基于LabVIEW的光柵測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：在常用的傳動(dòng)元件蝸桿的生產(chǎn)中，可以通過檢測(cè)蝸桿副嚙合運(yùn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)中心距的變化來快速檢測(cè)其加工是否合格。基于虛擬儀器設(shè)計(jì)理論，以LabVIEW8．6虛擬儀器作為軟件開發(fā)平臺(tái)，單片機(jī)STC89C55作為下位機(jī)主控芯片，設(shè)計(jì)出適合實(shí)際需要的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用數(shù)字式傳感器光柵尺和角編碼器結(jié)合單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。利用串行通信的方式在上位機(jī)的LabVIEW8．6上實(shí)現(xiàn)了光柵測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)圖形顯示和分析統(tǒng)計(jì)等功能。
關(guān)鍵詞：LabVIEW8．6；蝸桿；光柵尺；角編碼器；單片機(jī)；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集

引言
傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備測(cè)量儀器，其功能固定、擴(kuò)展性差，且測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間長。美國國家儀器NI公司于1986年提出的虛擬儀器的概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)重大變革。其將計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)字處理能力和儀器硬件的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起，大大增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能。而NI公司開發(fā)的圖形化開發(fā)平臺(tái)LabVIEW無疑是虛擬儀器的杰出代表。
蝸桿傳動(dòng)過程中，往往會(huì)碰到蝸桿蝸輪嚙合中心距測(cè)量問題。本系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)交錯(cuò)放置在檢具底盤上蝸桿副嚙合運(yùn)動(dòng)中的傳動(dòng)中心距以及蝸輪轉(zhuǎn)角值的位置信息數(shù)據(jù)采集電路，并在上位機(jī)LabVIEW8．6軟件開發(fā)平臺(tái)上實(shí)時(shí)顯示出位置信息關(guān)系曲線以及對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1 系統(tǒng)的組成及工作原理
圖1為系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖。該光柵測(cè)量系統(tǒng)主要由PC 工控機(jī)、STC89C55、信號(hào)接口電路、信號(hào)預(yù)處理電路以及液晶顯示控制電路組成。其中，角編碼器和光柵尺傳感器組成光柵位移量測(cè)量的檢測(cè)傳輸平臺(tái)，分別輸出蝸輪轉(zhuǎn)角值和蝸桿副傳動(dòng)中心距位置信息；然后再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換以及整形放大電路，輸出單片機(jī)可以識(shí)別的相位角相差90°的2路方波序列脈沖信號(hào)(A相主信號(hào)和B相副信號(hào))，另外還輸出一個(gè)作為校驗(yàn)Z信號(hào)。硬件接口電路將3路信號(hào)輸入到信號(hào)預(yù)處理電路進(jìn)行化移脈沖數(shù)據(jù)、移動(dòng)方向以及原點(diǎn)信息的預(yù)處理，再由單片機(jī)通過數(shù)據(jù)總線根據(jù)需要讀取、處理和顯示數(shù)據(jù)，隨后通過RS232串口總線將采集的多路數(shù)據(jù)送入LabVIEW軟件平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)以及分析。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 主控芯片
本系統(tǒng)的下位機(jī)核心控制芯片是單片機(jī)STC89C55，其內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間有20 KB，片內(nèi)RAM為1280字節(jié)，外部晶振頻率最高可以接入40 MHz。該單片機(jī)不僅具有MCS-51系列單片機(jī)的所有特性，而且具有穩(wěn)定性高、功耗低、抗干擾等特點(diǎn)，是目前性價(jià)比較高的芯片。由于本系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高，所以選用24 MHz外部晶振，可提高單片機(jī)的處理速度。
2．2 數(shù)據(jù)采集接口電路
本系統(tǒng)中光柵尺和角編碼器都屬于增量式光電編碼器，而增量式編碼器系列有各種不同類型的輸出電路方式可以選擇，為了抑制共模干擾和提高傳輸抗干擾性能，設(shè)計(jì)中采用了差分輸出型方案。由于數(shù)字式傳感器不需要進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，所以需將差分信號(hào)轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以識(shí)
別的單端TTL信號(hào)，進(jìn)而直接進(jìn)行辨向計(jì)數(shù)。AM26C32是NI公司的4路差動(dòng)線路接收器，將差分信號(hào)轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以識(shí)別的單端TTL信號(hào)，進(jìn)而直接進(jìn)行辨向計(jì)數(shù)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集接口電路如圖2所示。