基于LabVIEW的扭矩實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：針對扭矩傳感器及控制儀監(jiān)測信號單一和擴(kuò)展性差的問題，設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的扭矩實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由扭矩傳感器、扭矩控制儀以及上位機(jī)組成。首先扭矩控制儀通過測試電纜線與扭矩傳感器連接并實(shí)時(shí)采集扭矩信號，接著扭矩控制儀將該信息通過RS232串口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，最后上位機(jī)采用LabVIEW設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)采集、處理和顯示扭矩信息而且準(zhǔn)確性高、穩(wěn)定性強(qiáng)，操作方便，具有一定的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：扭矩傳感器；扭矩控制儀；LabVIEW；RS232串口通訊；人機(jī)交互界面

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.134

0 引言

扭矩是各種機(jī)械傳動軸的基本載荷形式，它的測試是研究轉(zhuǎn)動物體在轉(zhuǎn)動過程中扭力矩變化的重要手段，同時(shí)也是各類機(jī)械產(chǎn)品在研發(fā)，品質(zhì)管控以及安全生產(chǎn)過程中的必要環(huán)節(jié)[1-2]。因此，提高扭矩測量的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和監(jiān)測過程中的穩(wěn)定性是保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)加工安全的至關(guān)因素[3-4]。雖然目前扭矩控制儀能夠通過串口讀取扭矩傳感器上的信息并且顯示在儀表界面上，但是其功能比較單一，擴(kuò)展性能比較差，操作也相對比較復(fù)雜。

近些年來，LabVIEW作為是一種圖形化編程語言[5-7]，以其編程靈活、流程清晰、開發(fā)周期短、擴(kuò)展性好的優(yōu)點(diǎn)，廣泛被應(yīng)用于自動化工程領(lǐng)域的監(jiān)控、檢測系統(tǒng)開發(fā)[8]。

因此，本文基于LabVIEW開發(fā)了一種扭矩實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)在扭矩控制儀能夠讀取扭矩傳感器中扭矩信息的基礎(chǔ)上，利用RS232串口通訊的方式實(shí)時(shí)采集扭矩信息，并運(yùn)用圖形化編程語言LabVIEW 設(shè)計(jì)研發(fā)人機(jī)交互界面來分析、處理以及存儲扭矩信息。該系統(tǒng)開發(fā)周期短，操作性簡單，而且實(shí)時(shí)性較好，準(zhǔn)確性較高，這為各類信號的同步監(jiān)測以及各種串口儀表通訊軟件的設(shè)計(jì)提供了一種新思路，具有良好的實(shí)用推廣價(jià)值。

1 扭矩監(jiān)測系統(tǒng)整體框架

扭矩監(jiān)測系統(tǒng)硬件由工業(yè)計(jì)算機(jī)、扭矩傳感器、扭矩控制儀以及用于夾持扭矩傳感器兩端的機(jī)械裝置組成。系統(tǒng)監(jiān)測流程框圖如圖1所示。

首先將扭矩傳感器固定安裝在待測位置并通過電纜線與扭矩儀相連；接著利用RS232串口通訊的方式將采集到的信息發(fā)送至工業(yè)計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理；最后通過信息分析、處理模塊將采集到的扭矩信息進(jìn)行處理、顯示以及存儲。

2 監(jiān)測系統(tǒng)人機(jī)界面整體規(guī)劃

扭矩監(jiān)測系統(tǒng)的交互界面主要由扭矩監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置界面、扭矩信息實(shí)時(shí)采集界面、歷史數(shù)據(jù)查詢界面以及一些特殊功能的交互界面等4個(gè)部分構(gòu)成。其監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能架構(gòu)圖如圖2所示。

3 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能驗(yàn)證

3.1 監(jiān)測系統(tǒng)主界面設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于LabVIEW開發(fā)的人機(jī)界面，程序主要操作流程圖如圖3所示。

扭矩監(jiān)測系統(tǒng)主界面如圖4所示，其中，系統(tǒng)設(shè)置界面位于主界面右側(cè)上方，主要用于設(shè)置合格判據(jù)值，以及待測扭矩產(chǎn)品的基本信息。扭矩采集界面位于主界面的左上側(cè)，主要顯示了當(dāng)前扭矩實(shí)時(shí)值的波形。扭矩信息歷史記錄界面居于主界面左下側(cè)，主要記錄了每一次監(jiān)測扭矩信息。特殊功能的交互界面在主界面的右下方，主要包含了人為單次操作、程序設(shè)置以及退出程序等功能。

3.2 監(jiān)測系統(tǒng)功能驗(yàn)證

運(yùn)用所搭建的軟硬件平臺進(jìn)行動態(tài)扭矩加載監(jiān)測實(shí)驗(yàn)。首先開啟扭矩監(jiān)測系統(tǒng)，在主界面系統(tǒng)設(shè)置區(qū)域進(jìn)行產(chǎn)品信息設(shè)置，接著將扭矩從0Nm開始按照0.1Nm/s的速度依次增加至10Nm，接著以同樣的速度再逐漸下降至0Nm，整個(gè)過程上位機(jī)監(jiān)測到的扭矩實(shí)時(shí)值的波形如圖5所示。

從圖中可以看出，LabVIEW監(jiān)測到的扭矩值和扭矩控制儀上的顯示結(jié)果是一樣的。進(jìn)一步說明該監(jiān)測系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地通過RS232串口采集到扭矩控制儀中的扭矩值，滿足了實(shí)際生產(chǎn)要求。

4 結(jié)束語

針對扭矩傳感器及扭矩控制儀監(jiān)測信號單一和無擴(kuò)展性的問題，基于LabVIEW軟件與RS232串口通訊方式設(shè)計(jì)了一種的扭矩實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了扭矩信息實(shí)時(shí)監(jiān)測。該系統(tǒng)采集的扭矩信息準(zhǔn)確性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，具有良好的實(shí)用價(jià)值。這為各類信號的同步檢測以及各種串口儀表通訊軟件的設(shè)計(jì)提供了參考價(jià)值和一種新思路。

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作者簡介：程愛珍（1978-），女，貴州安順人，碩士，講師，主要研究方向：機(jī)械工程、機(jī)器視覺。