基于labVIEW的信號檢測系統設計研究

陳立云+周鵬+蔣杏國

摘 要：在本文中主要結合下料機重復定位精度檢測平臺而分析信號檢測系統的設計情況，并對其硬件結構以及軟件模型而作出介紹，其中硬件結構主要包括的模擬信號調理、數字信號隔離和數據采集，而軟件則結合LabVIEW 的技術對信號的采集、處理以及顯示、存儲等。

關鍵詞：labVIEW；信號檢測系統；設計；研究

隨著工業智能裝備的快速發展，越來越多的工廠投入智能裝備生產線，實現精確、高效的運作。甚至在一個控制中心就可以操縱多個生產線的動作。傳感器作為一種檢測裝置被廣泛的應用在工業智能裝備生產線上，如應用電阻應變式位移傳感技術檢測下料機的重復定位精度[1]。而往往一條生產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。

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

一、概述信號檢測的系統圖

在下料生產線重復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；而數字量的輸入中則有氣缸限位的開關以及紅外傳感器[2]。此外，在模擬信號中，其中的調理模塊主要有小信號的隔離放大模塊以及電流信號的轉化模塊。下圖1是結構簡圖。

二、分析硬件設計情況

在本系統設計中，其硬件設計主要涵蓋如下幾大模塊，分別是信號調理、開關量輸入光電隔離，下面作出詳細分析。

（一）信號調理的模塊分析

在信號調理的模塊中主要包括的內容有：小信號隔離的放大電路以及I/V轉換的電路這兩個部分。在小信號隔離的放大電路設計中，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計時所設計的倍數，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。但是在整個設計系統中，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換成電壓的信號，并通過RCV420而把4至20mA電流而轉換成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，則需要調理并轉換其誤差為0.132%。

（三）分析開關量輸入光電電路的設計情況

根據設計要求可知，在電路中通過供電電源、輸出以及輸入設計而實施三方隔離，這可以較好確保其所具有的隔離度，同時通過嚴格設計其濾波以及退耦設計，進而使得輸出過程中可以獲得良好的驅動能力，同時也可以有效提升總線驅動器的驅動能力。因此，在設計過程中，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，其信號主要結合輸入和輸出所具有的延遲時間是26ns，而總線驅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計情況

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

結束語：

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

參考文獻：

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

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

[3]劉瑞.基于Lab VIEW的簡單信號發生器的設計[J].科技創新導報，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計[J].實驗技術與管理，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計[J].生物醫學工程研究，2014，12（01）：39-43.

[6]張滿滿，楊彥青.利用Lab-VIEW信號采集輔助監測MAG復合焊的焊接穩定性[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