基于LabVIEW的光柵測量系統(tǒng)設(shè)計
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LabVIEW前面板如圖5所示，給出了上位機LabVIEW控制平臺的蝸桿副快速檢測平臺。采用模塊化設(shè)計思想，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)計與存儲模塊等組成。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，實現(xiàn)上位機數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、報警、控制等功能。
(1)串口配置與控制模塊
為了保證計算機與單片機能串口通信，首先應(yīng)進行串口初始化。根據(jù)單片機串口設(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)庫里面提供的節(jié)點不僅可以實現(xiàn)串口初始化配置，還可以對緩沖區(qū)數(shù)據(jù)進行讀寫控制。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?？驁D中，VISA Reed節(jié)點用于讀取指定數(shù)量的字節(jié)。Bytcs at Port節(jié)點是VISA串口字節(jié)數(shù)，用于判斷瀆取數(shù)據(jù)是否滿足4個字節(jié)，如果為真即滿足條件，則進入數(shù)據(jù)讀取模塊，串口字節(jié)數(shù)清空；正確讀取的4個字節(jié)巾前2個字節(jié)為蝸輪角度值，后2個字節(jié)為傳動蝸桿中心距數(shù)據(jù)。由于讀串口節(jié)點只能讀取字符串，所以需要進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)計分析。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/193949.htm
根據(jù)模塊化設(shè)計思想，系統(tǒng)設(shè)計了一個處理數(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，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，實現(xiàn)了對兩路數(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)置對系統(tǒng)設(shè)計是極為重要的。
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中心距長度，而理論中心距是檢測蝸桿的理想?yún)?shù)，它與精度等級共同決定了傳動中心距的極限偏差值，通過現(xiàn)行機械設(shè)計手冊查找得出。在本設(shè)計中，提供的光柵尺測量精度為0．01 mm，選用的精度等級不能過高。從設(shè)計中選用的第9等級精度可知，待檢測蝸輪副實際中心距偏差值不能超過60 mm，一旦超過設(shè)定的測量范圍將會報警提示，并顯示蝸桿質(zhì)量不正常。
(3)數(shù)據(jù)顯示、統(tǒng)計與存儲模塊
LabVIEW是號為測量、分析數(shù)據(jù)并提交結(jié)果而設(shè)計的，其強大的圖表和圖形組件體現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。由于坐標(biāo)圖不同于簡單的波形圖，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)換成動態(tài)數(shù)據(jù)類型后綁定為一個簇連接到坐標(biāo)圖中。本設(shè)計在前面板的控件選項卡中找到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。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地“在幕后”產(chǎn)生了對應(yīng)圖標(biāo)，只需要將創(chuàng)建XY圖標(biāo)的兩個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，便會自動匹配數(shù)據(jù)輸入格式。不僅如此，測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時訪問已測量過的數(shù)據(jù)值。
結(jié)語
本文以單片機STC89C55為數(shù)據(jù)采集核心硬件，NI公司的LabVIEW為上位機支持軟件，完成數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)設(shè)計和對普通圓柱蝸桿的質(zhì)量快速檢測。采用LabVIEW程序設(shè)計多路數(shù)據(jù)實時采集與分析，編程者不需要深究相關(guān)硬件的專業(yè)知識，也不需要考慮復(fù)雜的專門的驅(qū)動程序編寫，只需合理使用LabVIEW提供的控件和函數(shù)。實踐表明，該系統(tǒng)縮短了開發(fā)周期，并且具有硬件電路設(shè)計簡單、實時性好、測試穩(wěn)定、功能可擴展的特點。
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