基于LabVIEW的扭矩實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：針對(duì)扭矩傳感器及控制儀監(jiān)測(cè)信號(hào)單一和擴(kuò)展性差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的扭矩實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由扭矩傳感器、扭矩控制儀以及上位機(jī)組成。首先扭矩控制儀通過(guò)測(cè)試電纜線與扭矩傳感器連接并實(shí)時(shí)采集扭矩信號(hào)，接著扭矩控制儀將該信息通過(guò)RS232串口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，最后上位機(jī)采用LabVIEW設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)采集、處理和顯示扭矩信息而且準(zhǔn)確性高、穩(wěn)定性強(qiáng)，操作方便，具有一定的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：扭矩傳感器；扭矩控制儀；LabVIEW；RS232串口通訊；人機(jī)交互界面

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

0 引言

扭矩是各種機(jī)械傳動(dòng)軸的基本載荷形式，它的測(cè)試是研究轉(zhuǎn)動(dòng)物體在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中扭力矩變化的重要手段，同時(shí)也是各類機(jī)械產(chǎn)品在研發(fā)，品質(zhì)管控以及安全生產(chǎn)過(guò)程中的必要環(huán)節(jié)[1-2]。因此，提高扭矩測(cè)量的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和監(jiān)測(cè)過(guò)程中的穩(wěn)定性是保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)加工安全的至關(guān)因素[3-4]。雖然目前扭矩控制儀能夠通過(guò)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(kuò)展性能比較差，操作也相對(duì)比較復(fù)雜。

近些年來(lái)，LabVIEW作為是一種圖形化編程語(yǔ)言[5-7]，以其編程靈活、流程清晰、開(kāi)發(fā)周期短、擴(kuò)展性好的優(yōu)點(diǎn)，廣泛被應(yīng)用于自動(dòng)化工程領(lǐng)域的監(jiān)控、檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[8]。

因此，本文基于LabVIEW開(kāi)發(fā)了一種扭矩實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在扭矩控制儀能夠讀取扭矩傳感器中扭矩信息的基礎(chǔ)上，利用RS232串口通訊的方式實(shí)時(shí)采集扭矩信息，并運(yùn)用圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW 設(shè)計(jì)研發(fā)人機(jī)交互界面來(lái)分析、處理以及存儲(chǔ)扭矩信息。該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，操作性簡(jiǎn)單，而且實(shí)時(shí)性較好，準(zhǔn)確性較高，這為各類信號(hào)的同步監(jiān)測(cè)以及各種串口儀表通訊軟件的設(shè)計(jì)提供了一種新思路，具有良好的實(shí)用推廣價(jià)值。

1 扭矩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體框架

扭矩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件由工業(yè)計(jì)算機(jī)、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(jī)械裝置組成。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)流程框圖如圖1所示。

首先將扭矩傳感器固定安裝在待測(cè)位置并通過(guò)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(fā)送至工業(yè)計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理；最后通過(guò)信息分析、處理模塊將采集到的扭矩信息進(jìn)行處理、顯示以及存儲(chǔ)。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)人機(jī)界面整體規(guī)劃

扭矩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的交互界面主要由扭矩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置界面、扭矩信息實(shí)時(shí)采集界面、歷史數(shù)據(jù)查詢界面以及一些特殊功能的交互界面等4個(gè)部分構(gòu)成。其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能架構(gòu)圖如圖2所示。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能驗(yàn)證

3.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于LabVIEW開(kāi)發(fā)的人機(jī)界面，程序主要操作流程圖如圖3所示。

扭矩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面如圖4所示，其中，系統(tǒng)設(shè)置界面位于主界面右側(cè)上方，主要用于設(shè)置合格判據(jù)值，以及待測(cè)扭矩產(chǎn)品的基本信息。扭矩采集界面位于主界面的左上側(cè)，主要顯示了當(dāng)前扭矩實(shí)時(shí)值的波形。扭矩信息歷史記錄界面居于主界面左下側(cè)，主要記錄了每一次監(jiān)測(cè)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(shè)置以及退出程序等功能。

3.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能驗(yàn)證

運(yùn)用所搭建的軟硬件平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)扭矩加載監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。首先開(kāi)啟扭矩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在主界面系統(tǒng)設(shè)置區(qū)域進(jìn)行產(chǎn)品信息設(shè)置，接著將扭矩從0Nm開(kāi)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(gè)過(guò)程上位機(jī)監(jiān)測(cè)到的扭矩實(shí)時(shí)值的波形如圖5所示。

從圖中可以看出，LabVIEW監(jiān)測(cè)到的扭矩值和扭矩控制儀上的顯示結(jié)果是一樣的。進(jìn)一步說(shuō)明該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地通過(guò)RS232串口采集到扭矩控制儀中的扭矩值，滿足了實(shí)際生產(chǎn)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)扭矩傳感器及扭矩控制儀監(jiān)測(cè)信號(hào)單一和無(wú)擴(kuò)展性的問(wèn)題，基于LabVIEW軟件與RS232串口通訊方式設(shè)計(jì)了一種的扭矩實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了扭矩信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)采集的扭矩信息準(zhǔn)確性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，具有良好的實(shí)用價(jià)值。這為各類信號(hào)的同步檢測(cè)以及各種串口儀表通訊軟件的設(shè)計(jì)提供了參考價(jià)值和一種新思路。

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作者簡(jiǎn)介：程愛(ài)珍（1978-），女，貴州安順人，碩士，講師，主要研究方向：機(jī)械工程、機(jī)器視覺(jué)。