基于labVIEW的信號檢測系統(tǒng)設(shè)計研究

陳立云+周鵬+蔣杏國

摘 要：在本文中主要結(jié)合下料機重復(fù)定位精度檢測平臺而分析信號檢測系統(tǒng)的設(shè)計情況，并對其硬件結(jié)構(gòu)以及軟件模型而作出介紹，其中硬件結(jié)構(gòu)主要包括的模擬信號調(diào)理、數(shù)字信號隔離和數(shù)據(jù)采集，而軟件則結(jié)合LabVIEW 的技術(shù)對信號的采集、處理以及顯示、存儲等。

關(guān)鍵詞：labVIEW；信號檢測系統(tǒng)；設(shè)計；研究

隨著工業(yè)智能裝備的快速發(fā)展，越來越多的工廠投入智能裝備生產(chǎn)線，實現(xiàn)精確、高效的運作。甚至在一個控制中心就可以操縱多個生產(chǎn)線的動作。傳感器作為一種檢測裝置被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)智能裝備生產(chǎn)線上，如應(yīng)用電阻應(yīng)變式位移傳感技術(shù)檢測下料機的重復(fù)定位精度[1]。而往往一條生產(chǎn)線上由上百個甚至上千個類似的傳感器，通過傳感器能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制。

本文根據(jù)應(yīng)用電阻應(yīng)變式位移傳感技術(shù)檢測某下料生產(chǎn)線重復(fù)定位精度的平臺而開發(fā)信號檢測的系統(tǒng)，并通過此平臺而模擬下料生產(chǎn)線試驗，通過收集其中的參數(shù)能夠幫助掌握重復(fù)定位精度的變化情況。因此，在設(shè)計開發(fā)過程中，需要結(jié)合良好的信號檢測進行試驗。在本文中主要根據(jù)硬件與軟件研究而設(shè)計出硬件結(jié)構(gòu)，主要目的是保護設(shè)備、抑制干擾和采集以及轉(zhuǎn)換信號。在軟件方面則主要采用的是LabVIEW語言開發(fā)，可以實現(xiàn)信號的采集、顯示、處理以及存儲的目標。

一、概述信號檢測的系統(tǒng)圖

在下料生產(chǎn)線重復(fù)定位精度的檢測平臺中，由于傳感器的不同種類十分多，根據(jù)輸出信號差異性可知，主要有模擬信號的電流輸出情況，例如較為典型的有：電流傳感器、位移傳感器以及傾角傳感器，而在模擬信號的電壓輸方面主要包括的是拉壓力傳感器；而數(shù)字量的輸入中則有氣缸限位的開關(guān)以及紅外傳感器[2]。此外，在模擬信號中，其中的調(diào)理模塊主要有小信號的隔離放大模塊以及電流信號的轉(zhuǎn)化模塊。下圖1是結(jié)構(gòu)簡圖。

二、分析硬件設(shè)計情況

在本系統(tǒng)設(shè)計中，其硬件設(shè)計主要涵蓋如下幾大模塊，分別是信號調(diào)理、開關(guān)量輸入光電隔離，下面作出詳細分析。

（一）信號調(diào)理的模塊分析

在信號調(diào)理的模塊中主要包括的內(nèi)容有：小信號隔離的放大電路以及I/V轉(zhuǎn)換的電路這兩個部分。在小信號隔離的放大電路設(shè)計中，可以選用拉壓力良好的傳感器，并測量其輸出正負毫伏的電壓信號，進而可以有效提升信號采集的精度，而在設(shè)計中就可以運用儀表而實施放大，從而使得小信號可以放大到設(shè)計時所設(shè)計的倍數(shù)，進而能夠盡快完成A/D的采樣卡所要求采樣幅值的電壓要求，即±10V左右。但是在整個設(shè)計系統(tǒng)中，主要針對的是傳感器中輸出信號所遇到的距離十分遠的情況，還需要做好抑制干擾的工作，一般情況下，隔離度大約是1500VDC，其中的隔離DC-DC中就需要采用電源模塊，并且額定隔離的電壓達到1500VDC，而其隔離的放大器（ISO124），從而使得通道間能夠相互隔離。因此，在此系統(tǒng)中所采用的是高精度的基準電壓[3]，其電壓源是MAX6043-10，而傳感器所能夠提供的精準是+10V的左右的供電電壓，這就可以有效抑制傳感器中所出現(xiàn)的供電電壓波動情況，進而對信號的輸出所帶來不利的影響。而在隔離放大器輸出端中，因為運算的放大器組成是需要多重反饋的方式，并且通過濾波電路的方式而保持其之間的連接性，最主要的目的就是能夠提升其帶載的能力，進而幫助改善阻抗以及輸入的阻抗[4]，并且還可以對信號實施濾波處理。

（二）分析I/V中轉(zhuǎn)換電路的情況

在電流的輸出中，變送隔離的放大電路以及小信號的隔離放大電路具有相似的類型，但是針對不同位移傳感器的輸出情況可知，其電流的信號是4至20mA，此時就需要通過其轉(zhuǎn)換成電壓的信號，并通過RCV420而把4至20mA電流而轉(zhuǎn)換成0至5V的電壓，在后面的電路和測力計的信號可知，在后續(xù)電路和測力計的信號處理中，隔離放大的電路是有相同副邊[5]，而在試驗驗證中，則需要調(diào)理并轉(zhuǎn)換其誤差為0.132%。

（三）分析開關(guān)量輸入光電電路的設(shè)計情況

根據(jù)設(shè)計要求可知，在電路中通過供電電源、輸出以及輸入設(shè)計而實施三方隔離，這可以較好確保其所具有的隔離度，同時通過嚴格設(shè)計其濾波以及退耦設(shè)計，進而使得輸出過程中可以獲得良好的驅(qū)動能力，同時也可以有效提升總線驅(qū)動器的驅(qū)動能力。因此，在設(shè)計過程中，可以選擇的是DC-DC的模塊（IF2406S-2W），而隔離的電壓大約為3000VDC，此外，其高速光耦的運用可以采用6N138，隔離的電壓是2500V，而在試驗測試過程中，其信號主要結(jié)合輸入和輸出所具有的延遲時間是26ns，而總線驅(qū)動器的擇用方面可以采用的是SN74AHC246。

三、分析信號檢測中的軟件設(shè)計情況

在本次設(shè)計中，A/D的采樣卡運用的是16位的PCI8604，其數(shù)字量的輸入以及輸出卡是PCI2364，均為同一廠商。其中的數(shù)據(jù)采集卡中提供良好軟件包，用戶就可以直接通過PC機而實施程序開發(fā)以及程序應(yīng)用，此開發(fā)包中所包括的有：通用的通信模塊文件，然而剩下則主要是借助于LabVIEW設(shè)計和實現(xiàn)，進而使得各種不同的功能函數(shù)可以有效調(diào)用，進而更好地完成相關(guān)程序訪問。由于本系統(tǒng)中的軟件是測試類型的程序，因此，可以將其簡化作為數(shù)據(jù)采集、顯示、處理以及保存，但是由于數(shù)據(jù)存儲屬于較慢過程，而為了不會對數(shù)據(jù)采集工作帶來影響，在相關(guān)程序的采集過程則可以采用此模型：生產(chǎn)者和消費者。在模型中，通過隊列的方式而進行緩存，并能夠把新采集數(shù)據(jù)放置對應(yīng)的隊列中，這不僅操作簡單，而且所耗費的時間也極少[6]。除此之外，數(shù)據(jù)采集還可以在快速中完成數(shù)據(jù)的存放工作以及緩存工作，由此可知，此模型中的上半部分主要是采集數(shù)據(jù)（生產(chǎn)者），下半部分則處理數(shù)據(jù)（消費者）。

結(jié)束語：

通過上述分析可知，主要針對信號的檢測系統(tǒng)而建立一個多路傳感器的信號，并在此基礎(chǔ)上而優(yōu)化硬件電路的設(shè)計，同時還根據(jù)LabVIEW 的語言開發(fā)出圖形化的上位機系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有性能良好、功能齊全以及誤差小的優(yōu)點，從而可以滿足精度試驗要求。

參考文獻：

[1]陳立云，夏楠，周鵬.電阻應(yīng)變式位移傳感器在下料機重復(fù)定位精度檢測中的應(yīng)用[J].機電信息，2014，13（30）：51-53.

[2]劉立豐，張勇，徐真等.基于LabVIEW的ARINC429總線檢查軟件的設(shè)計[J].民用飛機設(shè)計與研究，2014，21（02）：76-79.

[3]劉瑞.基于Lab VIEW的簡單信號發(fā)生器的設(shè)計[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014，39（25）：48-49.

[4]崔秀華，彭立方，石翰成等.基于Lab VIEW的虛擬脈搏測試儀設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2015，22（10）：80-82.

[5]梅甜，周毅，王民慧等.基于LabVIEW的腦電信號分析儀的研究與設(shè)計[J].生物醫(yī)學(xué)工程研究，2014，12（01）：39-43.

[6]張滿滿，楊彥青.利用Lab-VIEW信號采集輔助監(jiān)測MAG復(fù)合焊的焊接穩(wěn)定性[J].電焊機，2015，45（12）：163-166.

作者簡介：

陳立云（1984—），男，江蘇鹽城人，工程師，主要從事機電測控研究工作。endprint