基于LabVIEW的扭矩實時監測系統設計

摘 要：針對扭矩傳感器及控制儀監測信號單一和擴展性差的問題，設計了一種基于LabVIEW的扭矩實時監測系統。該系統由扭矩傳感器、扭矩控制儀以及上位機組成。首先扭矩控制儀通過測試電纜線與扭矩傳感器連接并實時采集扭矩信號，接著扭矩控制儀將該信息通過RS232串口與上位機進行通訊，最后上位機采用LabVIEW設計人機交互界面。實驗結果表明，該系統不僅能夠實時采集、處理和顯示扭矩信息而且準確性高、穩定性強，操作方便，具有一定的實用性。

關鍵詞：扭矩傳感器；扭矩控制儀；LabVIEW；RS232串口通訊；人機交互界面

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.134

0 引言

扭矩是各種機械傳動軸的基本載荷形式，它的測試是研究轉動物體在轉動過程中扭力矩變化的重要手段，同時也是各類機械產品在研發，品質管控以及安全生產過程中的必要環節[1-2]。因此，提高扭矩測量的準確性、實時性和監測過程中的穩定性是保證產品質量和生產加工安全的至關因素[3-4]。雖然目前扭矩控制儀能夠通過串口讀取扭矩傳感器上的信息并且顯示在儀表界面上，但是其功能比較單一，擴展性能比較差，操作也相對比較復雜。

近些年來，LabVIEW作為是一種圖形化編程語言[5-7]，以其編程靈活、流程清晰、開發周期短、擴展性好的優點，廣泛被應用于自動化工程領域的監控、檢測系統開發[8]。

因此，本文基于LabVIEW開發了一種扭矩實時監測系統。該系統在扭矩控制儀能夠讀取扭矩傳感器中扭矩信息的基礎上，利用RS232串口通訊的方式實時采集扭矩信息，并運用圖形化編程語言LabVIEW 設計研發人機交互界面來分析、處理以及存儲扭矩信息。該系統開發周期短，操作性簡單，而且實時性較好，準確性較高，這為各類信號的同步監測以及各種串口儀表通訊軟件的設計提供了一種新思路，具有良好的實用推廣價值。

1 扭矩監測系統整體框架

扭矩監測系統硬件由工業計算機、扭矩傳感器、扭矩控制儀以及用于夾持扭矩傳感器兩端的機械裝置組成。系統監測流程框圖如圖1所示。

首先將扭矩傳感器固定安裝在待測位置并通過電纜線與扭矩儀相連；接著利用RS232串口通訊的方式將采集到的信息發送至工業計算機中進行處理；最后通過信息分析、處理模塊將采集到的扭矩信息進行處理、顯示以及存儲。

2 監測系統人機界面整體規劃

扭矩監測系統的交互界面主要由扭矩監測系統設置界面、扭矩信息實時采集界面、歷史數據查詢界面以及一些特殊功能的交互界面等4個部分構成。其監測系統結構功能架構圖如圖2所示。

3 監測系統設計及功能驗證

3.1 監測系統主界面設計

軟件系統設計是基于LabVIEW開發的人機界面，程序主要操作流程圖如圖3所示。

扭矩監測系統主界面如圖4所示，其中，系統設置界面位于主界面右側上方，主要用于設置合格判據值，以及待測扭矩產品的基本信息。扭矩采集界面位于主界面的左上側，主要顯示了當前扭矩實時值的波形。扭矩信息歷史記錄界面居于主界面左下側，主要記錄了每一次監測扭矩信息。特殊功能的交互界面在主界面的右下方，主要包含了人為單次操作、程序設置以及退出程序等功能。

3.2 監測系統功能驗證

運用所搭建的軟硬件平臺進行動態扭矩加載監測實驗。首先開啟扭矩監測系統，在主界面系統設置區域進行產品信息設置，接著將扭矩從0Nm開始按照0.1Nm/s的速度依次增加至10Nm，接著以同樣的速度再逐漸下降至0Nm，整個過程上位機監測到的扭矩實時值的波形如圖5所示。

從圖中可以看出，LabVIEW監測到的扭矩值和扭矩控制儀上的顯示結果是一樣的。進一步說明該監測系統能夠準確、實時地通過RS232串口采集到扭矩控制儀中的扭矩值，滿足了實際生產要求。

4 結束語

針對扭矩傳感器及扭矩控制儀監測信號單一和無擴展性的問題，基于LabVIEW軟件與RS232串口通訊方式設計了一種的扭矩實時監測系統，實現了扭矩信息實時監測。該系統采集的扭矩信息準確性高，穩定性強，具有良好的實用價值。這為各類信號的同步檢測以及各種串口儀表通訊軟件的設計提供了參考價值和一種新思路。

參考文獻：

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作者簡介：程愛珍（1978-），女，貴州安順人，碩士，講師，主要研究方向：機械工程、機器視覺。