基于ＬａｂＶＩＥＷ虛擬儀器技術的分布式速度檢測系統

畢云峰　曹　樂　孫日明

摘 要：設計一種分布式的速度檢測監控系統。系統以單片機及外圍電路采集速度數據,通過RS 485總線把各測試點速度數據發送給PC機,在PC端利用LabVIEW軟件編程實現各檢測點速度數據的存儲、處理、顯示及遠程監控等功能。將單片機與虛擬儀器技術結合應用，克服了常規運動物體速度檢測中普遍存在的技術復雜、不易遠程觀測等缺點。實驗結果表明該系統成本較低,精度較高,運行穩定可靠。

關鍵詞：分布式系統；速度檢測；虛擬儀器；Datasocket通信；激光二極管

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：B 文章編號：1004－373X(2009)04－166－03

Distributed Speed Detection System Based on LabVIEW Virtual Instrument

BI Yunfeng,CAO Le,SUN Riming

(School of Mechanical & Electrical Engineering,Weihai Branch,Shandong University,Weihai,264209,China)

Abstract：A distributed speed detection system is designed,by using single chip computer and periphery circuit for gathering speed data,RS 485 bus transferring data to PC and LabVIEW platform on PC for programming to realize functions of memory,process,display and remote monitor of the speed data on each detecting spot.Combined MCU and virtual instrument technique,it overcomes the shortcomings like:complex techniques and difficulties in remote detection which are commonly exist in normal speed detection.Results show that the system has advantages of low cost,high precision and strong reliability.

Keywords：distributed system;speed detection;virtual instrument;Datasocket communication;laser diode

0 引 言

在實際生產生活中，經常需要檢測物體的運動速度。目前對一般常速運動物體的測速方式主要有2種：一種是測平均速度，如公路交通系統中通過相鄰站點IC卡確定兩個站點之間所用時間求得平均速度；一種是測即時速度，所用方法一般為多普勒雷達測速，即利用移動物體的多普勒效應實現測速。這些測速方法都有比較廣泛的應用，但也有一些缺點，例如造價較高，或檢測精度較低，尤其是不便于遠程分布式監控。在此設計的以單片機和LabVIEW虛擬儀器技術為基礎的分布式檢測系統較好地解決了這些問題。

1 分布式速度檢測系統的總體構成

在此設計并實現的基于分布式汽車速度檢測系統總體結構框圖如圖1所示。即以單片機作為測速數據采集電路的核心部件，通過RS 485總線接口把各測試點速度數據發送給計算機，利用LabVIEW軟件編程實現各監控點車速數據的處理存儲顯示等功能。并以該計算機為服務器，利用LabVIEW中的Datasocket技術實現網絡化的遠程控制。計算機的串行口采用的是RS 232標準，若采用RS 485標準必須進行電平轉換，該設計使用RS 232－RS 485 轉換器完成從RS 232到RS 485的電平轉換。系統中51單片機芯片發出的串行數據為TTL 電平，同時也只能接收TTL 電平。在采用RS 485標準時，也必須進行電平轉換。該設計中使用MAX485 實現TTL 與RS 485標準之間的相互轉換。

2 上位機編程實現

系統上位機程序均采用LabVIEW 7.1編程實現。LabVIEW是美國NI公司利用虛擬儀器技術開發的32位面向計算機測控領域的軟件開發平臺，具有直觀易學，編程效率高的特點，且可以在多操作系統下運行。LabVIEW功能強大，日益被測控技術領域人員所關注。

從功能上講，上位機程序主要分為串口通信模塊和網絡通信模塊。串口通信很簡單，即在程序運行后按照既定通信協議判斷接收到的信息屬于哪個測試點，并將其存儲到相應文本文件中，程序流程如圖2所示。為提高系統速度，數據直接存儲，不做實時顯示。若要查看各檢測點數據，可在菜單中選擇觸發速度數據顯示。

另外，為了方便對各點數據的遠程網絡監控，將負責接收速度數據的上位機作為服務器，使網絡上的客戶機可以遠程查看測速數據。此即網絡通信模塊，通過使用LabVIEW 7.1中的Datasocket技術實現。遠程監控的基本工作過程是：首先客戶端選擇要查看的測試點并發送給服務器端，服務器在接收到客戶端準備查看的測試點代碼信息后打開相應文件并將數據顯示在一個Waveform Graph控件中。由于在創建服務器端軟件時，已對Waveform Graph控件的Datasocket connection 屬性配置對話框做了設置，因此創建客戶端軟件不需要復雜的編程，只需要將服務器端Waveform Graph控件復制到客戶端程序中即可。考慮到該系統只是對速度數據的遠程分享，所以在客戶機程序中沒做額外的編程。Datasocket通信服務器端框圖程序和客戶機框圖程序分別如圖3，圖4所示。

3 各測試點的速度檢測

多普勒方式測速應用廣泛，但技術較復雜，成本較高。而遠距離測平均速度又使得所測速度過于模糊，限制了它的應用。因此在設計中另辟蹊徑，以短距離內的平均速度近似作單點速度。即利用間隔一定距離s的2套紅外線激光發射接收模塊分別給單片機產生中斷信號，由單片機對2次中斷的時間差t進行計時，根據公式v=s/t即可獲取速度值。距離s可以提前準確測量，而目前單片機的計時精度相當高，足以保證速度數據有很高的精確度。速度檢測硬件電路主要包括電源、晶振、復位、顯示、485收發電路及激光發射接收模塊。其中485收發電路及激光發射接收模塊是測速和通信的主要電路，下面分別做簡要介紹。

激光發射接收模塊由紅外激光發射器件和探測器組成，它們分別被安放在待測物體兩側。當沒有物體經過時探測器中有恒定的信號，不觸發單片機中斷。當有物體阻斷其光路時產生有效信號進入單片機觸發中斷。設計中為了有效濾除雜散光影響，選用980 nm紅外半導體激光器作為發光器件，并以單片機產生38 kHz 的方波信號對其進行調制，接收電路則采用紅外敏感的38 kHz 專用光電探測器HS0038B。圖5顯示其中一路紅外激光發射、接收信號處理電路原理圖。

485收發電路模塊的作用是實現單片機的TTL 電平與RS 485標準之間的相互轉換，采用MAX485芯片實現。MAX485芯片內部分別有收發兩部分。圖 6為RS 485中A，B線與單片機連接的硬件電路原理圖。

速度檢測部分單片機程序主要有計時處理模塊、測速處理模塊和串行通信模塊。模塊化的編程方式使整個設計、調試非常簡單。值得一提的是，考慮到具體的測試物體形狀不一，還在程序中加了中斷延時去抖程序，防止中斷瞬間的多個尖峰波刺不斷產生中斷信號使單片機發生誤觸發操作。

4 實驗結果

這里來用一輛速度可控的遙控模型車對該系統進行了測試，使其在一個封閉的跑道上變速行進，跑道中設置了5個觀測點。圖7為客戶端采集到的第二個測試點的速度波形。試驗顯示，整個系統工作正常。

該系統采用LabVIEW軟件平臺配合簡單外圍硬件電路實現了分布式的速度采集、存儲及遠程監控顯示等功能。系統充分借鑒虛擬儀器思想，采用常見器件，使系統整體造價低、測速精度較高、升級維護方便，具有良好的實用性。

參 考 文 獻

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作者簡介

畢云峰 男，1980年出生，碩士，講師，畢業于中科院安徽光機所。主要從事光電檢測技術、虛擬儀器技術的研究工作。