基于LabVIEW的光敏電阻自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

摘 要：基于LabVIEW的光敏電阻自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是由555定時(shí)器和光敏電阻構(gòu)成的多諧振蕩電路，把對(duì)光敏電阻阻值的測(cè)量歸結(jié)為頻率的測(cè)量，結(jié)合LabVIEW采集電路實(shí)現(xiàn)電阻對(duì)頻率的測(cè)量，并自動(dòng)完成測(cè)量值轉(zhuǎn)換成電阻值以及顯示而制作的一套完整的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)通過外置LED燈作為光源，控制其電壓的變化使輸出光強(qiáng)發(fā)生改變，從而使電路中光敏電阻阻值發(fā)生變化，繼而引起輸出信號(hào)頻率發(fā)生改變，通過LabVIEW采集卡采集，自動(dòng)測(cè)試、記錄并處理分析得出某個(gè)頻率下對(duì)應(yīng)的光敏電阻阻值，并對(duì)這些器件的性能進(jìn)行研究并以曲線顯示出來。

關(guān)鍵詞：555定時(shí)器； LabVIEW； 光敏電阻； 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TN911.734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004373X（2012）22013602

0 引 言

光敏電阻器件是光信號(hào)轉(zhuǎn)換類傳感器，光敏電阻不只局限于對(duì)光的探測(cè)，它還可以作為探測(cè)元件組成其他傳感器，對(duì)許多非電量進(jìn)行檢測(cè)，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化即可，因而在工業(yè)自動(dòng)控制及智能機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用［1］。本測(cè)試系統(tǒng)主要用于光敏電阻的光照特性的研究，裝置包含電路板的設(shè)計(jì)，電路的制作，信號(hào)的接收和采集電路，光電信號(hào)的控制等，由LabVIEW語言編寫程序 ，并對(duì)這些器件的性能數(shù)據(jù)、脈沖進(jìn)行處理分析等一系列過程，組成一個(gè)完整的可以對(duì)光敏電阻的特性進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試、記錄、分析的系統(tǒng)。處理方法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可應(yīng)用光電自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的測(cè)量分析，它可廣泛應(yīng)用于為路燈監(jiān)控、高壓控制、溫度監(jiān)測(cè)、防盜等電子行業(yè)［24］。

1 光敏電阻測(cè)量方案的實(shí)現(xiàn)及模塊電路

電阻測(cè)量的方案很多，最基本的就是根據(jù)R的定義式來測(cè)量。根據(jù)R=U/I求電阻，這種測(cè)量方法要同時(shí)測(cè)出2個(gè)模擬量，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此，運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)并結(jié)合當(dāng)代最新科技成果，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換頻率測(cè)電阻是目前的要求。很多儀表都是把較難測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)變成精度較高且較容易測(cè)量的物理量。基于此思路，把電阻的參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，然后用LabVIEW程序采集計(jì)數(shù)后再運(yùn)算并求出R的值并送顯示，轉(zhuǎn)換原理是555多諧RC振蕩器。其實(shí)，這種轉(zhuǎn)換就是把模擬量近似地轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，頻率是LabVIEW程序很容易處理的數(shù)字量，這種數(shù)字化處理一方面便于使儀表實(shí)現(xiàn)智能化；另一方面也避免了由指針讀數(shù)引起的誤差［59］。

1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)分析

本設(shè)計(jì)方案的整體框圖如圖1所示。采用由主控芯片NE555P組成的RC振蕩電路把要測(cè)的電阻的阻值轉(zhuǎn)換成頻率值，然后由計(jì)算機(jī)LabVIEW程序采集檢測(cè)頻率值，再把頻率值換算成電阻值送顯。電阻的自動(dòng)篩選是由鍵盤輸入篩選要求的阻值大小及其允許的誤差值，經(jīng)軟件把要求與測(cè)得的電阻值進(jìn)行比較，把結(jié)果送顯。自動(dòng)測(cè)量信號(hào)并顯示測(cè)得的阻值曲線圖是由計(jì)算機(jī)LabVIEW程序控制外置電路LED燈電壓變化，從而使其發(fā)光光強(qiáng)發(fā)生改變，以致其阻值大小產(chǎn)生變化，然后由軟件逐步檢測(cè)阻值并由軟件處理后以曲線圖形顯示在液晶屏上。

圖2是一個(gè)由555時(shí)基電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，由該電路可以測(cè)出量程在100 Ω～1 MΩ的電阻。該電路的振蕩周期為：T=t1+t2=（In 2）（R+Rx）C+（In 2）RxC

=（In 2）（R+2Rx）C

（1）式中：t1為輸出高電平的時(shí)間；t2為輸出低電平的時(shí)間，則Rx=12（ln 2）fC－12R。

圖2 由555定時(shí)器組成的多諧振蕩電路2 信號(hào)采集和處理

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的信號(hào)采集處理為軟硬件處理，通采集卡采集的來自振蕩電路輸出的電信號(hào)，經(jīng)過設(shè)計(jì)的LabVIEW程序處理分析，最后把結(jié)果從液晶屏顯示出來［10］。采集程序如圖3所示。程序按順序向AO口（模擬輸出，到LED）輸出線性變化的N個(gè)電壓值，輸出每個(gè)電壓值的同時(shí)555定時(shí)器芯片的信號(hào)通過AI（模擬輸入）采集到計(jì)算機(jī)，將信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換后得到頻譜曲線。然后通過找出頻譜曲線的最大波峰對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)得到該信號(hào)的頻率，最后把得出的N個(gè)頻率代入公式中，就得到N個(gè)電壓對(duì)應(yīng)N個(gè)電阻的值的曲線。另用一個(gè)變阻箱代替光敏電阻并在光敏電阻阻值范圍內(nèi)取20個(gè)值進(jìn)行輸出頻率的測(cè)量，畫出關(guān)系圖為一次函數(shù)曲線，用LabVIEW得出斜率與截距再代入主程序模塊輸出理論曲線并與LabVIEW從光敏電阻采集得到的實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行對(duì)比。

用一個(gè)變阻箱代替光敏電阻接入電路并在光敏電阻的變化阻值范圍取20個(gè)值用示波器測(cè)量出每個(gè)阻值時(shí)的輸出頻率，并利用LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)兩者關(guān)系截距與斜率的測(cè)量。通過編程，將第一步得出的結(jié)果帶入主程序模塊，接通系統(tǒng)軟硬件器件點(diǎn)擊運(yùn)行。外置LED燈控制電路的電壓的改變，導(dǎo)致發(fā)射光強(qiáng)的變化，振蕩電路中光敏電阻的阻值也隨之發(fā)生改變，即輸出信號(hào)頻率發(fā)生變化。由程序采集并處理，得出光敏電阻阻值與光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的外置電路電壓的關(guān)系曲線，紅色為理論參數(shù)下的UR曲線，白色為實(shí)際參數(shù)下的UR曲線，如圖3所示。由圖3的UR曲線圖看出，在外置電壓較小即LED未啟動(dòng)，其發(fā)出光強(qiáng)為零，此時(shí)光敏電阻阻值幾乎不變，當(dāng)當(dāng)電壓增加，即LED發(fā)出光強(qiáng)變大時(shí)，光敏電阻阻值迅速作出反應(yīng)變化。圖中紅色曲線是根據(jù)理論公式：Rx=12（ln 2）fC－12R≈1.432fC－12R 相關(guān)理論參數(shù)代入程序而得出的理論曲線，圖中黃色曲線是根據(jù)Rf的實(shí)際相關(guān)關(guān)系而得出的公式：Rx=Af－B=687 337.66f-461.54代入程序而得出的曲線。

3 結(jié) 語

本設(shè)計(jì)基于LabVIEW的光敏電阻自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用由555定時(shí)器組成的RC振蕩電路把要測(cè)的電阻值轉(zhuǎn)化成LabVIEW程序容易處理的頻率信號(hào)，然后由采集卡實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的采集測(cè)量，并由LabVIEW程序完成測(cè)量值的處理、顯示。本設(shè)計(jì)的測(cè)阻電路比傳統(tǒng)的電阻測(cè)量電路簡(jiǎn)單，可以廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中。

本設(shè)計(jì)中基于LabVIEW的光電自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 解決手動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試造成的人為誤差，測(cè)試較靈活、方便、快速，并且精確，具有良好的可靠性，電子電路部分原理簡(jiǎn)單，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。

（2） 運(yùn)用LabVIEW界面編程軟件可以得到一個(gè)完整且美觀的顯示界面，LabVIEW軟件功能強(qiáng)大，對(duì)控制和分析上有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，統(tǒng)計(jì)和計(jì)算可以交給計(jì)算.