基于LabVIEW的液壓試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：本文以研華數(shù)據(jù)采集板卡為硬件支撐，以LabVIEW 為軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套液壓試驗(yàn)臺(tái)通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、歷史數(shù)據(jù)查詢及相關(guān)分析功能。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；LabVIEW ；研華板卡

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.236

0 引言

液壓試驗(yàn)臺(tái)無論是在技術(shù)預(yù)研、系統(tǒng)調(diào)試，還是元件檢驗(yàn)、教育教學(xué)中都有重要作用，其過程數(shù)據(jù)的采集意義重大。本文采用研華公司的PCI-1747U板卡設(shè)計(jì)了一套通用的液壓試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成

本文以實(shí)現(xiàn)液壓試驗(yàn)臺(tái)上壓力信號(hào)的實(shí)時(shí)采集為例。壓力傳感器選用電流型壓力傳感器，輸出為4～20mA電流信號(hào)，量程則需根據(jù)系統(tǒng)壓力進(jìn)行選取。采集板卡選用研華公司的PCI-1747U，其是一款高分辨率、高通道計(jì)數(shù)模擬量輸入PCI總線卡，通道輸入方式可選擇64路單端、32路差分及組合輸入方式。采樣模式可選擇軟件觸發(fā)、可編程定時(shí)器觸發(fā)或外部觸發(fā)。輸入類型為電壓型，范圍可選擇0-10v或0-5v。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成如圖1所示。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體框架

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)平臺(tái)的搭建，一是數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，二是數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。各平臺(tái)的主要功能如圖2所示。

2.2 程序主流程圖設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)整體框架，設(shè)計(jì)主程序流程圖，如圖3。數(shù)據(jù)采集軟件運(yùn)行后，測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示；點(diǎn)擊開始采集按鈕，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，點(diǎn)擊停止采集按鈕，停止存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過程中，頁面依然實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)；點(diǎn)擊數(shù)據(jù)查詢按鈕，進(jìn)入“數(shù)據(jù)分析平臺(tái)”，在此平臺(tái)可對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢顯示并做基礎(chǔ)的分析，點(diǎn)擊退出按鈕將返回“數(shù)據(jù)采集平臺(tái)”界面，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。

2.3 觸發(fā)方式及參數(shù)選擇

在利用LabVIEW對(duì)采集板卡進(jìn)行編程之前，首先要根據(jù)采樣對(duì)象選擇合適的觸發(fā)方式。由于本系統(tǒng)的采樣對(duì)象為低頻壓力信號(hào)，故選擇軟件觸發(fā)的方式進(jìn)行編程，由應(yīng)用程序發(fā)送采集命令，設(shè)備驅(qū)動(dòng)響應(yīng)命令產(chǎn)生硬件動(dòng)作，最終將結(jié)果返回給應(yīng)用程序。

若采集的壓力信號(hào)為慢變信號(hào)，變化不快，一秒鐘采集幾十次或更少即可，結(jié)合實(shí)際需求，在程序的WHILE循環(huán)結(jié)構(gòu)中將采樣周期設(shè)置為200ms，即每秒鐘采集5次壓力信號(hào)。另外，由于本系統(tǒng)選用的壓力傳感器為電流型，故在信號(hào)引入板卡前，需接入250歐姆電阻，將4～20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為1～5V電壓信號(hào)。為保證真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的變化，選擇板卡的輸入信號(hào)范圍為0～10V。

2.4 程序框圖設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集采用軟件觸發(fā)方式，開始通道設(shè)置為0，若共采樣8個(gè)壓力信號(hào)，則使用8個(gè)通道，采用差分方式，每個(gè)通道的增益可設(shè)置為16。由于傳感器輸入信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換，以1-5V的電壓信號(hào)被板卡采集，程序中需要對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定，即將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為真實(shí)的壓力信號(hào)。采集部分及傳感器的標(biāo)定程序如圖4所示。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式選擇TDMS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式進(jìn)行存儲(chǔ)，減小數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，有效提高工控機(jī)內(nèi)存的使用率。

在程序中，另外設(shè)計(jì)了壓力曲線選擇顯示功能。對(duì)采集到的8個(gè)壓力信號(hào)進(jìn)行選擇一個(gè)多個(gè)進(jìn)行顯示，便于用戶對(duì)某些特殊關(guān)注壓力值的查看及分析。該功能程序框圖如圖5所示。

3 結(jié)論

隨著行業(yè)的發(fā)展，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)架的功能齊全性要求越來越高，對(duì)于數(shù)據(jù)采集功能來說，不僅要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，而且要能夠保證信號(hào)的抗干擾性及準(zhǔn)確性。本文所介紹的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺(tái)，以PCI-1747U為硬件支撐，采用差分輸入方式減少共模干擾，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集、顯示、存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)分析等功能，為用戶提供了直觀的數(shù)據(jù)觀察。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題，課題名稱“專業(yè)課程教學(xué)過程與生產(chǎn)過程對(duì)接的研究” 項(xiàng)目編號(hào) RGS2014-2

作者簡(jiǎn)介：臧其亮（1983-），男，江蘇徐州人，碩士，助教，工程師，研究方向：自動(dòng)控制。