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基于LabVIEW的傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2018-08-19 09:26:48陸鵬
科學(xué)與財(cái)富 2018年23期
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)采集

陸鵬

摘要:在LabVIEW下開發(fā)了基于鐵鳥試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用的兩款新型傳感器測(cè)量的測(cè)控系統(tǒng),內(nèi)部軟件部分通過串行接口與PC通信,研究了基于LabVIEW和RS485通信接口的軟、硬件設(shè)計(jì)方法,構(gòu)成基于LabVIEW的測(cè)控系統(tǒng)。通過兩款傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)分析,同時(shí)與其他加裝傳感器數(shù)據(jù)對(duì)比,表明基于LabVIEW的傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠完成對(duì)高溫壓力傳感器和油液品質(zhì)傳感器的精確測(cè)量。

關(guān)鍵詞:LabVIEW;RS485;數(shù)據(jù)采集

LabVIEW是Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench的縮寫,即試驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái),是美國(guó)國(guó)家儀器公司為數(shù)據(jù)采集、儀器控制和虛擬測(cè)試等領(lǐng)域而研發(fā)的開發(fā)平臺(tái)。

LabVIEW程序又稱為虛擬儀器,它的表現(xiàn)形式和功能類似于實(shí)際的儀器,可用于采集、分析、顯示和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。程序主要由前面板、框圖程序和圖表連接端口組成,前面板中包含眾多控件,只需要將各個(gè)控件用鼠標(biāo)拖到前面板的指定區(qū)域,便可以使用該控件的功能。為用戶提供了簡(jiǎn)明、直觀、易用的圖形編程方式。

LabVIEW不僅可以與數(shù)據(jù)采集、視覺、運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備等硬件進(jìn)行通信,還可以與GPIB、PXI、VXI、RS232和RS485等儀器進(jìn)行通信。從1986年發(fā)布的LabVIEW1.0至今,每一個(gè)版本都對(duì)測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域帶來巨大幫助。使用LabVIEW開發(fā)的程序以其開發(fā)周期短,效率高,成本低的優(yōu)勢(shì),已經(jīng)被越來越多的采用和認(rèn)可。

本文基于RS485通信和LabVIEW軟件平臺(tái)研發(fā)了一套液壓油液溫度和油液品質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可視化的監(jiān)測(cè)界面,可實(shí)時(shí)顯示液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài),并可供用戶查詢歷史數(shù)據(jù)以便進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

圖1為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu),PC機(jī)主要對(duì)液壓系統(tǒng)中的油溫、壓力、介電常數(shù)、油液品質(zhì)等參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)及顯示。傳感器將環(huán)境參數(shù)和發(fā)電信息采集過來,通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)在傳感器內(nèi)部進(jìn)行將數(shù)據(jù)處理后緩存并通過RS485接口發(fā)送。傳感器與PC機(jī)之間采用RS485轉(zhuǎn)RS232通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。PC機(jī)將接受到的數(shù)據(jù)處理后保存并及時(shí)顯示。實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

測(cè)試中主要使用高溫壓力傳感器、新型油液品質(zhì)傳感器檢測(cè),由于這些傳感器均安裝于液壓試驗(yàn)臺(tái)上,距離測(cè)控間距離大于50m。而PC機(jī)串行口為標(biāo)準(zhǔn)的RS232C接口,最大通信距離僅為15 m。無法適用于遠(yuǎn)距離的監(jiān)測(cè)。

選用RS485串行接口標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信管理。串口通信采用RS485協(xié)議進(jìn)行,其傳輸距離較長(zhǎng),適用于從高溫壓力傳感器、新型油液品質(zhì)傳感器檢測(cè)到測(cè)試設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。RS485采用差分信號(hào)負(fù)邏輯,邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(2~6)V表示;邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(2~6)V表示。

RS485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合,抗共模干擾能力增強(qiáng),即抗噪聲干擾性好。RS485最大的通信距離約為1219 m,最大傳輸速率為10Mb/s,傳輸速率與傳輸距離成反比。

2 軟件設(shè)計(jì)

傳感器輸出為RS485信號(hào),經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為RS232后與PC機(jī)相連。由于兩類傳感器的通信方式均為RS485通信,除數(shù)據(jù)解析部分,軟件設(shè)計(jì)基本一致,以MEMS高溫壓力傳感器為例進(jìn)行說明。

使用串口前,串口配置參數(shù)必須確定:波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位。對(duì)于高溫壓力傳感器通信而言,波特率為9600,數(shù)據(jù)位8bit,無校驗(yàn)位,停止位1。設(shè)置完成后才能對(duì)串口進(jìn)行初始化,并等待200ms保證串口初始化已完成。

完成串口初始化后,清一次緩存,確保緩存中無數(shù)據(jù)后開始檢測(cè)串口讀緩存區(qū)的數(shù)據(jù),由于高溫壓力傳感器的數(shù)據(jù)格式(ASCII碼)為:

P=±XX.XXX(空格0X20)T=±XXX.XX(回車0X0A)。

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為38字節(jié),故當(dāng)緩存區(qū)數(shù)據(jù)大于38字節(jié)時(shí)表明一包完整的數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)入緩存,此時(shí)開始讀取,以0X0A為標(biāo)志判斷數(shù)據(jù)結(jié)尾。由于數(shù)據(jù)位ASCII碼表示,故數(shù)據(jù)的前9字節(jié)為壓力數(shù)據(jù),偏移2字節(jié),讀取7字節(jié),以ASCII碼轉(zhuǎn)換為即為壓力測(cè)量值。同樣地,偏移12字節(jié)后讀取7字節(jié),以ASCII碼轉(zhuǎn)換后即為溫度測(cè)量值。

對(duì)于新型油液品質(zhì)傳感器而言,數(shù)據(jù)格式為

數(shù)據(jù)(介電常數(shù)) 數(shù)據(jù)(溫度) 結(jié)束

00 00 00 00 00 00 0A

數(shù)據(jù)發(fā)送由高位->低位順序發(fā)送,其中介電常數(shù)的轉(zhuǎn)換公式為:

介電常數(shù)=碼值×100/0XFFFFFF

溫度轉(zhuǎn)換公式:

溫度值=(碼值×0.0922237-1000)/3.85

新型油液品質(zhì)傳感器的數(shù)據(jù)共7字節(jié),介電常數(shù)與溫度數(shù)據(jù)各3字節(jié),最后以0X0A結(jié)尾。因此,取前3字節(jié)計(jì)算碼值按照介電常數(shù)公式計(jì)算出介電常數(shù)測(cè)量值。將數(shù)據(jù)偏移3字節(jié)后截取3字節(jié),按照溫度轉(zhuǎn)換公式計(jì)算溫度測(cè)量值。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

當(dāng)傳感器處于工作狀態(tài)時(shí),運(yùn)行VI程序。程序運(yùn)行過程控制可以控制數(shù)據(jù)開始采集、暫停/繼續(xù)采集、退出采集。數(shù)據(jù)采集及曲線設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集間隔、報(bào)警上下限以及對(duì)實(shí)時(shí)溫度曲線、溫度上下限曲線、平均溫度曲線顯示顏色的設(shè)置。通過對(duì)保存的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以看到傳感器的數(shù)據(jù),同時(shí)對(duì)比加裝的其他傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比,見圖3、圖4。

由圖4可以看出,在整個(gè)匹配性試驗(yàn)過程中,MEMS高溫壓力傳感器測(cè)得的壓力信號(hào)與P102傳感器處理后的數(shù)據(jù)趨勢(shì)、大小基本一致,能反映出泵出口壓力實(shí)際變化情況。

壓力差最大值為0.1986Mpa,出現(xiàn)在469s處。平均差值為0.1483MPa,相比于21.5Mpa的壓力穩(wěn)定值,其偏差百分比為:0.1483/21.5×100%=0.69%,

4 結(jié)束語

在測(cè)試計(jì)算機(jī)的VI中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,在試驗(yàn)中,與其他的加裝傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析,經(jīng)實(shí)際對(duì)比,數(shù)據(jù)精確可靠,所示。通過RS485實(shí)現(xiàn)了傳感器與測(cè)控計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)試驗(yàn)配置與管理、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能。

參考文獻(xiàn):

[1]趙常壽,陳征詳,樊蓉.基于LabVIEW和NI-VISA的RS232串口通信程序設(shè)計(jì)[J].電腦編程技巧與維護(hù),2015,01:68-70.

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