1、泉 州 師 范 學(xué) 院畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目 基于虛擬儀器控制的固體顆粒分裝機(jī)設(shè)計物理與信息工程 學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù) 專業(yè) 07 級1 班學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 職 稱 副教授 完成日期 2011-4-10 教務(wù)處 制 2基于虛擬儀器控制的固體顆粒分裝機(jī)設(shè)計1物理與信息工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 指導(dǎo)教師 副教授【摘要】labview是一種真正意義上的圖形化編程語言，因其友好的界面，簡便的操作系統(tǒng)和短暫的開發(fā)周期的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)的仿真、數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測量分析和數(shù)據(jù)顯示等各個方面。固體顆粒分裝機(jī)因其方便性而早已被大家所熟悉。本設(shè)計放棄使用普通儀器所使用的單片機(jī)控

2、制固體分裝機(jī)，改用虛擬儀器控制分裝機(jī)進(jìn)行定量分裝，該系統(tǒng)主要包括硬件電路，虛擬控件控制、數(shù)據(jù)采集及處理的設(shè)計?！娟P(guān)鍵詞】硬件電路 固體顆粒分裝機(jī) labview 虛擬儀器 數(shù)據(jù)采集 daq助手 目 錄引言51. 系統(tǒng)設(shè)計方案52. 控制系統(tǒng)分析62.1 硬件控制分析62.1.1 電源電路設(shè)計62.1.2 驅(qū)動電路82.1.3 信號放大設(shè)計92.1.4光電傳感器設(shè)計102.1.5報警電路設(shè)計102.2虛擬儀器控制112.3數(shù)據(jù)采集控制分析132.3.1數(shù)據(jù)采集卡簡介及ni6014的使用132.3.2數(shù)據(jù)采集及daq助手143. 系統(tǒng)軟件設(shè)計153.1各個控件功能的軟件編程153.1.1分裝速度控

3、制163.1.2分裝狀態(tài)控制173.1.3數(shù)據(jù)存儲及處理213.2 系統(tǒng)軟件流程圖224 總結(jié)235 結(jié)束語23參考文獻(xiàn)：2324引言隨著人們生活水平的提高，分裝不僅使得物質(zhì)受到更好的保護(hù)，在視覺上也更受人們的歡迎，分裝在如今的社會逐漸成為一種潮流，分裝機(jī)也以各種各樣的身份出現(xiàn)在市場上，固體顆粒分裝機(jī)即為其中比較常見的一種。虛擬儀器是一款將現(xiàn)有的計算機(jī)技術(shù)、設(shè)計軟件技術(shù)和高性能模塊化硬件結(jié)合在一起而建立的功能強(qiáng)大又靈活的儀器。labview語言使用數(shù)據(jù)流編程方法來描述程序的執(zhí)行，采用圖標(biāo)和連線代替文本的形式編寫程序，是一種非常優(yōu)秀的圖形化編程語言。與傳統(tǒng)儀器通過設(shè)計具體的模擬或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)儀器

4、的測量測試及分析功能相比，虛擬儀器控制的固體顆粒分裝機(jī)是利用軟件程序及高性能的模塊化硬件數(shù)據(jù)采集卡硬件模塊來完成分裝功能，靈活高效的軟件能創(chuàng)建完全自定義的用戶界面使得該分裝機(jī)在實(shí)現(xiàn)本身固有的功能外控制界面不再單調(diào)劃一，更不會因?yàn)槭褂妙l繁而造成硬件的損壞。1. 系統(tǒng)設(shè)計方案1. 方案選擇：選擇單片機(jī)：單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器cpu、隨機(jī)存儲器ram、只讀存儲器rom、多種i/o口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)，具有體積小、質(zhì)量輕、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)產(chǎn)品提供了便利條件。選擇虛擬儀器

5、：虛擬儀器是在計算機(jī)基礎(chǔ)上通過增加相關(guān)硬件和軟件構(gòu)建而成的、具有可視化界面的儀器。虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。它是利用計算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器完成對儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示功能。虛擬儀器的輸入輸出由數(shù)據(jù)采集卡、gpib卡等硬件模塊完成，儀器的功能主要由軟件構(gòu)成。2.方案比較：單片機(jī)的局限性：現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。我們常見的多數(shù)單片機(jī),價格便宜，種類較多，但抗干擾較差，適用于消費(fèi)類產(chǎn)品。在應(yīng)用領(lǐng)域，單片機(jī)針對客戶的二次開發(fā)幾乎沒有可能，這是由它硬

6、件資源的局限性所決定的。所以單片機(jī)在紛繁復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域，僅僅是一個補(bǔ)充的作用，在邊緣應(yīng)用中，拾遺補(bǔ)缺。比如簡單小量的數(shù)據(jù)讀取，傳輸，控制，顯示等，或者實(shí)現(xiàn)一些特定功能等。如果要實(shí)現(xiàn)對圖像處理或者大量的運(yùn)算，此時的單片機(jī)運(yùn)行的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了。虛擬儀器的優(yōu)勢：由于labview能夠?yàn)橛脩籼峁┖喢?、直觀、易用的圖形編程方式，能夠?qū)⒎爆崗?fù)雜的語言編程簡化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線條將各種功能連接起來，十分省時簡便，深受用戶青睞。另外，虛擬儀器徹底改變了傳統(tǒng)儀器由生產(chǎn)廠家定義功能的模式，而是在少量附加硬件的基礎(chǔ)上，由用戶定義儀器功能。因?yàn)樗倪\(yùn)行主要依賴軟件，所以修改或增加功能、改善性能都非

7、常靈活，也便于利用pc的軟硬件資源和直接使用pc的外設(shè)和網(wǎng)絡(luò)功能。虛擬儀器不但造價低，而且通過修改軟件可增加它的適應(yīng)性，進(jìn)而延長它的生命周期，是一種具有很好發(fā)展前景的儀器。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價比高、可操作性好等明顯優(yōu)點(diǎn)編程語言方面，labview圖形編程方式能夠節(jié)省85以上的程序開發(fā)時間，其運(yùn)行速度卻幾乎不受影響，體現(xiàn)出了極高的效率。使用虛擬儀器產(chǎn)品，用戶可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要重新構(gòu)筑新的儀器系統(tǒng)。例如，用戶可以將原有的帶有rs232接口的儀器、vxi總線儀器以及gpib儀器通過計算機(jī)，聯(lián)接在一起，組成各種各樣新的儀器系統(tǒng)，由計算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理和操作。

8、 方案擇取：鑒于單片機(jī)的局限性及其labview強(qiáng)大的擴(kuò)展性、靈活性選取虛擬儀器作為本次畢業(yè)設(shè)計控制系統(tǒng)的方案。2. 控制系統(tǒng)分析系統(tǒng)設(shè)計包括硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計，硬件電路是各功能控制的基礎(chǔ)，軟件則是控制的核心。硬件電路主要由電源電路、驅(qū)動電路、光電檢測系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、機(jī)架等組成。軟件則是由美國ni公司推出的虛擬儀器控制，labview語言進(jìn)行系統(tǒng)軟件編程。電腦顯示器做為顯示屏幕，鼠標(biāo)和鍵盤做為輸入控件，ni-6014數(shù)據(jù)采集卡做為與外部通信的數(shù)據(jù)接口，壓力傳感器做為測量工具。鍵盤輸入待分裝質(zhì)量，并通過鼠標(biāo)確定分裝機(jī)工作狀態(tài)，當(dāng)光電傳感器檢測外部條件具備，并且線圈振動使得壓力傳

9、感器測得質(zhì)量與預(yù)定質(zhì)量相符時，直流電機(jī)開始工作并送出預(yù)定質(zhì)量的物品。本設(shè)計提供5種線圈振蕩抖動用來控制速度大小，以提高分裝精度。設(shè)置停止、清料、清零、開始4組按鍵控件用來控制分裝機(jī)的工作狀態(tài)，另外設(shè)置自動/手動開關(guān)使得儀器工作更為人性化。圖1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1 硬件控制分析系統(tǒng)電路主要包括電源電路，驅(qū)動電路，信號放大，光電傳感器，報警電路組成。2.1.1 電源電路分析由于直流電機(jī)、振動線圈以及各種器件耐壓條件的不一致，因而要求電源電路能夠提供各種符合要求的激勵電源，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對交流電壓進(jìn)行處理。因此本設(shè)計使用變壓器對220v市電變壓輸出15v和7.5v的交流電壓，再

10、經(jīng)過整理電路輸出20v和8v的直流電壓2。通過lm7812ct穩(wěn)壓后輸出12v穩(wěn)定的直流電壓供tlp521使用，5v電壓供給放大器，蜂鳴器等外部器件使用。電源電路如圖2-1所示：圖2-1 電源電路lm7812ct電路簡單，成本低，濾波電路簡單。在輸入電壓14.5v27v的范圍內(nèi)輸出11.412.5v電壓，濾波電容可以消除輸出電壓中的高頻噪聲。最后輸出的直流電壓較小的受電網(wǎng)電壓波動及負(fù)載變化的影響。lm7812ct原理圖3如圖2-2所示：mc78lxx4系列的正電壓穩(wěn)壓器是一款便宜且容易使用的器件，具有內(nèi)部電流限制和熱開關(guān)的特征，這使得它們異常耐用。除了輸出阻抗和靜態(tài)電流非常小，另外具有寬范圍的

11、輸出電壓，和無需外接元件等優(yōu)點(diǎn)，這種三極管遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的電阻/齊納二極管。在電流需要達(dá)到100ma的場合非常受歡迎,電感l(wèi)1,l2的使用濾去輸出電壓的高頻部分，進(jìn)一步提高輸出電壓的穩(wěn)定性。mc78lxx標(biāo)準(zhǔn)電路如圖2-3所示，原理圖如圖2-4所示圖2-2 lm7812ct內(nèi)部電路圖圖2-3 78l05應(yīng)用電路圖圖2-4 78l05原理圖2.1.2 驅(qū)動電路直流電機(jī)和振動線圈工作需要較大的電流，通過tlp521與tip137組成的驅(qū)動放大電路驅(qū)動直流電機(jī)及振動線圈工作。圖2-5驅(qū)動直流電機(jī)與振動線圈電路2.1.3 信號放大設(shè)計壓力傳感器輸出電壓信號小，在數(shù)據(jù)采集卡采集前需要先經(jīng)過放大器放大，以提

12、高信號的精確度。一般差分放大電路通過差分輸入得到放大信號,但是這種放大電路精密度差，當(dāng)因調(diào)整放大增益而改變差分兩端的電阻時，將使得信號放大精度變得更加復(fù)雜。ad620儀表放大器克服上述缺點(diǎn)，對壓力傳感器輸出的敏感電壓信號進(jìn)行精密放大，在很大程度上減小外部電路對傳感器信號的干擾。ad620不僅精確度高、使用簡單、低噪聲，而且擁有高輸入阻抗，高共模具斥比，低輸入抵補(bǔ)電壓，低輸入偏移電流，低功耗電流和過電壓保護(hù)功能的特點(diǎn)。這對要求高精度放大的壓力傳感器傳來的微弱信號來說是款很好的搭配器件。放大電路如圖2-5所示圖2-5 放大電路該運(yùn)放電路放大增益其中rg 為10k的電位器，通過調(diào)整電位器rg的阻值大

13、小改變電路的放大增益以達(dá)到放大所需信號的效果。2.1.4光電傳感器設(shè)計光電傳感器用來檢測外部動作是否準(zhǔn)備完畢，當(dāng)外部動作（分裝所需的容器）準(zhǔn)備好后，紅外接收管輸出的高低電平控制三極管導(dǎo)通和截止，通過cd4013觸發(fā)器鎖存并傳送到數(shù)據(jù)采集卡。cd4013是一款雙d觸發(fā)器5，由兩個分別都帶有數(shù)據(jù)、置位、復(fù)位、時鐘輸入和q及q非輸出等特性相同但相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)觸發(fā)器構(gòu)成，也可做移位寄存器和計算器使用。當(dāng)時鐘上升沿到來時，d端數(shù)據(jù)傳送到q端輸出。光電傳感器電路圖如圖2-6所示：圖2-6 光電傳感器電路圖2.1.5報警電路設(shè)計報警電路是使分裝機(jī)使用起來更加方便而不可缺少的一部分，它由一些簡單的電阻、蜂鳴器

14、等電子元件組成，電路簡單，費(fèi)用低，可靠性強(qiáng)，用以達(dá)到提醒單次分裝任務(wù)完成的作用。蜂鳴器驅(qū)動需要一定的電流，光電傳感器tlp521是一款固態(tài)繼電器保證了蜂鳴器驅(qū)動所要求的電流值。報警電路圖如圖2-7示圖2-7 報警電路圖2.2虛擬儀器控制虛擬儀器是以通用計算機(jī)為核心，根據(jù)用戶對儀器設(shè)計的要求，用軟件實(shí)現(xiàn)控制面板設(shè)計和測試功能的一種計算機(jī)儀器系統(tǒng)，用戶可通過鼠標(biāo)、鍵盤或觸摸屏來操作虛擬面板。虛擬儀器一般由通用的硬件平臺和應(yīng)用軟件組成。其中硬件平臺由兩大部分組成：微處理器和總線是硬件最重要的核心。硬件系統(tǒng)特別是i/o接口設(shè)備主要用于完成信號的采集、測量與調(diào)理。虛擬軟件包括應(yīng)用軟件和i/o驅(qū)動軟件，應(yīng)

15、用軟件包括虛擬面板功能的前面板軟件程序和定義測試功能的控制系統(tǒng)軟件程序，i/o設(shè)備驅(qū)動程序主要用于設(shè)定外部特定儀器設(shè)備的擴(kuò)展、驅(qū)動和通信。虛擬儀器的通信原理如圖2-6所示，圖2-6 虛擬的通信原理 一般的測量測試控制系統(tǒng)可以分為采集、分析、表達(dá)三個部分，而labview虛擬儀器在采集，分析，表達(dá)實(shí)際物理量方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性。采集數(shù)據(jù)設(shè)備包括gpib，串口，vxi接口儀器，數(shù)據(jù)采集卡，pxi儀器，圖象采集卡，運(yùn)動控制，pxi實(shí)時系列，plc，pda。擁有濾波、加窗、變換、峰值、諧波分析等數(shù)量眾多的分析功能模塊用來對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。并通過圖形，圖表，表格，儀表，容器，控件，網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)圖形工

16、具等各種方式表達(dá)。虛擬儀器的特點(diǎn)6：虛擬儀器技術(shù)利用高性能的模塊硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用，靈活高效的軟件能創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應(yīng)用的需求。虛擬儀器廣泛應(yīng)用于電子測量、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動分析、故障診斷及教學(xué)科研等諸多領(lǐng)域。相比于傳統(tǒng)儀器，虛擬儀器具有功能自定義，方便與網(wǎng)絡(luò)外設(shè)及多種儀器連接，界面圖形化，數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印，且軟件成為關(guān)鍵的部分，價格低廉，基于計算機(jī)技術(shù)開發(fā)的功能模塊可構(gòu)成多種儀器，技術(shù)更新快，基于軟件的結(jié)構(gòu)可大大節(jié)省開發(fā)費(fèi)用。總之虛擬儀器技術(shù)可概括為四

17、大特點(diǎn)：性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時間少、無縫集成。虛擬儀器控制包括硬件控制和軟件設(shè)計兩方面：虛擬儀器按硬件接口分為4種：基于pc總線的虛擬儀器、基于gpib通用接口總線的虛擬儀器、基于vxi總線的虛擬儀器及基于pxi總線的虛擬儀器。虛擬儀器軟件框架從底層到頂層，由visa庫、儀器驅(qū)動程序、應(yīng)用軟件三部分組成。2.2.1 labview語言簡介labview是一種開放式的虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用軟件，它為設(shè)計者提供一個便捷、輕松的設(shè)計環(huán)境，利用它設(shè)計者可以輕松構(gòu)建自己想要的控制系統(tǒng)和儀器面板，圖形化程序設(shè)計語言大大簡化程序的設(shè)計而不用考慮復(fù)雜繁瑣的程序代碼編寫。labview語言特點(diǎn)：（1）圖形化的儀

18、器編程環(huán)境（2）內(nèi)置的程序編譯器，使運(yùn)行速度加快（3）靈活的程序調(diào)試手段（4）大量的儀器驅(qū)動程序（5）支持多種系統(tǒng)平臺，平臺之間的程序可直接進(jìn)行移植（6）提供clf功能和cin功能，可以直接調(diào)用其他軟件平臺（7）支持tcp/ip、dde等功能2.2.2分裝機(jī)前面板控件功能設(shè)計為了讓所設(shè)計的分裝機(jī)方便使用，控制界面模仿普通的分裝機(jī)設(shè)置多個按鍵分別控制分裝機(jī)分裝速度和分裝機(jī)的狀態(tài)，本設(shè)計前面板設(shè)置包括5種分裝速度：高速、快速、中速、低速、慢速，4種分裝狀態(tài)：開始、停止、清零、清料，三個顯示控件：預(yù)定分裝質(zhì)量，顯示實(shí)際分裝質(zhì)量和分裝數(shù)量，并可人工選擇儀器的自動或者手動運(yùn)行。不同的分裝速度對應(yīng)不同的脈

19、沖控制振動線圈。通過鍵盤輸預(yù)定分裝質(zhì)量，當(dāng)選擇儀器自動控制時設(shè)置好分裝速度（默認(rèn)情況為中速），按下“開始”鍵儀器將自動進(jìn)行分裝，并通過蜂鳴器提醒單次分裝完成。當(dāng)選擇儀器為手動控制時，每次按下“開始”儀器將進(jìn)行單次的分裝操作。當(dāng)儀器正在執(zhí)行操作命令時，按下“停止”鍵，將使正在進(jìn)行的分裝操作停止。為了更為方便的進(jìn)行分裝操作，通過“清零”可以將預(yù)定質(zhì)量和實(shí)際質(zhì)量及分裝數(shù)量清零。經(jīng)常需要將分裝機(jī)里的剩余的物質(zhì)清出來，按下“清料”后可以快速的實(shí)現(xiàn)這一功能。通過對數(shù)字控件直接輸入待分裝的質(zhì)量，對比于傳統(tǒng)分裝機(jī)需要通過多次按下按鍵才能實(shí)現(xiàn)預(yù)定量，虛擬儀器分裝機(jī)顯得更為方便快捷。實(shí)際分裝質(zhì)量和分裝數(shù)量通過顯示

20、控件直接在顯示界面顯示。前面板控制界面如圖2-7所示圖2-7 前面板控制界面2.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.3.1數(shù)據(jù)采集卡簡介及ni6014的使用當(dāng)測試系統(tǒng)需要對外部信號進(jìn)行測量時，i/o接口設(shè)備的驅(qū)動是虛擬儀器對真實(shí)信號采集的基礎(chǔ)，當(dāng)設(shè)備驅(qū)動后，由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和測量，pcdaq組成的分裝機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖2-8所示圖2-8 分裝機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常情況下外部待測信號不能直接被內(nèi)部電子元件所接受，需要通過傳感器將待測信號轉(zhuǎn)化成電信號，再與系統(tǒng)電路進(jìn)行相關(guān)操作。而傳感器輸出通常是一個微小的電信號，容易受到外部噪聲干擾，因此需要通過調(diào)理電路對微弱的電信號進(jìn)行去噪放大，使得數(shù)據(jù)采集卡

21、接收到信號更接近于實(shí)際測量值。pc機(jī)和外部電路進(jìn)行聯(lián)系主要通過數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡是整個虛擬儀器硬件平臺的核心，調(diào)理電路輸出的電信號只有通過采集卡才能與pc機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)通過多路開關(guān)選擇輸入通道進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡，并接受采集卡對其進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化成cpu所能接收的二進(jìn)制信號，最后pc機(jī)對信號進(jìn)行分析處理并顯示。ni pci-6014數(shù)據(jù)采集卡簡介7200ks/s采樣率、16位精度的16路模擬輸入2路模擬輸出、16位精度8條數(shù)字i/o線（5vttl/cmos）；2路24位的定時/計數(shù)器；4組不同的模擬輸入范圍；ni-daq驅(qū)動程序簡化配置和測量工作 pci-6014提供經(jīng)濟(jì)、可靠的數(shù)據(jù)

22、采集功能。這款數(shù)據(jù)采集卡可用于各種各樣的應(yīng)用情況，包括：oem，大批量應(yīng)用（可以通過硬件ddk驅(qū)動程序進(jìn)行寄存器級的編程）與ni scc信號調(diào)理模塊一起使用，可以進(jìn)行高電壓及傳感器的直接測量連續(xù)高速度的數(shù)據(jù)記錄，記錄速度達(dá)200ks/s可利用外部時續(xù)或觸發(fā)進(jìn)行采集特性：pci-6014數(shù)據(jù)采集卡有100g的輸入阻抗，保證干擾電流不會影響輸入信號，從而大大提高數(shù)據(jù)精確度。pci-6014采集卡能探測到模擬輸入信號4v范圍內(nèi)的變化，從而為用戶提供高質(zhì)量的測量精確度。為了更大程度減少數(shù)字化誤差，這款設(shè)備加入了許多技術(shù)，如防止溫度漂移電路，以減少元部件升溫而引起的誤差。它們提供多種連接信號的方法，包括

23、8個模擬輸入通道有不同的模式、最大程度的噪聲消除以及16路模擬輸入通道的非接地單端模式。具有數(shù)字觸發(fā)、2路24位20mhz定時/計數(shù)器及8條數(shù)字i/o線，該i/o線既能與5v ttl也能與cmos兼容。2.3.2數(shù)據(jù)采集及daq助手 8數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括計算機(jī)、應(yīng)用軟件、硬件配置管理軟件、應(yīng)用程序編程接口、硬件驅(qū)動引擎軟件、信號調(diào)理模塊和傳感器器及變換器。lavview提供了max(measurementautomation)和ni -daq(data acquisition)ni-daqmx兩大模塊。前者獨(dú)立予lavview運(yùn)行環(huán)境，對數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備進(jìn)行管理，添加、設(shè)置和測試各種數(shù)據(jù)采集卡(

24、裝置)、儀器等硬件；后者提供了一個基于labview平臺的數(shù)據(jù)采集方面的驅(qū)動程序，即應(yīng)用程序編程接口api。ni-daqmx是ni daq新版本的驅(qū)動程序，在采集速度、采集的控制和編程等方面都具有優(yōu)越性。使用labview編程環(huán)境和外部硬件設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時需要安裝數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動程序， max驅(qū)動軟件具有交互式配置界面，當(dāng)需要與外部進(jìn)行信號交換時，可以在max里面對數(shù)據(jù)采集卡的物理通道進(jìn)行相關(guān)配置即所傳輸信號的模擬/數(shù)字屬性，物理通道的輸入/輸出特性。max還提供ni-daqmx仿真設(shè)備，當(dāng)外部無安裝硬件時可以利用仿真設(shè)備進(jìn)行虛擬數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到軟件測試功能。ni-daqmx是ni公司為數(shù)據(jù)

25、采集提供的一款高效便捷的驅(qū)動軟件，除了作為驅(qū)動實(shí)現(xiàn)軟硬件的連接以外還提供進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的功能模塊。daq助手是由ni-daqmx提供的。由于使用daq助手時只需對其設(shè)備參數(shù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，而無需對其內(nèi)部程序進(jìn)行深究，這在對信號參數(shù)要求不高的采集系統(tǒng)，使用起來方便簡單，而本次數(shù)據(jù)采集對所要采集信號的參數(shù)要求不是很高，因簡單易用特性而使用daq助手來幫助完成相關(guān)的數(shù)據(jù)采集及信號輸出功能。數(shù)據(jù)采集過程中以下是這些因素會對模擬通道產(chǎn)生不期望的電壓和串?dāng)_的影響9：高輸入源阻，在復(fù)用系統(tǒng)中如果輸入阻抗很大，將會在一個通道中看到被其它通道中影響的電壓值。未連接或者開路的通道。類似于高輸入源阻，如果通道不連接并且

26、在通道掃描列表中，另外一個通道會因電荷的注入而出現(xiàn)電壓緩慢變化或者漂浮。不合理的接地。當(dāng)被測信號沒有和daq設(shè)備共地時，系統(tǒng)存在潛在的地回路，接地回路將導(dǎo)致電壓偏移以及測量誤差。 噪聲和串?dāng)_。被測信號將不可避免的加入板卡內(nèi)部或者信號源系統(tǒng)的一些噪聲信號，良好的接地和屏蔽能夠降低通道之間的串?dāng)_從而降低系統(tǒng)噪聲。 連通通道的過壓。當(dāng)信號或者共模電壓允許信號超過本板卡的范圍，不管其是否在掃描列表中都將直接導(dǎo)致串?dāng)_，如果通道被掃描，過壓將增加其掃描時間同時導(dǎo)致串?dāng)_行為。daq設(shè)備的校準(zhǔn)溫度改變能夠影響板卡的測量精度，為了減少溫度改變的影響，使用前應(yīng)先運(yùn)行自校準(zhǔn)操作。還有一些其他的因素也會影響到信號的測

27、量。3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計在進(jìn)行軟件設(shè)計時，首先要對其控制界面的控件功能進(jìn)行編程，其次利用daq助手進(jìn)行外部數(shù)據(jù)采集，最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲處理。整體程序圖如圖3-1所示圖3-1分裝機(jī)整體程序圖 3.1各個控件功能的軟件編程正如使用語言進(jìn)行軟件編寫一樣，使用labview編程語言進(jìn)行編程的時候也需要對控件進(jìn)行初始化，控件初始化程序如圖3-2所示,圖-2控件初始化程序在labview中使用事件必須將一個事件結(jié)構(gòu)放到一個循環(huán)中，一般將其放到一個while循環(huán)中，用一個循環(huán)等待事件的發(fā)生。本設(shè)計使用兩個事件結(jié)構(gòu)對分裝速度和分裝狀態(tài)的兩組控件進(jìn)行控制。3.1.1分裝速度控制10分裝機(jī)分裝速度采用事件結(jié)構(gòu)對其進(jìn)

28、行控件檢測，當(dāng)有控件響應(yīng)時，響應(yīng)控件變換顏色以達(dá)到提醒正在執(zhí)行操作，其他控件恢復(fù)為灰色，表示未執(zhí)行的。分裝機(jī)分裝速度程序控制如圖-所示圖-分裝機(jī)分裝速度控制每個檢查是否有控件響應(yīng)，當(dāng)超過沒有檢測到按鍵事件發(fā)生即判定為無控件響應(yīng)，其超時事件程序框圖如圖-所示圖-無控制速度按鍵情況發(fā)生程序圖3.1.2分裝狀態(tài)控制分裝狀態(tài)控件也采用事件結(jié)構(gòu)對其控件進(jìn)行檢測，一旦檢測到有控件響應(yīng)，立即啟動相應(yīng)的驅(qū)動程序，如果沒有檢測到則保留上次事件發(fā)生的狀態(tài)。程序圖如圖3-5，圖3-6，圖3-7，圖3-8所示圖3-5分裝“開始”狀態(tài)開始：“開始”事件發(fā)生時對應(yīng)驅(qū)動程序是輸出分裝速度事件選擇的振動線圈頻率，并啟動ad采

29、集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。圖3-6 分裝“停止”狀態(tài)停止：停止采集卡采集數(shù)據(jù)，并停止線圈振動。圖3-7 分裝“清零”狀態(tài)清零：是對顯示控件進(jìn)行清零操作，并停止輸出振動線圈振動頻率。圖3-8 分裝“清料”狀態(tài)清料：將振動線圈完成后，分裝質(zhì)量未到達(dá)預(yù)定值的物質(zhì)快速清理出分裝機(jī)。當(dāng)超過500ms沒有檢測到事件發(fā)生時，則保留原來的分裝狀態(tài)?！俺瑫r”事件程序如圖3-9至圖3-12所示圖3-9 “超時”事件發(fā)生且分裝狀態(tài)屬于開始狀態(tài)的手動分裝圖3-10自動分裝圖3-11停止?fàn)顟B(tài)下等待圖3-12“超時”事件發(fā)生但分裝狀態(tài)不屬于“開始”狀態(tài)3.1.3數(shù)據(jù)存儲及處理11為了提高分裝精度，需要對采集卡采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處

30、理，本設(shè)計采用中值濾波的方法。由于數(shù)據(jù)采集卡的采樣數(shù)為100，采用labview自帶的中值濾波函數(shù)，設(shè)定左右軼各為10，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)是做為基準(zhǔn)值時將所得的一維數(shù)組存入excel表格，等待需要調(diào)用的時候再取出并取中值，如果采集到的數(shù)據(jù)是不是作為基準(zhǔn)值，則在中值濾波后直接取其中值，與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，判斷是否分裝完成。如果分裝完成，則輸出相應(yīng)的數(shù)字信號控制直流電機(jī)運(yùn)行，以達(dá)到卸料功能，如果分裝尚未完成，則繼續(xù)輸出脈沖信號給振動線圈，分裝機(jī)繼續(xù)拋物。其功能圖如圖3-13所示圖3-13 將采集所得數(shù)據(jù)寫入excel表格3.2 系統(tǒng)軟件流程圖主程序流程圖如圖3-14所示，按鍵處理流程圖如圖3-15所示圖

31、3-14 主程序流程圖圖3-15 按鍵控制流程圖4 總結(jié)通過這次的設(shè)計，我獲得的不僅是專業(yè)上的知識還學(xué)會了如何面對挫折。從最初設(shè)計的選題，到今天的論文工作，畢業(yè)設(shè)計工作基本上落下帷幕，這其中經(jīng)歷的對選題的迷茫，對設(shè)計的困惑，獲得一點(diǎn)小成功的欣喜，再次陷入困境的糾結(jié)，畢業(yè)設(shè)計這一路上感慨萬千。由于一開始在待解決的問題上考慮不夠周到，最終導(dǎo)致該課題無法在規(guī)定時間內(nèi)完成預(yù)定的任務(wù)。具體問題如下：1、采集到數(shù)據(jù)的存儲和調(diào)用問題：傳感器不受力與受力狀態(tài)下的輸出值要分別進(jìn)行保存、比較，為了提高采集到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，傳感器在不受力情況的輸出值需要經(jīng)常更新。如何快速準(zhǔn)確的進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和調(diào)用是整個系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性

32、的保證。2、系統(tǒng)各個功能模塊的友好搭配，由于前期數(shù)據(jù)采集處理問題時間用得多，導(dǎo)致后期設(shè)計系統(tǒng)各個模塊友好搭配以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體功能時時間分配不充分，這是我在設(shè)計時間內(nèi)無法按期完成任務(wù)的重要原因之一。在專業(yè)專業(yè)知識方面，軟件上對labview語言和虛擬儀器有了更進(jìn)一步的了解。以前對labview只是理論上的學(xué)習(xí)，這次的畢業(yè)設(shè)計中在數(shù)據(jù)采集卡、labview編程語言都有了實(shí)際的操作和使用。硬件上進(jìn)一步鞏固了自己的電路知識。如今，畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，但并沒有結(jié)束我對這個設(shè)計的熱情，在今后的時間里我將繼續(xù)學(xué)習(xí)使用labview編程。5 結(jié)束語本論文是在導(dǎo)師蔡植善老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在我在面對困難時，他嚴(yán)

33、謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)給了我克服困難積極奮斗的動力。從一開始的選題，中間遇到問題，到畢業(yè)論文的完成，蔡老師給了我很大的支持和幫助，促使我不斷提高和進(jìn)步，在此謹(jǐn)向蔡老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。感謝曾臺盛老師和洪斯星學(xué)長在設(shè)計過程中給我的幫助。還有一起在實(shí)驗(yàn)室奮斗的同學(xué)，你們的支持和幫助給了我很大的信心。最后在這里我向畢業(yè)設(shè)計中和大學(xué)四年中給予我支持和幫助的老師和同學(xué)們表示衷心的感謝！謝謝你們！參考文獻(xiàn)：1 宋曉蘭.自動計量分裝機(jī)的控制系統(tǒng)j.中國化工設(shè)備,2005(z1).2 華成英,童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.第4版.北京:高等教育出版社,2006,481-483.3器件手冊網(wǎng).l7800數(shù)據(jù)手冊. 4半導(dǎo)體無件工業(yè)有限公司.mc78l00a系列數(shù)據(jù)手冊.1990.10.view/bf637322aaea998fcc220eba.html5閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)m.第5版.北京:高等教育出版社,2006, 230-232.6張桐,陳國順,王正林.精通labview程序設(shè)計m.北京:電子工業(yè)出版社,2010.2-9.7中國自動化網(wǎng).水工業(yè).自動化產(chǎn)品.數(shù)據(jù)采.ail.asp?id=2994.8安軍,唐東