【導讀】應用于測量機械量、熱工量、成分量、智能車系統(tǒng)等。常用的光電傳感器有光敏。妙的設(shè)計，光電傳感器幾乎被應用于生活的各個方面。滿足不了教學需求和功能跟不上技術(shù)發(fā)展等矛盾，可切實提高實驗教學的水平。利用虛擬儀器設(shè)計光電傳感器實驗。雜、擴展性差等方面的問題，提出了在CSY傳感器系統(tǒng)綜合實驗平臺的基礎(chǔ)上，并以電機轉(zhuǎn)速測量為例，配置及測試實現(xiàn)途徑。結(jié)果表明，該實驗系統(tǒng)操作簡單，人機界面有好，測量精。生產(chǎn)的發(fā)展方向....

　　

【正文】 sis (VT+ VT) (Any Input) 滯后(VT+ VT)(任何輸入 ) VDD = 5V V VDD = 10V VDD = 15V IOL LOW Level Output Current 輸出低電平電流 (Note 3) VIN = VDD VDD=5V,VO = mA VDD=10V,VO= VDD=15V,VO = 江西理工大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 22 IOH HIGH Level Output Current 輸出高電平電流 (Note 3) VIN = VSS VDD=5V, VO = mA VDD =10V,VO= VDD=15V,VO= IIN Input Current 輸入電流 VDD=15V, VIN = 0V 105 μ A VDD=15V, VIN=15V 105 AC Electrical Characteristics 交流電氣特性： Symbol 符號 Parameter 參數(shù) Conditions 條件 最小 典型 最大 Units 單位 tPHL, tPLH Propagation Delay Time傳遞延遲時間 VDD = 5V 300 450 ns VDD = 10V 120 210 VDD = 15V 80 160 tTHL, tTLH Transition Time過渡時間 VDD = 5V 90 145 ns VDD = 10V 50 75 VDD = 15V 40 60 CIN Input Capacitance 輸入電容 (Any Input) pF CPD Power Dissipation功耗 Capacitance (Per Gate) 24 pF 電源電路 電源電路是指提供給用電設(shè)備電力供應的電源部分的電路設(shè)計，使用的電路形式和特點。電源有交流電源也有直流電源。 直流電源電路分為開關(guān)電源和非開關(guān)電源兩種形式，電路也大不相同。開關(guān)電源一般不使用變壓器；非開關(guān)電源是傳統(tǒng)的設(shè)計方式，電源電路里多使用變壓器來變壓后再整 流濾波的方式。 幾個組件通過導線互相連接，形成“電路”，也可以稱為“網(wǎng)絡(luò)”。更特定地，電路是可以形成閉合回路的網(wǎng)絡(luò)。“支路”是電路的一部分，每一個組件都有它獨屬的支路。任意兩條或多條支路的相交點，稱為“節(jié)點”。 這里我使用了 LM2575 降壓開關(guān)電源。 LM2575 是可以輸出 1A 電流， 1A 時效率高達 80％以上的降壓開關(guān)電源芯片，開關(guān)工作頻率是 52KHz。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 37所示： 江西理工大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 23 圖 37 LM2575 它內(nèi)置了功率管和過流保護電路，在外部只需加少量的濾波元件即可構(gòu)成一個開關(guān)電源模塊。 在實際電路的設(shè)計中，對原電路做了一些改動 如圖 38 圖 38 LM2575 電路圖 在這個電路中，高壓輸入端加了一個二極管，防止不慎接反電源引起電容爆炸和芯片損壞。 保險絲是 1A，防止輸入電壓超過 40V 或電源板內(nèi)部短路引起的大電流造成的危害。在圖中，保險絲接在 3300uF 電容的后端，防止加電時電容大電流充電燒斷保險絲。 3300uF 的電容起儲能和電源濾波的作用，在電池組供電時主要起儲能作用，電容接在高壓端更利于儲能，因為如果電源暫時斷電，穩(wěn)壓電路前面的電壓逐漸下降不會影響輸出電壓。如果使用全、半波整流的工 頻交流或者高頻開關(guān)電源供電，應該在這個電容上再并聯(lián)一個瓷片電容來吸收高頻。 LM2575 和第一級濾波電路是按照 LM2575 的 datasheet 說明里接的，在后面又加了第二級濾波以進一步減小紋波。 發(fā)光二極管 D2 作輸出只是，另外在空載時， D2 可以提供一個負載，使空載江西理工大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 24 電壓不至于偏離穩(wěn)壓值。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 光電傳感器的工作原理和流程以及 數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集卡的主要功能，我們看到了數(shù)據(jù)采集的優(yōu)點，并介紹了數(shù)據(jù)采集的流程。 江西理工大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 25 第 四 章 計算機軟件設(shè)計 虛擬儀器 虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。靈活高效的軟件能幫助您創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標準的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應用的需求。這也正是 N130年來始終引領(lǐng)測試測量行業(yè)發(fā)展趨勢的原因所在。只有同時擁有高效的軟件、模塊化 I／ O硬件和用于集成的軟硬件平臺這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴展性強、開發(fā)時間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢。 虛擬儀器技術(shù)的三大組成部分 (1)高效的 軟件 軟件是虛擬儀器技術(shù)中最重要的部份。使用正確的軟件工具并通過設(shè)計或 調(diào)用特定的程序模塊，工程師和科學家們可以高效地創(chuàng)建自己的應用以及友好 的人機交互界面。提供的行業(yè)標準圖形化編程軟件 —— Lab VIEW，不僅能輕松 方便地完成與各種軟硬件的連接，更能提供強大的后續(xù)數(shù)據(jù)處理能力，設(shè)置數(shù) 據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、存儲的方式，并將結(jié)果顯示給用戶。此外，還提供了更多交互 式的測量工具和更高層的系統(tǒng)管理軟件工具，例如連接設(shè)計與測試的交互式軟 件 Signal Express、用于傳統(tǒng) C語言的 Lab Windows／ CVI、針 對微軟 Visual Studio 的 Measurement Studio等等，均可滿足客戶對高性能應用的需求。有了功能強大的軟件，您就可以在儀器中創(chuàng)建智能性和決策功能，從而發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)在測試應用中的強大優(yōu)勢。 (2)模塊化的 I／ O硬件 面對如今日益復雜的測試測量應用，已經(jīng)提供了全方位的軟硬件的解決方案。無論您是使用 PCI， PXI， PCMCIA， USB或者是 1394總線，都能提供相應的模塊化的硬件產(chǎn)品，產(chǎn)品種類從數(shù)據(jù)采集、信號條理、聲音和振動測量、視覺、運動、儀器控制、分布式 I／ O到 CAN接口等工業(yè)通訊， 應有盡有。高性能的硬件產(chǎn)品結(jié)合靈活的開發(fā)軟件，可以為負責測試和設(shè)計工作的工程師們創(chuàng)建完全自定義的測量系統(tǒng)，滿足各種獨特的應用要求。 (3)用于集成的軟硬件平臺 專為測試任務(wù)設(shè)計的 PXI硬件平臺，已經(jīng)成為當今測試、測量和自動化應用的標準平臺，它的開放式構(gòu)架、靈活性和 PC技術(shù)的成本優(yōu)勢為測量和自動化行業(yè)帶來了一場翻天覆地的改革。 PXI作為一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應用度身江西理工大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 26 定制的模塊化儀器平臺，內(nèi)建有高端的定時和觸發(fā)總線，再配以各類模塊化的 I／ O硬件和相應的測試測量開發(fā)軟件，您就可以建立完全自定義的測試測量解決方案。無論是面對簡單的數(shù)據(jù)采集應用，還是高端的混合信號同步采集，借助 PXI高性能的硬件平臺，您都能應付自如。這就是虛擬儀器技術(shù)帶給您的無可比擬的優(yōu)勢。 4． 1． 2 虛擬儀器技術(shù)的四大優(yōu)勢 性能高 虛擬儀器技術(shù)是在 PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全 繼承 了以現(xiàn)成即用的 PC技術(shù)為主導的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點，包括功能超卓的處理器和文件 I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導入磁盤的同時就能實時地進行復雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越快的計算機網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強大的優(yōu)勢。 擴展性強 NI的軟硬件工具 使得我們不再受限于當前的技術(shù)中。這得益于 NI軟件的靈活性，只需更新計算機或測量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進整個系統(tǒng)。在利用最新科技的時候，我們可以把它們集成到現(xiàn)有的測量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時間。 開發(fā)時間少 在驅(qū)動和應用兩個層面上， NI高效的軟件構(gòu)架能與計算機、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。 NI設(shè)計這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時還提供了靈活性和強大的功能，使我們輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護和修改高性能、低成本的測量和控制解決方 案。 無縫集成 虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說是一個集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復雜，工程師們通常需要集成多個測量設(shè)備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費大量的時間。虛擬儀器軟件平臺為所有的 I／ O設(shè)備提供了標準的接口，幫助用戶輕松地將多個測量設(shè)備集成到單個系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復雜性。 基于 LabVIEW 的虛擬儀器 LabVIEW （ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美國 NI 公司（ National Instrument Company）推出的軟件產(chǎn)品。它具有圖形化的編程方式，使用圖標、連線來編寫程序，代替?zhèn)鹘y(tǒng)編程語言的文本語句，非常形象直觀，它提供各種旋鈕、儀表盤、波形圖等控制元件，用在計算機屏幕上創(chuàng)建虛擬儀器的軟面板，代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的硬面板；特別是它內(nèi)置的各個函數(shù)，幾乎江西理工大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 27 可以完成經(jīng)典的測試信號處理的全部功能。它可以在最基本的硬件支持下，根據(jù)檢測需要，編制不同的軟件功能模塊實現(xiàn)各種實際的機械工程測試任務(wù)，并且具 有很好的擴展性和性價比。 LabVIEW是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學 術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。 LabVIEW集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應用 TCP/IP、 ActiveX 等軟件標準的庫函數(shù)。這是一個功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。圖形化的程序語言，又稱為 “ G” 語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學家、工程師所熟悉的術(shù)語 、圖標和概念，因此， LabVIEW[2] 是一個面向最終用戶的工具。它可以增強你構(gòu)建自己的科學和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。 虛擬儀器技術(shù)應用在實驗教學中的優(yōu)勢 與傳統(tǒng)的實驗儀器相比，虛擬儀器有以下三點優(yōu)勢： （ 1）采用可視化的圖形編程語言和平臺，界面設(shè)計容易、編程簡單、修改方便。 （ 2）虛擬儀器通過軟件功能可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)處理與分析及數(shù)據(jù)的顯示這三部分的物理功能。它充分利用計算機系統(tǒng)強大 的數(shù)據(jù)處理能力、在基本硬件的支持下，利用軟件完成數(shù)據(jù)的采集、控制、數(shù)據(jù)分析和處理、測試結(jié)果的顯示，通過軟硬件的配合來實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能。既簡化了檢測平臺的結(jié)構(gòu)，又提高了測試質(zhì)量和效率，使普通的測試儀器具有了高檔儀器的測量品質(zhì)。如圖所示虛擬頻譜分析儀，可將測試信號的時間歷程通過傅里葉變換變到頻域進行分析處理， 如圖 4圖 42所示 是目前最主要的信號分析法。 （ 3）虛擬儀器關(guān)鍵在軟件，硬件的局限性小 ,且可以方便地與網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)連接，因此可利用網(wǎng)絡(luò)進行多用戶數(shù)據(jù)共享。這為實驗系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化建立了基礎(chǔ)。 江西理工大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 28 圖 41虛擬頻譜分析儀的前面板 圖 42虛擬頻譜分析儀的程序框圖 Lab VIEW軟件的特點如下： （ 1） 具有圖形化的編程方式，設(shè)計者無需寫任何文本格式的代碼，是真正的工程師的語言； （ 2） 提供豐富的說據(jù)采集、分析及存儲的庫函數(shù)； （ 3） 提供傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點、單步運行，同時提供獨具特色的執(zhí)行工具，使程序動畫式運行，利于設(shè)計者觀察到程序運行的細節(jié)，使程序的調(diào)江西理工大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 29 試和開發(fā)更為便捷； （ 4） 32位的編譯器編譯生成 32位的編譯程序，保證用戶數(shù)據(jù)采集 、測試和測量方案的高速執(zhí)行； （ 5） 囊括了 PCI， GPIB， PXI， VXI， RS． 232／ 485， USB等各種儀器通信總線標準的所有功能函數(shù)，使得不懂得總線表準的開發(fā)者也能夠驅(qū)動不同總線標準接口設(shè)備與儀器： （ 6） 提供大量與外部代碼或軟件進行鏈接的機制，諸如 DLL(動態(tài)鏈接庫 )、 DDE(共享庫 )、 ActiveX等； （ 7