基于LabVIEW的虛擬電子稱設(shè)計

聶輝　秦實宏

摘要：本文利用虛擬儀器軟件LabVIEW作為開發(fā)平臺環(huán)境，設(shè)計了一個基于虛擬儀器LabVIEW的電子秤系統(tǒng)。該套電子稱系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計思路，將本設(shè)計分為軟件部分和硬件部分兩大塊。其中，硬件部分包括測量傳感器電路、信號調(diào)理電路兩大部分，軟件模塊分為登錄、曲線顯示、數(shù)據(jù)顯示及保存四大部分。通過軟、硬件結(jié)合的設(shè)計可以實現(xiàn)在通過對于物體重量的測量到LabVIEW虛擬儀器的顯示，并且可以保存測量到的相關(guān)數(shù)據(jù)，用于以后進(jìn)行查看和分析。通過這種設(shè)計與傳統(tǒng)臺秤比較，具有靈活性高，實用性高等特點，能夠獲取測量的過程數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)電子秤不能獲得過程數(shù)據(jù)，也不能保存以前的數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：電子稱；數(shù)據(jù)采集；LabVIEW

中圖分類號：TH715.193 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）01-0168-02

1 虛擬儀器硬件設(shè)計

當(dāng)開始采集信號時，放下重物，放在布置好裝有壓力傳感器的托盤上時，壓力傳感器就會受力發(fā)生變化，使得它的電阻值也跟著發(fā)生了變化。這時通過設(shè)計的電橋，可以得到一個微弱的電壓變化。這時就需要放大電路來發(fā)揮功能，放大電路將微弱的電信號進(jìn)行放大。放大之后會在CH2端輸出一個信號，這個信號與原始信號相比僅僅在大小上發(fā)生了變化，保留了信號的原始信息。這個信號與原始信號的大小有一個線性的比例關(guān)系。這時候信號將要進(jìn)入抗干擾電路，通過調(diào)節(jié)電位器RX4的調(diào)節(jié)，U8D輸出端會得到經(jīng)過放大后的信號。我們再通過調(diào)節(jié)電位器RX5，可以用來調(diào)節(jié)整個電路系統(tǒng)的對稱性。通過這種方法，初步完成了抗干擾的設(shè)計。設(shè)計出主電路如圖1所示。

1.1 傳感器電路

電阻式應(yīng)變傳感器的應(yīng)用是非常廣泛的，它在受到壓力時會產(chǎn)生形變，這會帶動它自身安裝的壓力應(yīng)變計也跟著變化。這樣一來，傳感器的電阻就隨壓力發(fā)生了變化，達(dá)到測量的要求。但是這種傳感器也有其局限性，當(dāng)形變太大時，電阻的變化值就不再是線性的了，那么就無法完整實現(xiàn)傳感器的功能。在小的形變時，也會出現(xiàn)不穩(wěn)定的信號，所以一般這種傳感器都是在控制技術(shù)中應(yīng)用的。綜合考慮之后，本次應(yīng)用的傳感器是電阻應(yīng)變式傳感器。當(dāng)電阻應(yīng)變式傳感器感受到外力，即本次實驗的外加重物時，就會因為受到壓力，使得電阻值的大小發(fā)生變化。

1.2 放大電路

信號放大電路有幾個方面的作用。首先太小的信號難以被采集，只有將其放大到一定程度之后才好被采集系統(tǒng)所采集。其次，放大不會破壞信號的原始數(shù)據(jù)，再放大后，甚至可以將一些原本可能被采集系統(tǒng)忽略掉但是卻非常重要的數(shù)據(jù)采集到。放大電路提高了數(shù)據(jù)采集的靈敏度。

同理當(dāng)產(chǎn)生的輸入信號幅值太大時，同樣會給采集系統(tǒng)帶來困擾，這時候就要對信號進(jìn)行衰減處理。同樣的，衰減只對信號的倍率大小產(chǎn)生影響，不會破壞其自身的數(shù)據(jù)。使用的LM324是四運放集成電路，它是采用14腳雙列直插塑料封裝，它的內(nèi)部含有四組運算放大器。

1.3 抗干擾電路

濾波也是信號調(diào)理中的一種手段，利用濾波器，可以減小在原始信號中產(chǎn)生的一些雜亂信號。由于我國的家用電壓是220V的，但是家用電壓總會有些波動。在使用實驗電壓源時，雖然由實驗室里自帶設(shè)備的穩(wěn)壓處理，但是仍會有一些雜亂信號被送入采集系統(tǒng)。

2 軟件部分

在LabVlEW平臺下，本設(shè)計軟件由兩部分組成：前面板和框圖程序。前面板相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器的面板，程序框圖可以當(dāng)做傳統(tǒng)儀器內(nèi)部的各種硬件電路。本設(shè)計主要通過LabVIEW編程來實現(xiàn)電子秤的稱量重物功能，設(shè)計分為前面板和程序框圖兩部分。

前面板是虛擬儀器的重要部分。儀器參數(shù)、結(jié)果顯示都將顯示在前面板上，所以前面板界面很重要，應(yīng)該做到盡量簡潔直觀才行。前面板主要由輸入控制器和輸出指示器組成，這兩種指示器都可通過控制選板和工具選板創(chuàng)建。主要包括用戶名、密碼、質(zhì)量顯示，質(zhì)量實時變化曲線等，也可通過設(shè)置目標(biāo)文件夾來存放已經(jīng)測量出來的數(shù)據(jù)。

主控模塊主要負(fù)責(zé)整個程序流程框圖能夠順利運行，本次流程框圖采用的流程結(jié)構(gòu)為層疊式順序結(jié)構(gòu)，如圖2所示。即在框圖的同一位置疊放多個子框圖，每個子框圖有各自的編號，執(zhí)行程序時，按照序號由小到大逐個執(zhí)行，最小序號為0。最初建立的順序結(jié)構(gòu)只有一幀，通過在順序結(jié)構(gòu)邊框上右擊彈出的快捷菜單中的命令，可為順序結(jié)構(gòu)加幀。“刪除順序”命令用于移除順序結(jié)構(gòu)，同時保留當(dāng)前幀。

主控模塊包括對用戶登錄、用戶密碼修改、數(shù)據(jù)采集、暫停、保存等的控制。主控模塊涉及到多個方面，可以說是軟件程序的“樹干”，所有的其他部分都是圍繞這一部分展開的，主控板塊的流程即為主要流程，控制程序的進(jìn)行。首先，程序進(jìn)入登錄部分，如果登錄完成，則有三種選擇。如果選擇修改密碼就會由主控程序調(diào)出用戶修改密碼板塊，可以在這里修改舊密碼，使用新密碼。如果不修改密碼，可以調(diào)用添加新用戶板塊，往數(shù)據(jù)庫中添加一個新用戶，這個新用戶同樣可以登錄本軟件，可以測量并獲得數(shù)據(jù)，之后再保存數(shù)據(jù)。但是新用戶不是管理用戶，沒有管理用戶的權(quán)限，只有最初的管理員用戶有權(quán)限進(jìn)行添加或者刪除用戶。如果不選擇上面兩種情況，那么程序就會進(jìn)入數(shù)據(jù)采集部分。

3 實驗結(jié)果

將最終系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，得到了測量的數(shù)據(jù)，以表格中的數(shù)據(jù)體現(xiàn)出來。采集時，每10s采集一次，本次設(shè)計時考慮到對采集間隔時間的修改，由于需要快點得到數(shù)據(jù)，故采用10s的間隔，以20g的砝碼為例將采集到的數(shù)據(jù)用曲線來表現(xiàn)出來。

4 展望

隨著科技的發(fā)展，虛擬儀器會越來越廣泛的被人們應(yīng)用在各個方面。比如應(yīng)用在工業(yè)工廠的各個方面，相比傳統(tǒng)的儀器，虛擬儀器有著許多的優(yōu)點，比如更加靈活，使用的方面更廣，應(yīng)用時可以實時監(jiān)測信號或者其他數(shù)據(jù)的變化，雖然說傳統(tǒng)儀器也還是有著其自身的優(yōu)越性，但是利用虛擬儀器能夠更好地在一些方面達(dá)到更好地效果。

參考文獻(xiàn)

[1]張海霞，滕召勝，易霞，等.新型便攜式電子秤設(shè)計[J].計量技術(shù)，2005（9）：6-9.

[2]凌永發(fā)，王杰.壓力傳感器的選擇與應(yīng)用[J].云南民族大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版，2003，12（3）：192-194.

[3]張毅剛，虛擬儀器技術(shù)介紹[J].國外電子測量技術(shù)，2006，25（6）：1-6.