基于LabVIEW的虛擬電子稱設計

聶輝　秦實宏

摘要：本文利用虛擬儀器軟件LabVIEW作為開發平臺環境，設計了一個基于虛擬儀器LabVIEW的電子秤系統。該套電子稱系統采用了模塊化的設計思路，將本設計分為軟件部分和硬件部分兩大塊。其中，硬件部分包括測量傳感器電路、信號調理電路兩大部分，軟件模塊分為登錄、曲線顯示、數據顯示及保存四大部分。通過軟、硬件結合的設計可以實現在通過對于物體重量的測量到LabVIEW虛擬儀器的顯示，并且可以保存測量到的相關數據，用于以后進行查看和分析。通過這種設計與傳統臺秤比較，具有靈活性高，實用性高等特點，能夠獲取測量的過程數據，而傳統電子秤不能獲得過程數據，也不能保存以前的數據。

關鍵詞：電子稱；數據采集；LabVIEW

中圖分類號：TH715.193 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）01-0168-02

1 虛擬儀器硬件設計

當開始采集信號時，放下重物，放在布置好裝有壓力傳感器的托盤上時，壓力傳感器就會受力發生變化，使得它的電阻值也跟著發生了變化。這時通過設計的電橋，可以得到一個微弱的電壓變化。這時就需要放大電路來發揮功能，放大電路將微弱的電信號進行放大。放大之后會在CH2端輸出一個信號，這個信號與原始信號相比僅僅在大小上發生了變化，保留了信號的原始信息。這個信號與原始信號的大小有一個線性的比例關系。這時候信號將要進入抗干擾電路，通過調節電位器RX4的調節，U8D輸出端會得到經過放大后的信號。我們再通過調節電位器RX5，可以用來調節整個電路系統的對稱性。通過這種方法，初步完成了抗干擾的設計。設計出主電路如圖1所示。

1.1 傳感器電路

電阻式應變傳感器的應用是非常廣泛的，它在受到壓力時會產生形變，這會帶動它自身安裝的壓力應變計也跟著變化。這樣一來，傳感器的電阻就隨壓力發生了變化，達到測量的要求。但是這種傳感器也有其局限性，當形變太大時，電阻的變化值就不再是線性的了，那么就無法完整實現傳感器的功能。在小的形變時，也會出現不穩定的信號，所以一般這種傳感器都是在控制技術中應用的。綜合考慮之后，本次應用的傳感器是電阻應變式傳感器。當電阻應變式傳感器感受到外力，即本次實驗的外加重物時，就會因為受到壓力，使得電阻值的大小發生變化。

1.2 放大電路

信號放大電路有幾個方面的作用。首先太小的信號難以被采集，只有將其放大到一定程度之后才好被采集系統所采集。其次，放大不會破壞信號的原始數據，再放大后，甚至可以將一些原本可能被采集系統忽略掉但是卻非常重要的數據采集到。放大電路提高了數據采集的靈敏度。

同理當產生的輸入信號幅值太大時，同樣會給采集系統帶來困擾，這時候就要對信號進行衰減處理。同樣的，衰減只對信號的倍率大小產生影響，不會破壞其自身的數據。使用的LM324是四運放集成電路，它是采用14腳雙列直插塑料封裝，它的內部含有四組運算放大器。

1.3 抗干擾電路

濾波也是信號調理中的一種手段，利用濾波器，可以減小在原始信號中產生的一些雜亂信號。由于我國的家用電壓是220V的，但是家用電壓總會有些波動。在使用實驗電壓源時，雖然由實驗室里自帶設備的穩壓處理，但是仍會有一些雜亂信號被送入采集系統。

2 軟件部分

在LabVlEW平臺下，本設計軟件由兩部分組成：前面板和框圖程序。前面板相當于傳統儀器的面板，程序框圖可以當做傳統儀器內部的各種硬件電路。本設計主要通過LabVIEW編程來實現電子秤的稱量重物功能，設計分為前面板和程序框圖兩部分。

前面板是虛擬儀器的重要部分。儀器參數、結果顯示都將顯示在前面板上，所以前面板界面很重要，應該做到盡量簡潔直觀才行。前面板主要由輸入控制器和輸出指示器組成，這兩種指示器都可通過控制選板和工具選板創建。主要包括用戶名、密碼、質量顯示，質量實時變化曲線等，也可通過設置目標文件夾來存放已經測量出來的數據。

主控模塊主要負責整個程序流程框圖能夠順利運行，本次流程框圖采用的流程結構為層疊式順序結構，如圖2所示。即在框圖的同一位置疊放多個子框圖，每個子框圖有各自的編號，執行程序時，按照序號由小到大逐個執行，最小序號為0。最初建立的順序結構只有一幀，通過在順序結構邊框上右擊彈出的快捷菜單中的命令，可為順序結構加幀?！皠h除順序”命令用于移除順序結構，同時保留當前幀。

主控模塊包括對用戶登錄、用戶密碼修改、數據采集、暫停、保存等的控制。主控模塊涉及到多個方面，可以說是軟件程序的“樹干”，所有的其他部分都是圍繞這一部分展開的，主控板塊的流程即為主要流程，控制程序的進行。首先，程序進入登錄部分，如果登錄完成，則有三種選擇。如果選擇修改密碼就會由主控程序調出用戶修改密碼板塊，可以在這里修改舊密碼，使用新密碼。如果不修改密碼，可以調用添加新用戶板塊，往數據庫中添加一個新用戶，這個新用戶同樣可以登錄本軟件，可以測量并獲得數據，之后再保存數據。但是新用戶不是管理用戶，沒有管理用戶的權限，只有最初的管理員用戶有權限進行添加或者刪除用戶。如果不選擇上面兩種情況，那么程序就會進入數據采集部分。

3 實驗結果

將最終系統進行調試，得到了測量的數據，以表格中的數據體現出來。采集時，每10s采集一次，本次設計時考慮到對采集間隔時間的修改，由于需要快點得到數據，故采用10s的間隔，以20g的砝碼為例將采集到的數據用曲線來表現出來。

4 展望

隨著科技的發展，虛擬儀器會越來越廣泛的被人們應用在各個方面。比如應用在工業工廠的各個方面，相比傳統的儀器，虛擬儀器有著許多的優點，比如更加靈活，使用的方面更廣，應用時可以實時監測信號或者其他數據的變化，雖然說傳統儀器也還是有著其自身的優越性，但是利用虛擬儀器能夠更好地在一些方面達到更好地效果。

參考文獻

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