【正文】 .................................................... 19 LabVIEW 設計 .................................................................................................................... 19 前面板設計 ........................................................................................................................ 19 后面板設計 ........................................................................................................................ 20 結 論 .............................................................................................................................................. 22 謝 辭 .............................................................................................................................................. 23 參 考 文 獻 .................................................................................................................................... 24 附錄 1 ............................................................................................................................................. 25 附錄 2 ............................................................................................................................................. 27 附錄 3 ............................................................................................................................................. 28 基于 LabVIEW 的材料測試系統(tǒng)設計 —— 載荷測量 1 第 1 章 緒論 引 言 材料測試機早在幾十年前就已經廣泛的應用于拉力機，壓力機的測量實驗中，然而，隨著科學技術的發(fā)展和現(xiàn)代測試技術的不斷更新和進步，尤其是計算機的日新月異的變化，虛擬儀器應用于各個領域已經越來越普及。 虛擬儀器的概念由美國 NI公司于 2O世紀 80年代中期提出的 [1]，這一概念的核心是以計算機為虛擬儀器的硬件支撐，結合計算機的圖形處理與運算、存儲、顯示及文件管理等智能式功能，用戶根據實際需要自行設計、自行定義符合需求的虛擬儀器面板，通過友好的圖形界面來控制振動信號的采集、分析處理及打印等。使用 非常靈活方便 ?。虛擬儀器的開發(fā)平臺是虛擬儀器的精髓、而 LabVIEW 以其直觀、簡便的編程方式。眾多的源碼設備驅動程序，多種多樣的對分析和表達功能的支持，為用戶快捷地構建自己在實際生產中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。成為一款優(yōu)秀的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺 ,虛擬儀器在發(fā)達國家十分普及，已經廣泛應用到電子測量、礦物勘探、故障診斷及振動分析等各項教育科研領域。 研究的背景和意義 LabVIEW 是美國國家儀器公司（ National Instrument ）開發(fā)的一種虛擬儀器平臺。它是一種用圖標代碼來代替文本式編 程語言創(chuàng)建應用程序的開發(fā)工具。 LabVIEW 功能強大 ,提供了豐富的數據采集、分析和存儲庫函數以及包括 DAQ、 GPIB、 PXI、 VXI、 RS232 和RS485 在內的各種儀器通信總線標準的所有功能函數。因此 ,采用 LabVIEW 開發(fā)虛擬儀器比采用傳統(tǒng)的文本式語言更具有優(yōu)勢。但用 LabVIEW 開發(fā)的虛擬儀器通常都是建立在LabVIEW 支持的價格昂貴的數據采集硬件之上的。而以單片機為核心的數據采集與處理系統(tǒng)雖然硬件成本較低 ,但開發(fā)過程較為復雜 ,編程工作量較大 ,周期長 ,效率低，如果將以單片機為核 心的小系統(tǒng)作為前端的數據采集系統(tǒng) ,通過 LabVIEW 提供的串口子 VI 將采集到的數據傳送到 PC 主系統(tǒng) ,在 LabVIEW 環(huán)境下對數據進行處理與分析 ,既充分利用了 LabVIEW 的強大功能 ,又降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本 ,提高了效率 ,這不失為擴展LabVIEW 應用范圍的一個途徑。 隨著計算機技術的飛速發(fā)展和普及， 傳感器的運用越來越普遍， 數據采集系統(tǒng)在多個領域 也 有著廣泛的應用。 在一些重要的設備上， 往往需要隨時檢測各生產環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數。同時，還要對某一檢測點任意參數能夠進行隨機查尋 ，將其在某一時間段內檢測得到的數據經過轉換提取出來，以便進行比較，做出決策，調整控制方案， 福州大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 2 提高產品的合格率，產生良好的經濟效益。 隨著 科學技術 的 快速 發(fā)展，數據采集勢必將得到越來越多的應用，為適應這一趨勢，作這方面的研究就顯得十分重要。在科學研究中，運用數據采集系統(tǒng)可獲得大量的動態(tài)信息，也是獲取科學數據和生成知識的重要手段之一?？傊徽撛谀膫€應用領域中，數據采集與處理將直接影響工作效率和所取得的經濟效益。 此外，計算機的發(fā)展對通信起了巨大的推動作用 .計算機和通信緊密結合構成了靈活多樣的通信控制系統(tǒng)，也 可以構成強有力的信息處理系統(tǒng) ,這樣對社會的發(fā)展產生了深遠的影響。數據通信是計算機廣泛應用的必然產物。 數據采集系統(tǒng)，從嚴格的意義上來說，應該是用計算機控制的數據自動檢測或巡回檢測，并且能夠對數據實行存儲、處理、分析計算以及從檢測的數據中提取可用的信息，供顯示、記錄、打印或描繪的系統(tǒng)。 數據采集系統(tǒng)一般由數據輸入通道，數據存儲與管理，數據處理，數據輸出及顯示這五個部分組成。輸入通道要實現(xiàn)對被測對象的檢測，采樣和信號轉換等工作。數據存儲與管理要用存儲器把采集到的數據存儲起來，建立相應的數據庫，并進行管理和調用。 數據處理就是從采集到的原始數據中，刪除有關干擾噪聲，無關信息和必要的信息，提取出反映被測對象特征的重要信息。另外，就是對數據進行統(tǒng)計分析，以便于檢索；或者把數據恢復成原來物理量的形式，以可輸出的形態(tài)在輸出設備上輸出，例如打印，顯示，繪圖等。數據輸出及顯示就是把數據以適當的形式進行輸出和顯示。 由于 RS232 在微機通信接口中廣泛采用，技術已相當成熟。在近端與遠端通信過程中，采用串行 RS232 標準，實現(xiàn) PC 機與單片機間的數據傳輸。 因此，跟隨著科學技術的步伐走，虛擬儀器的使用將會在未來大放異彩，而 LabVIEW作為虛擬技術的一款重要的軟件，將會越來越自動化，在未來的測試、測量和自動化領域，將會處于領先的地位。 本設計所做的工作 本設計以一個通道進行模擬量輸入，從載荷傳感器采集而來的模擬量電壓信號，經過信號處理后，送入 ADC0809 進行模擬量到數字量的轉換，然后通過單片機的串行口 TXD 發(fā)送到計算機上（單片機發(fā)送出來的數據要經過電平轉換，可用 MAX232 和 RS232 來連接計算機和單片機）， LabVIEW 會自動識別并實時的顯示載荷的大小，如果載荷的大小超過了預定值或者是用戶設定的數值大小，軟件 系統(tǒng)就會及時的報警，并停止載荷傳感器 LRK 的工作。 傳感器測量 信號調理、放大 A/D 轉換系統(tǒng) 基于 LabVIEW 的材料測試系統(tǒng)設計 —— 載荷測量 3 單片機控制 串行發(fā)送 虛擬軟件 LabVIEW 分析 測試分析系統(tǒng)結構 難點與重點 （ 1) 微弱信號的處理：一般應變片傳感器輸出的信號都是比較微弱的，都需要先進行信號的放大，本設計中的載荷傳感器 LRK 所輸出的信號只有幾微伏，很容易被其他的噪聲或者是無用的信號干擾，從而不能準確的測量，嚴重的甚至不能測出真實的信號，所以，對于這類的微軟的信號可以采用高共模抑制比的儀 表放大器（可用一般的高精度的 AD620）來進行放大。在信號的調理電路中，有許多的干擾，其中電源的干擾很嚴重，故可以進行電源去耦，盡量消除電源的噪聲干擾；在設計中，也采用了調零電路，主要是為了防止溫度和零度漂移，讓傳感器輸出的信號到進入 ADC0809 進行模擬量和數字量的轉換更加的精確。 （ 2） A/D 轉換： A/D 轉換的重點是其轉換的精度和轉換的速度，由于 ADC0809 的轉換速度是已知的，可從 ADC0809 的中文資料上找到，而轉換的精度是根據 A/D 的位數決定，ADC0809 的轉換精度為 20mv。因此，做好硬件與 單片機之間的通信，并編好程序，就能夠輸出需要的數字信號了。 福州大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 4 第 2 章 硬件設計 信號采集 載荷傳感器 LRK 原理：該傳感器主要是應用橋式應變片的原理，通過施加的載荷的大小，引起應變片的反應，從而輸出相應的電壓值，進而通過測量電壓并轉化為載荷，從而可測得所施加的力的大小 [2][3]。 使用傳感器類型：在設計中采用的是日本 NTS 公司的力測量傳感器 LRK— 5KN 進行載荷測量工程中的測力傳感器。 傳感器說明：這是一款小型且高精度，高出力的拉壓兩用型傳感器；拉壓是兩方處理誤差小，信賴度高，范圍由 100N 到 20KN 等可供選擇，且廣泛十堰材料試驗和汽車零組件的性能試驗等工業(yè)計劃。特點：小型，重量輕，操作簡單；高精度，高出力，信賴度高的傳感器；有兩端螺牙和單邊凸緣 2 種安裝方式；接受 OEM 生產，可降低成本。 規(guī)格： 規(guī)格容量 100N— 20KN 規(guī)格輸出電壓 2mV/V177。 1%（ 100N— 200N 為177。 3%） 輸入 /輸出阻抗 350Ω177。 1% 建議施加電壓 10V（ 100N— 200N 時為 5V） 非直線性 % 溫度補償范圍 10 70??℃ 重復性 % 放大器及其調理電路 在實際的單片機輸入通道中，傳感器的輸出信號時各種各樣的，由于 LRK 傳感器的輸出信號比較微弱，所以必須要進行信號的調理和其他的輔助處理，才能滿足后面電路 (ADC)需要。信號調理需要涉及到多種其他的電路，如儀表放大器，可編程增益放大器，隔離放大器和信號調理器。 儀表放大器是一種閉環(huán)增益組件，也是一種特殊功能的運算放大器，它具有差分輸入和單端輸出，高的阻抗，共模抑制比高。經過比較，選用的是儀表放大器 AD620。它具有較好的失調電壓，高的共模抑制比，一般可達到 80 100dB，而且價格便宜，使用方便 [2]。 基于 LabVIEW 的材料測試系統(tǒng)設計 —— 載荷測量 5 AD620 儀表放大電路是由三個放大器所共同組成的，其中的電阻 R和 Rx需要在放大器的電阻適用范圍內（ 1 10 千歐）。由固定的電阻 R，我們可以調整 Rx 來調整放大的增益值，其關系式為 : 0 1 22(1 )( )XRV V VR? ? ? () 需要注意的是避免每個放大器的飽和現(xiàn)象（放大 器最大輸出為其工作電壓）。 圖 21 AD620 內部放大電路 其增益為： G KG1R1GKG?????? () 由此我們可以計算出所需要的 RG值。 在設計中，由于所要求的增益是 100 到 1000 倍，因此可接一個電位器來調節(jié)輸出的電壓的放大倍數。 由于 A/D 轉換用到的是 ADC0809 的模數轉換，是 8 位的精度。下圖中的 OP07 是用來穩(wěn)定電壓的和調零作用的，以免產生零點漂移和溫度漂移，從而造成信號的不準確，如圖22 所示： 福州大學本 科生畢業(yè)設計（論文） 6 127 4 L S 0 40 .1 u F1 0 u F326478 51A D62 01 0 k2 0 k2 4 k326741 8O P 0 73 5 03 5 03 5 03 5 0電位器+1 2 V+ 1