in a Low-frequency Magnetic Field is a comprehensive system of hardware and software, including two parts: current measurement and computer control. The system hardware design consists of current and voltage sensors, CPU interface, data sampling circuit and current, frequency control parts. The system software comprises the display of waveform, number of frequency and amplitude and the control of current parameters. What's more, some study of variable parameters waves are displayed in the paper.
The improvement of this system is made in following aspects. A new type sensor is employed to transfer the current to appropriate voltage, which can be sampled by the computer. The operating system of PC Bus industrial computer software has changed from DOS to Windows. The sampling frequency is determined on the basis of spectrum analysis and the arithmetic design for control is discussed. Also, three kinds of wave is output through computer programming. It may simplify system hardware design and after amplified, the wave can be used as signal source.
Furthermore, the low-frequency magnetic field generator, computer interface and data transmission method, square wave frequency spectrum are also discussed in this paper.
引文
1．吴石增，机电一体化系统的计算机控制技术，第一版，中国电力出版社，1998．9，P94～P113
2．胡广书，数字信号处理——理论、算法与实现，清华大学出版社，1997．8
3．[美]A．帕普里斯，信号分析，科学出版社，1981年2月
4．高登芳、潘承武、朱英杰，微型计算机实用测控接口技术，北京科学技术出版社，1990．5
5．迟关心，孔振宇，马骏，赵万生，WINDOWS环境下实时数据采集与控制程序的开发，微型机与应用，1998，No．6，P50～52
6．研华工控，数据采集与控制卡，测控技术，1995，Vol．14，No．6，P40～42
7．谭国平，VC++中DLL的编程技术及其在数据采集控制中的应用，计算机系统应用，2000，No．1，P62～64
8．科日新控电子技术有限公司，K-811多功能接口卡用户手册，2001
9．陈季琪，工业控制微型计算机——总线、模板、系统，南京大学出版社，1993．4．
10．张艳玲，柳光辽，一个计算机控制的数据采集系统，仪器仪表天地，2001，Vol．17，No．10，P19～20
11．张正芳，谭斯璐，工业PC数据采集和控制系统，机械与电子，1995，No．2，P39～42
12．胡文信，浅谈计算机控制系统中的干扰及其抑制措施，山东煤炭科技，1994，No．2，P56～59
13．周洁敏，苏登军，陶云刚，Windows95环境下数据采集与实时控制的实现，计算机工程，1999，Vol．25，No．7，P90～92
14．李祥芝，微型计算机控制多路模拟输入信号的数据采集，陕西工学院学报，1994，Vol．10，No．2，P50～53
15．黄廷磊，李敏，郑刚，王乃宁，WINDOWS环境下数据采集控制软件的研究，上海理工大学学报，1998，Vol．20，No．4，P356～358
16．冯建农，微机同步数据采集与控制接口设计与实现，测控技术，1996，
Vol．15，No．5，P53～55
17．王晓岚，黄涛，周小鹏，基于PC总线的数据采集系统在工业控制系统中的设计，重庆工业高等专科学校学报，1998，No．4
18．金昊，高焕文，柯冬香，如何实现基于PC的数据采集与控制系统，电子与自动化，1998，No．5，P3～6
19．王卫锋，基于DLL的PCL—818HD数据采集卡在控制系统中的应用，工业控制计算机，2001，Vol．14，No．11，P58～60
20．张锐，陈励军，一种基于虚拟示波器技术的数据采集系统，计算机测量与控制，2003，Vol．11，No．2，P122～124
21．马淑华，赵一丁，王俊杰，Delphi环境下控制系统实时数据采集曲线的绘制与打印，软件世界，2000，No．9，P106～107
22．赵又新，Visual Basic与单片机主从式串行通信，工业控制计算机，1991，No．1，P16～22
23．高峰，茹锋，薛钧义，在Windows95／NT环境下用Visual C++实现数据采集的方法，工业控制计算机，1991，No．1，P23～27
24．欧阳忠，彭文基，李庆行，余振新，IBMPC／XT计算机控制精密光学自相关器和实验数据采集与处理自动化系统，1994，Vol．18，No．5，P313～316
25．吴春鹏，超声信号数据采集和分析的计算机控制系统，哈尔滨铁道科技，1998，No．4，P18～19
26．肖炜，法林，杨焕成，年轩沁，赵雁翔全波固井质量测井仪数据采集与控制系统的电路设计，测井技术，1994，No．5，P384～389
27．David J.Kruglinski,Scot Wingo,George Shepherd,Programming Visual C++6.0技术内幕，第五版，北京希望电子出版社，1999．5
28．东箭工作室，Visual Basic5.0中文版程序设计，清华大学出版社，1998
29．Evangelos Petroutsos,Kevin Hough,Visual Basic 6高级开发指南，电子工业出版社，1998
30．Robert W.Stewart,Visual Basic图形程序设计，清华大学出版社，1995．10
31．荆平，郑伟，王培玲，Doevents函数在工业测控软件中的应用研究，计算机测量与控制，2001，Vol．9，No．S0，P37～39
32．唐世钧，王保华，钟季康等，生物医学电磁学——非热效应现象与机理，国外医学生物工程分册，1998，Vol．21，No．1，P12～19
33．周兴旺，施英，生物电磁学，物理，1995，Vol．24，No．1，P36～38
34．赵喜平，磁共振成像系统原理及其应用，科学出版社，第一版，2000．12
35．宋婷，刘瑛岩，关志成，基于IPM的脉冲电磁场发生系统，电工电能新技术，2002，Vol．21，No．2，P61～63
36. Gary A. Mintchell, PC-Based Control, Control Engineering, 1999, Vol. 46, No. 2, P62～68
37. D.L. Miller, M.C. Miller and W.T. Kaune, Addition of Magnetic Field Capability to Existing Extremely-Low-Frequency Electric Field Exposure Systems, Bioelectromagnetics, 1989, Vol. 10, P85-98
38. Design and Fabrication of Well Confined Uniform Magnetic Field Exposure System, Bioelectromagnetics, 1994, Vol.15, P563-577
39. A Magnetic Field Exposure Facility for Evaluation of Animal Carcinogenicity, Bioelectromagnetics, 2000, Vol. 21, P432-438
1、 Xiaona Wang, Shizeng Wu, Mali Gong, etc, 4-axis optical head lens actuator for disc tilt compensation, IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol.48(1), Feb, 2002。(被SCI和EI收录)
2、 王晓娜，吴石增等，一种新型的磁悬浮四维物镜力矩器，电工电能新技术，vol．21(3)，2002。
3、 王晓娜，吴石增，低频电磁场电流信号测控系统的研制，第六届全国计算机应用联合学术会议，2002年10月。
4、 王晓娜，吴石增，基于PC机的参数可调正弦信号发生器的设计，计算机测量与控制，vol．11(10)，2003。(录用待发)
2．胡广书，数字信号处理——理论、算法与实现，清华大学出版社，1997．8
3．[美]A．帕普里斯，信号分析，科学出版社，1981年2月
4．高登芳、潘承武、朱英杰，微型计算机实用测控接口技术，北京科学技术出版社，1990．5
5．迟关心，孔振宇，马骏，赵万生，WINDOWS环境下实时数据采集与控制程序的开发，微型机与应用，1998，No．6，P50～52
6．研华工控，数据采集与控制卡，测控技术，1995，Vol．14，No．6，P40～42
7．谭国平，VC++中DLL的编程技术及其在数据采集控制中的应用，计算机系统应用，2000，No．1，P62～64
8．科日新控电子技术有限公司，K-811多功能接口卡用户手册，2001
9．陈季琪，工业控制微型计算机——总线、模板、系统，南京大学出版社，1993．4．
10．张艳玲，柳光辽，一个计算机控制的数据采集系统，仪器仪表天地，2001，Vol．17，No．10，P19～20
11．张正芳，谭斯璐，工业PC数据采集和控制系统，机械与电子，1995，No．2，P39～42
12．胡文信，浅谈计算机控制系统中的干扰及其抑制措施，山东煤炭科技，1994，No．2，P56～59
13．周洁敏，苏登军，陶云刚，Windows95环境下数据采集与实时控制的实现，计算机工程，1999，Vol．25，No．7，P90～92
14．李祥芝，微型计算机控制多路模拟输入信号的数据采集，陕西工学院学报，1994，Vol．10，No．2，P50～53
15．黄廷磊，李敏，郑刚，王乃宁，WINDOWS环境下数据采集控制软件的研究，上海理工大学学报，1998，Vol．20，No．4，P356～358
16．冯建农，微机同步数据采集与控制接口设计与实现，测控技术，1996，
Vol．15，No．5，P53～55
17．王晓岚，黄涛，周小鹏，基于PC总线的数据采集系统在工业控制系统中的设计，重庆工业高等专科学校学报，1998，No．4
18．金昊，高焕文，柯冬香，如何实现基于PC的数据采集与控制系统，电子与自动化，1998，No．5，P3～6
19．王卫锋，基于DLL的PCL—818HD数据采集卡在控制系统中的应用，工业控制计算机，2001，Vol．14，No．11，P58～60
20．张锐，陈励军，一种基于虚拟示波器技术的数据采集系统，计算机测量与控制，2003，Vol．11，No．2，P122～124
21．马淑华，赵一丁，王俊杰，Delphi环境下控制系统实时数据采集曲线的绘制与打印，软件世界，2000，No．9，P106～107
22．赵又新，Visual Basic与单片机主从式串行通信，工业控制计算机，1991，No．1，P16～22
23．高峰，茹锋，薛钧义，在Windows95／NT环境下用Visual C++实现数据采集的方法，工业控制计算机，1991，No．1，P23～27
24．欧阳忠，彭文基，李庆行，余振新，IBMPC／XT计算机控制精密光学自相关器和实验数据采集与处理自动化系统，1994，Vol．18，No．5，P313～316
25．吴春鹏，超声信号数据采集和分析的计算机控制系统，哈尔滨铁道科技，1998，No．4，P18～19
26．肖炜，法林，杨焕成，年轩沁，赵雁翔全波固井质量测井仪数据采集与控制系统的电路设计，测井技术，1994，No．5，P384～389
27．David J.Kruglinski,Scot Wingo,George Shepherd,Programming Visual C++6.0技术内幕，第五版，北京希望电子出版社，1999．5
28．东箭工作室，Visual Basic5.0中文版程序设计，清华大学出版社，1998
29．Evangelos Petroutsos,Kevin Hough,Visual Basic 6高级开发指南，电子工业出版社，1998
30．Robert W.Stewart,Visual Basic图形程序设计，清华大学出版社，1995．10
31．荆平，郑伟，王培玲，Doevents函数在工业测控软件中的应用研究，计算机测量与控制，2001，Vol．9，No．S0，P37～39
32．唐世钧，王保华，钟季康等，生物医学电磁学——非热效应现象与机理，国外医学生物工程分册，1998，Vol．21，No．1，P12～19
33．周兴旺，施英，生物电磁学，物理，1995，Vol．24，No．1，P36～38
34．赵喜平，磁共振成像系统原理及其应用，科学出版社，第一版，2000．12
35．宋婷，刘瑛岩，关志成，基于IPM的脉冲电磁场发生系统，电工电能新技术，2002，Vol．21，No．2，P61～63
36. Gary A. Mintchell, PC-Based Control, Control Engineering, 1999, Vol. 46, No. 2, P62～68
37. D.L. Miller, M.C. Miller and W.T. Kaune, Addition of Magnetic Field Capability to Existing Extremely-Low-Frequency Electric Field Exposure Systems, Bioelectromagnetics, 1989, Vol. 10, P85-98
38. Design and Fabrication of Well Confined Uniform Magnetic Field Exposure System, Bioelectromagnetics, 1994, Vol.15, P563-577
39. A Magnetic Field Exposure Facility for Evaluation of Animal Carcinogenicity, Bioelectromagnetics, 2000, Vol. 21, P432-438
1、 Xiaona Wang, Shizeng Wu, Mali Gong, etc, 4-axis optical head lens actuator for disc tilt compensation, IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol.48(1), Feb, 2002。(被SCI和EI收录)
2、 王晓娜，吴石增等，一种新型的磁悬浮四维物镜力矩器，电工电能新技术，vol．21(3)，2002。
3、 王晓娜，吴石增，低频电磁场电流信号测控系统的研制，第六届全国计算机应用联合学术会议，2002年10月。
4、 王晓娜，吴石增，基于PC机的参数可调正弦信号发生器的设计，计算机测量与控制，vol．11(10)，2003。(录用待发)