【正文】 比較如下表所示。 虛擬儀器的特點虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器相比具有以下的特點:(1) 具有可變性、多層性、自助性的面板。 有LED指示數(shù)字。 有旋鈕、滑動條、開關(guān)按鈕。而虛擬儀器的優(yōu)越之處在于傳統(tǒng)儀器面板上的元器件是硬件, 由廠商設(shè)計確定, 不可改變地安裝在專用的面板上。還可以制作多層下拉面板, 幫助文件等等, 做出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)儀器的全漢化、生動美觀、界面友好的面板。(3) 功能、性能、指標(biāo)可由用戶定義即可以根據(jù)用戶的不同要求對同一儀器的功能、性能、指標(biāo)進行修改或增刪, 徹底打破了傳統(tǒng)儀器一經(jīng)設(shè)計、制造完成后, 其功能、性能、指標(biāo)不可改變的封閉性、單一性。(4) 具有標(biāo)準(zhǔn)的、功能強大的接口總線、板卡及相應(yīng)軟件GPIB 通用接口總線( General Purpose InterfacBus)又稱IEEE488 國際標(biāo)準(zhǔn)接口總線, 30 年來廣泛應(yīng)用于儀器領(lǐng)域。VXI 總線1987 年被首次推出,迅速成為IEEE1155 國際標(biāo)準(zhǔn)。VXI 總線的開放性, 保證任何系統(tǒng)一旦建立, 將來仍能得到很好的效用。VXI 模塊化儀器被認(rèn)為是虛擬儀器最理想的硬件平臺, 是儀器硬件的發(fā)展方向。(5) 此外, 虛擬儀器還具有開發(fā)周期短、成本低、維護方便, 易于應(yīng)用新理論、新算法和新技術(shù),實現(xiàn)儀器的換代升級等特點。強大的圖形顯示功能增強了用戶界面的表達(dá)能力，極大地方便了用戶對虛擬儀器的學(xué)習(xí)和掌握。這兩類控件的區(qū)別在于兩者數(shù)據(jù)組織方式及波形的刷新方式不同。而Graph則是對已采集數(shù)據(jù)進行事后處理的結(jié)果，它先將被采集數(shù)據(jù)存放在一個數(shù)組之中，然后根據(jù)需要將這些數(shù)據(jù)組織成所需的圖形一次性顯示出來。例如，采集了一個波形后，經(jīng)處理可以顯示其頻譜圖。LabVIEW是一種用圖形代碼來代替編程語言創(chuàng)建應(yīng)用程序的開發(fā)工具。LabVIEW用圖形語言( G語言) 、圖標(biāo)和連線(wires)來代替文本的形式編寫程序。LabVIEW擁有強大的庫函數(shù), 包括數(shù)據(jù)采集, GPIB ( General Purpose Interface Bus 通用接口總線) 和串口儀器控制, 數(shù)據(jù)顯示、分析與存儲等。 LabVIEW還提供了CIN (C Interface Node) 節(jié)點使得用戶可以使用由C 或C + + 語言, 如ANSI C , 編譯的程序模塊, 使得LabVIEW成為一個開放的開發(fā)平臺。此外, LabVIEW還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱, 使得用戶能夠很方便的設(shè)置斷點, 動態(tài)的執(zhí)行程序來非常直觀形象的觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程, 以及進行方便的調(diào)試。LabVIEW的運行機制就宏觀上講已經(jīng)不再是傳統(tǒng)上的馮傳統(tǒng)的計算機語言(如C) 中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LabVIEW中被并行機制所代替。也就是說, 在這種數(shù)據(jù)流程序的概念中, 程序的執(zhí)行是數(shù)據(jù)驅(qū)動的, 它不受操作系統(tǒng)、計算機等因素的影響。 而目標(biāo)的輸出只有當(dāng)它的功能完全時才是有效的。從而, 我們可以通過相互連接函數(shù)節(jié)點快速簡潔的開發(fā)應(yīng)用程序, 甚至還可以有多個數(shù)據(jù)通道同步運行, 即所謂的多線程。LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的程序稱之為虛擬儀器VI (Virtual Instruments) , 因為它的外型與操作方式可以模擬實際的儀器。LabVIEW的核心是VI。前面板接受來自框圖程序的指令。 而LabVIEW的指示器則模擬了儀器的輸出裝置并顯示由框圖程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。利用LabVIEW編制框圖程序時, 無須拘于傳統(tǒng)程序設(shè)計語法細(xì)節(jié)的限制。 然后用連線(Wires) 連接各函數(shù)節(jié)點在框圖程序中的端(Port) , 用來在函數(shù)節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)。LabVIEW編制出的圖形化VI 具有層次結(jié)構(gòu)和模塊化的特點。VI 代碼內(nèi)含的VI 稱為subVI。LabVIEW依附并發(fā)展了模塊化程序設(shè)計的概念。最后, 完成整個應(yīng)用程序的創(chuàng)建。 霍爾傳感器測速的基本原理隨著單片機的不斷推陳出新，特別是高性價比的單片機的涌現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量控制普遍采用了以單片機為核心的數(shù)字化、智能化的系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速測量及控制的基本原理速的測量方法很多，根據(jù)脈沖計數(shù)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量的方法主要有M法(測頻法)、T法(測周期法)和MPT法(頻率周期法)，該系統(tǒng)采用了M法(測頻法)。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鋼固定在電機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤邊沿，轉(zhuǎn)盤隨測軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤下方安裝一個霍爾器件，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時，受磁鋼所產(chǎn)生的磁場的影響，霍爾器件輸出脈沖信號，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比。其大小和外磁場及電流大小成比例。在這里選用美國史普拉格公司(SPRAGUE)生產(chǎn)的3000系列霍爾開關(guān)傳感器3013，它是一種硅單片集成電路，器件的內(nèi)部含有穩(wěn)壓電路、霍爾電勢發(fā)生器、放大器、史密特觸發(fā)器和集電極開路輸出電路，具有工作電壓范圍寬、可靠性高、外電路簡單amp。輸出電平可與各種數(shù)字電路兼容等特點。在這里采用簡單的比例調(diào)節(jié)器算法(簡單的加一、減一法)。因此，只要偏差e(t)一出現(xiàn)就產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時的特點，這是一種最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律。反之，比例系數(shù)越小，調(diào)節(jié)作用越弱。比例調(diào)節(jié)的主要缺點是存在靜差，對于擾動的慣性環(huán)節(jié)，Kp太大時將會引起自激振蕩。 本系統(tǒng)采用單片機C8051F060作為主控制器，使用霍爾傳感器測量電機的轉(zhuǎn)速，通過7079最終在LED上顯示測試結(jié)果。 測速系統(tǒng)硬件組成框圖控制器C8051F060主要完成轉(zhuǎn)速脈沖的采集、16為定時計數(shù)器計數(shù)定時、運算比較，片內(nèi)集成的12位DAC0控制轉(zhuǎn)速，并且通過7279顯示接口芯片實現(xiàn)數(shù)碼顯示等多項功能。等待1 s到，輸出轉(zhuǎn)速脈沖個數(shù)N，計算電機轉(zhuǎn)速值。 本系統(tǒng)采用C8051F060中的INT0中斷對轉(zhuǎn)速脈沖計數(shù)。每到1 s讀一次計數(shù)值，此值即為脈沖信號的頻率，根據(jù)式(1)可計算出電機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)實驗測試和誤差分析繪制了測量誤差曲線，如圖4所示。 轉(zhuǎn)速測試結(jié)果與測量誤差曲線本測速系統(tǒng)采用集成霍爾傳感器敏感速率信號，具有頻率響應(yīng)快、抗干擾能力強等特點。經(jīng)過測試并對誤差進行分析發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的測量誤差在5％以內(nèi)，并且在測量范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速越高測量精度越高。本系統(tǒng)采用C8051F060中的INT0中斷對轉(zhuǎn)速脈沖計數(shù)。每到1s讀一次計數(shù)值，此值即為脈沖信號的頻率，根據(jù)式(1)可計算出電機的轉(zhuǎn)速。 頻率測量原理霍爾器件是由半導(dǎo)體材料制成的一種薄片，器件的長、寬、高分別為 l、ｂ、ｄ。由于電子在磁場中運動，所以將受到一個洛侖磁力，其大小為：式中：f—洛侖磁力， ｑ—載流子電荷， Ｖ—載流子運動速度， Ｂ—磁感應(yīng)強度。霍爾電壓大小為： (mV) 式中：—霍爾常數(shù)， ｄ—元件厚度， Ｂ—磁感應(yīng)強度， Ｉ—控制電流設(shè) , 則=(mV) 為霍爾器件的靈敏系數(shù)(mV/mA/T)，它表示該霍爾元件在單位磁感應(yīng)強度和單位控制電流下輸出霍爾電動勢的大小。若控制電流保持不變，則霍爾感應(yīng)電壓將隨外界磁場強度而變化，根據(jù)這一原理，可以將兩塊永久磁鋼固定在電動機轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)盤的邊沿，轉(zhuǎn)盤隨被測軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤附近安裝一個霍爾元件，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時，霍爾元件受到磁鋼所產(chǎn)生的磁場影響，輸出脈沖信號。其頻率和轉(zhuǎn)速成正比，測出脈沖的周期或頻率即可計算出轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機每轉(zhuǎn)一圈時候產(chǎn)生一個脈沖信號輸出，對該信號的檢測，便可以檢測出電機的頻率。確定采用何種硬件，也就是硬件的選型，可以從主控計算機和I/O接口設(shè)備來講。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 霍爾器件測頻的基本原理轉(zhuǎn)速的測量方法很多，根據(jù)脈沖計數(shù)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量的方法主要有M法(測頻法)、T法(測周期法)和MPT法(頻率周期法)，該系統(tǒng)采用了M法(測頻法)。根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鋼固定在電機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤邊沿，轉(zhuǎn)盤隨測軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤下方安裝一個霍爾器件，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時，受磁鋼所產(chǎn)生的磁場的影響，霍爾器件輸出脈沖信號，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比?；魻柶骷怯砂雽?dǎo)體材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場B，在沿平面方向兩端加外電場，則使電子在磁場中運動，結(jié)果在器件的2個側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電勢?；魻栭_關(guān)傳感器由于其體積小、無觸點、動態(tài)特性好、使用壽命長等特點，故在測量轉(zhuǎn)動物體旋轉(zhuǎn)速度領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。直流電機的轉(zhuǎn)速與施加于電機兩端的電壓大小有關(guān)，可以采用C8051F060片內(nèi)的D／A轉(zhuǎn)換器DAC0的輸出控制直流電機的電壓從而控制電機的轉(zhuǎn)速。比例調(diào)節(jié)器的輸出系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差值成正比。比例調(diào)節(jié)作用的大小除了與偏差值有關(guān)外，主要取決于比例系數(shù)Kp，比例調(diào)節(jié)系數(shù)愈大，調(diào)節(jié)作用越強，動態(tài)特性也越大。對于大多數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，Kp太大時將會引起自激振蕩。對于擾動較大，慣性也比較大的系統(tǒng)，若采用單純的比例調(diào)節(jié)器就難于兼顧動態(tài)和靜態(tài)特性，需采用調(diào)節(jié)規(guī)律比較復(fù)雜的PI(比例積分調(diào)節(jié)器)或PID(比例、積分、微分調(diào)節(jié)器)算法。正確元器件的選擇，不但會提高的實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而且會使實驗電路得到簡化，所以我們要正確的選擇實驗器件。N和S是一對固定的磁極，可以是電磁鐵，也可以是永久磁鐵。 直流電動機工作原理示意圖一個用絕緣導(dǎo)體構(gòu)成的電樞線圈abcd，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個半圓形銅片(換向片)上，它們的組合在一起稱為換向器，在每個半圓銅片上又分別放置一個固定不動而與之滑動接觸的電刷A和B，線圈abcd通過換向器和電刷接通外電路。導(dǎo)體ab和cd分別處于N、S極磁場中，受到電磁力的作用。這樣，電樞就順著逆時針方向旋轉(zhuǎn)，(a)所示。導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，ab轉(zhuǎn)到S極下，(b)所示，由于電流仍從電刷A流入，使cd中的電流變?yōu)橛蒬流向c，而ab中的電流由b流向a，從電刷B流出，用左手定則判別可知，電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍是逆時針方同。這就是直流電動機的基本工作原理。 比較器 LM393 LM339集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是：1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；2）電源電壓范圍寬，單電源為236V，雙電源電壓為177。18V；3）對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬；4）共模范圍很大，為0~（）Vo；5）差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；6）輸出端電位可靈活方便地選用。由于LM339使用靈活，應(yīng)用廣泛，所以世界上各大IC生產(chǎn)廠、公司竟相推出自己的四比較器，如IR233ANI33SF339等，它們的參數(shù)基本一致，可互換使用。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。當(dāng)“”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選315K）。因為當(dāng)輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。 信號調(diào)理電路的設(shè)計當(dāng)霍爾元件3503感應(yīng)到磁場變化時，其3腳的輸出電壓也會相應(yīng)變化?；魻枩y頻電路如下圖33所示?；魻栐?053通電工作，它的3端是輸出電壓，讓后進入比較器LM393。這個電壓信號從輸出端輸出，經(jīng)過采集模塊，采集到采集卡中，在傳輸?shù)絧c機上，進而再通數(shù)據(jù)的處理，得到自己想要的信息。模擬傳感器可測量很多物理量，如溫度、壓力、光強等...但由于傳感器信號不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這是因為傳感器輸出是相當(dāng)小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數(shù)字信號之前必須進行調(diào)理。然后，ADC對模擬信號進行數(shù)字化，并把數(shù)字信號送到MCU或其他數(shù)字器件，以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。關(guān)鍵的信號調(diào)理技術(shù)可以將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體性能和精度提高10倍。是指利用內(nèi)部的電路(如濾波器、轉(zhuǎn)換器、放大器等…)來改變輸入的訊號類型并輸出之。 　　一般的采集卡上都帶有可編程的增益，但具體要不要作信號調(diào)理，要視待采信號的特點而定，若信號很小，則要經(jīng)過放大將信號調(diào)理到采集卡能夠識別的范圍，若信號干擾較大，就要考慮采集之前作濾波了。主要對程序的初始化，等待采集的開始。然后轉(zhuǎn)到下一步‘開始試驗’。如沒有指定任務(wù)，NIDAQmx將自行創(chuàng)建任務(wù)并將VI創(chuàng)建的通道添加至該任務(wù)。DAQmx物理通道常量包含系統(tǒng)已安裝設(shè)備和模塊上的全部物理通道。通過DAQmx平化通道字符串VI可將物理通道數(shù)組轉(zhuǎn)換為列表。如該輸入端未連線，NIDAQmx將把物理通道名稱作為虛擬通道名稱。 對于使用“DAQmx創(chuàng)建虛擬通道”VI創(chuàng)建的多個虛擬通道，通過用逗號分隔的列表可為虛擬通道指定名稱。 單位指定從通道返回的電壓測量所使用的單位。如選擇該值，必須為自定義換算名稱輸入指定自定義換算的名稱。默認(rèn)值為無錯誤。如在VI或函數(shù)運行時發(fā)生錯誤，VI或函數(shù)將正常運行，并在錯誤輸出中設(shè)置自身的錯誤狀態(tài)。錯誤輸入和錯誤輸出用于檢查錯誤。 狀態(tài)的值為TRUE（叉）時表示發(fā)生錯誤，值為FALSE（勾）時表示警告或無錯誤。 代碼是錯誤或警告代碼。狀態(tài)的值為TRUE時，代碼為非零錯誤代碼。 源確定發(fā)生錯誤的位置。 輸入接線端配置指定通道的輸入接線端配置。 自定義換算名稱指定用于通道的自定義換算的名稱。 任務(wù)輸出是VI執(zhí)行結(jié)束后，對任務(wù)的引用。任務(wù)輸入沒有連線時，NIDAQmx將自動創(chuàng)建該輸出引用的任務(wù)。如錯誤輸入表明錯誤發(fā)生在VI或函數(shù)運行前，錯誤輸出將包含相同的錯誤信息。右鍵單擊前面板上的錯誤輸出顯示控件，在快捷菜單中選擇解釋錯誤，可查看關(guān)于錯誤的更多信息。 代碼是錯誤或警告代碼。狀態(tài)的值為FALSE時，代碼為零或警告代碼。源字符串包含產(chǎn)生錯誤的VI的名稱、含有錯誤的輸入端，以及清除錯誤的方法。使用虛擬通道列表時，NIDAQmx將自動創(chuàng)建任務(wù)。如使用外部源作為采樣時鐘，應(yīng)將該輸入設(shè)置為時鐘的最大預(yù)期速率。如未連線該輸入端，將使用設(shè)備的默認(rèn)板載時鐘。 下降 (10171) 在采樣時鐘的下降沿采集/生成采樣。 錯誤輸入說明VI或函數(shù)運行前發(fā)生的錯誤。如在VI或函數(shù)運行前發(fā)生錯誤，VI或函數(shù)將把錯誤輸入的值傳遞至錯誤輸出。通過簡易錯誤處理器或通用錯誤處理器VI可檢測并報告應(yīng)用程序中的錯誤。通過將一個節(jié)點的錯誤輸入連接至另一節(jié)點的錯誤輸入，還可指定