基于LabVIEW的光柵測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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LabVIEW前面板如圖5所示，給出了上位機(jī)LabVIEW控制平臺(tái)的蝸桿副快速檢測(cè)平臺(tái)。采用模塊化設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)主要由串口配置與控制模塊、數(shù)據(jù)讀取與轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)顯示、統(tǒng)計(jì)與存儲(chǔ)模塊等組成。用戶無需了解模塊內(nèi)部的程序框圖便可直接通過鼠標(biāo)在界面上操作，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報(bào)警、控制等功能。
(1)串口配置與控制模塊
為了保證計(jì)算機(jī)與單片機(jī)能串口通信，首先應(yīng)進(jìn)行串口初始化。根據(jù)單片機(jī)串口設(shè)定方式，在程序框圖設(shè)置VISA資源名稱為COM1，波特率為9 600，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1，無奇偶校驗(yàn)位和流控制。這些初始設(shè)定都可以在前面板的相應(yīng)輸入控件中加以更改。在VISA標(biāo)準(zhǔn)串口函數(shù)庫(kù)里面提供的節(jié)點(diǎn)不僅可以實(shí)現(xiàn)串口初始化配置，還可以對(duì)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫控制。另外，在程序框圖中所有的功能子模塊都需要在while循環(huán)內(nèi)，同時(shí)用前面板的布爾值丌關(guān)控制循環(huán)命令條件端子。
(2)數(shù)據(jù)讀取與轉(zhuǎn)換模塊
圖6給出了數(shù)據(jù)讀取與轉(zhuǎn)換模塊程序框圖。框圖中，VISA Reed節(jié)點(diǎn)用于讀取指定數(shù)量的字節(jié)。Bytcs at Port節(jié)點(diǎn)是VISA串口字節(jié)數(shù)，用于判斷瀆取數(shù)據(jù)是否滿足4個(gè)字節(jié)，如果為真即滿足條件，則進(jìn)入數(shù)據(jù)讀取模塊，串口字節(jié)數(shù)清空；正確讀取的4個(gè)字節(jié)巾前2個(gè)字節(jié)為蝸輪角度值，后2個(gè)字節(jié)為傳動(dòng)蝸桿中心距數(shù)據(jù)。由于讀串口節(jié)點(diǎn)只能讀取字符串，所以需要進(jìn)行正確的字符串與數(shù)字之間的轉(zhuǎn)換，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)顯示與統(tǒng)計(jì)分析。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/193949.htm
根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能的子VI模塊。其作用是將存放串口讀取數(shù)據(jù)的數(shù)組送入處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換VI模塊，并根據(jù)事先設(shè)定好的控制參數(shù)，得到轉(zhuǎn)換后的角度和傳動(dòng)中心距偏差數(shù)據(jù)，分別保存于X-Y軸坐標(biāo)數(shù)組，便于后續(xù)顯示。該轉(zhuǎn)換模塊中利用LabVIEW所特有的公式節(jié)點(diǎn)，直接輸入條件判斷公式和有關(guān)端子，而不用創(chuàng)建復(fù)雜的框圖節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩路數(shù)據(jù)不同類型的換算和轉(zhuǎn)換。另外，輸出的角度值可以用來指示當(dāng)前蝸輪是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，而輸出的傳動(dòng)中心距偏差值可以用來指示蝸桿目前狀態(tài)。控制參數(shù)正確設(shè)置對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是極為重要的。
角編碼器和光柵尺的光柵線數(shù)分別決定了其所能分辨的最小角度和傳動(dòng)中心距長(zhǎng)度，而理論中心距是檢測(cè)蝸桿的理想?yún)?shù)，它與精度等級(jí)共同決定了傳動(dòng)中心距的極限偏差值，通過現(xiàn)行機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查找得出。在本設(shè)計(jì)中，提供的光柵尺測(cè)量精度為0．01 mm，選用的精度等級(jí)不能過高。從設(shè)計(jì)中選用的第9等級(jí)精度可知，待檢測(cè)蝸輪副實(shí)際中心距偏差值不能超過60 mm，一旦超過設(shè)定的測(cè)量范圍將會(huì)報(bào)警提示，并顯示蝸桿質(zhì)量不正常。
(3)數(shù)據(jù)顯示、統(tǒng)計(jì)與存儲(chǔ)模塊
LabVIEW是號(hào)為測(cè)量、分析數(shù)據(jù)并提交結(jié)果而設(shè)計(jì)的，其強(qiáng)大的圖表和圖形組件體現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。由于坐標(biāo)圖不同于簡(jiǎn)單的波形圖，其可以有不同類型的數(shù)據(jù)輸入，因此不能簡(jiǎn)單互連，故坐標(biāo)圖需要將X數(shù)組和Y數(shù)組分別轉(zhuǎn)換成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)類型后綁定為一個(gè)簇連接到坐標(biāo)圖中。本設(shè)計(jì)在前面板的控件選項(xiàng)卡中找到Express類，Express函數(shù)不同于一般的LabVIEW函數(shù)，其可以被視為通用編程問題的解決方案庫(kù)。在前面板合適位置放置Express；XY坐標(biāo)圖后，其在程序框圖中自動(dòng)地“在幕后”產(chǎn)生了對(duì)應(yīng)圖標(biāo)，只需要將創(chuàng)建XY圖標(biāo)的兩個(gè)輸入端子直接與來自按名稱釋放簇中X軸和Y軸坐標(biāo)數(shù)組兩端子分別相連，便會(huì)自動(dòng)匹配數(shù)據(jù)輸入格式。不僅如此，測(cè)量文件的快速寫入也是通過函數(shù)面板中Write To Measurement File Express VI加以配置，指定如何格式化文件以及保存數(shù)據(jù)內(nèi)容。通過在前面板設(shè)置數(shù)據(jù)保存開關(guān)，便可以靈活記錄和實(shí)時(shí)訪問已測(cè)量過的數(shù)據(jù)值。
結(jié)語
本文以單片機(jī)STC89C55為數(shù)據(jù)采集核心硬件，NI公司的LabVIEW為上位機(jī)支持軟件，完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)和對(duì)普通圓柱蝸桿的質(zhì)量快速檢測(cè)。采用LabVIEW程序設(shè)計(jì)多路數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與分析，編程者不需要深究相關(guān)硬件的專業(yè)知識(shí)，也不需要考慮復(fù)雜的專門的驅(qū)動(dòng)程序編寫，只需合理使用LabVIEW提供的控件和函數(shù)。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)縮短了開發(fā)周期，并且具有硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好、測(cè)試穩(wěn)定、功能可擴(kuò)展的特點(diǎn)。
評(píng)論