基于Labview開發(fā)環(huán)境的光強度自動測試儀

1、基于Labview開發(fā)環(huán)境的光強度自動測試儀劉波，楊景常（ 西華大學(xué)電氣信息學(xué)院，四川 成都 610039 ）摘要：本設(shè)計針對傳統(tǒng)化學(xué)材料分析儀器的不足，引入虛擬儀器技術(shù) ，用計算機與標準化虛擬儀器硬件相結(jié)合的方法設(shè)計了新型的光強度自動測試儀，不僅克服了傳統(tǒng)儀器的固有缺陷，而且達到自動測試與分析的目的，實現(xiàn)儀器的智能化設(shè)計。關(guān)鍵詞：光強度自動測試儀；Labview；虛擬儀器中圖分類號：TP216、TP368.2Light-intensity AutomaticTest System Based on Labview SoftwareLIU Bo YANG Jing-chang(Electric

2、 and Information Institution，XiHua University，Chengdu, 610039,China)Abstract: A project，using Virtual Instrument Technology and conjunct influences of computer and Virtual Instrument hardware , designs a new automatic test system of the light-storage materials light-intensity parameters. The instrum

3、ent hurdles the problem of old instruments inhere defections, and gains the ends of automatic testing and analyzing of dates, and realizes the intelligentize design. Key Words: light-intensity automatic test system; Labview ; Virtual Instrument 光強度自動測試儀是一種用于測試光存儲材料在經(jīng)過一定時間的紫外線照射后，其發(fā)光過程（光能釋放過程）中光強衰變率的

4、一種自動測試、顯示和記錄的虛擬儀器。傳統(tǒng)的光強度自動測試儀測試時間長，采樣頻率不準確，人工讀數(shù)誤差和數(shù)據(jù)記錄的不一致性而導(dǎo)致難以對光存儲材料的研制進行準確分析等缺點。故我校材料學(xué)院委托我研究室為其設(shè)計開發(fā)一款高性能的光強度自動測試儀。所以針對傳統(tǒng)儀器的上訴缺點，本次設(shè)計引入現(xiàn)代虛擬儀器技術(shù)將計算機與標準化虛擬儀器硬件結(jié)合起來，不僅克服了傳統(tǒng)儀器的固有缺陷，而且更具有軟件化與模塊化的特點，達到自動測試與分析的目的，實現(xiàn)儀器的智能化設(shè)計。1、 光強度自動測試儀概述光強度參數(shù)自動測試系統(tǒng)由信號采集的智能硬件部分和PC機+數(shù)據(jù)處理軟件組成。其中信號采集的智能硬件部分由自行設(shè)計的智能數(shù)據(jù)采集電路和串行接

5、口組成，數(shù)據(jù)處理軟件采用了美國國家儀器公司（National Instruments,NI）的LABVIEW軟件平臺。只需通過對PC機軟件界面上的虛擬旋鈕做簡單的操作，就可實現(xiàn)對化學(xué)發(fā)光材料衰減屬性的實時測試，以及實時的進行自動數(shù)據(jù)處理，繪制衰減曲線、顯示和數(shù)據(jù)存檔等功能。 光強度自動測試儀具有開發(fā)周期短、高精度、高穩(wěn)定性和很強的功能擴展性和兼容性，適用于大多儲能材料的屬性研究，更促進了化學(xué)材料屬性自動測試系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。2、 設(shè)計思路及系統(tǒng)組成2.1 系統(tǒng)組成 光強度參數(shù)自動測試儀總體采用基于串口的上位機/目標儀器結(jié)構(gòu)。目標儀器為完成對目標參數(shù)的實時采樣、調(diào)理、控制的智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。上位機

6、則采用通用的PC機結(jié)構(gòu)，運行WINDOWS多線程操作系統(tǒng)，使用LABVIEW虛擬儀器平臺，通過串口，與目標儀器之間控制參數(shù)計檢測數(shù)據(jù)的通信，并通過GUI圖形化用戶界面，實現(xiàn)人機交互，完成操作參數(shù)的輸入以及檢測數(shù)據(jù)的分析、顯示和紀錄。光強度測試系統(tǒng)框圖如圖1所示。 圖1 光強度測試系統(tǒng)框圖 智能數(shù)據(jù)采集模塊主要由光電傳感器、A/D轉(zhuǎn)換芯片，信號調(diào)理電路組成，將光信號轉(zhuǎn)換成信號處理模塊可以識別的電壓信號。該模塊可進行多方面擴展，以適用于不同的測試需要。 通信模塊主要由單片機等組成。通過PC機的串口通信方式實現(xiàn)智能數(shù)據(jù)采集模塊與主控制機的通信：從主控制機獲得控制參數(shù)命令來控制數(shù)據(jù)采集模塊，并返回從數(shù)

7、據(jù)采集模塊采集來的信號交由主控機處理。主控機模塊為一臺DELL工作機，用于提供圖形化用戶界面，完成對系統(tǒng)硬件的配置和對用戶界面和控制參數(shù)的設(shè)置，并實時更新指標參量對時間的波形顯示，經(jīng)過曲線處理后得到儲光材料的特性曲線，同時完成測試數(shù)據(jù)的記錄工作。 2.2 設(shè)計思路 光強度參數(shù)自動測試儀器可工作在智能控制自動工作模式，主要控制與測試項目有：1） 光強度參數(shù)采樣頻率設(shè)置與自動調(diào)節(jié)；2） 光強度參數(shù)增益設(shè)置與自動調(diào)節(jié)；3） 光強度參數(shù)采樣電壓值顯示；4） 光強度參數(shù)電壓時間曲線；5） 串口選擇；6） 數(shù)據(jù)自動存檔。主控機首先等待用戶完成軟硬件的設(shè)置和配置。然后請用戶選擇串口，設(shè)置采樣頻率和增益的初值

8、，以及文檔存儲路徑等項目。完成以上步驟后，就可以啟動測試程序。測試系統(tǒng)按照用戶定制的參數(shù)進行自動測試與調(diào)節(jié)。這里所說的自動調(diào)節(jié)是指，由于儲光材料的光能釋放是一個衰減的過程，因此可以對其實行變頻采樣，以節(jié)省不必要的過程。而這個變頻的實現(xiàn)可根據(jù)對以采集的光強度電壓數(shù)據(jù)的比較，實現(xiàn)自動變頻調(diào)節(jié)以及增益調(diào)節(jié)等，實現(xiàn)智能化控制。系統(tǒng)運行的同時，用戶可以在實時監(jiān)控圖中觀察光強度參數(shù)對時間的波形顯示，同時采集到的數(shù)據(jù)被存儲在指定的記錄文件中，經(jīng)過曲線擬合后，得到用戶想要的光強度參數(shù)衰減曲線。3 光強度自動測試儀的Labview軟、硬件設(shè)計3.1 光強度自動測試儀硬件設(shè)計硬件智能化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要有光電傳感

9、器，A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC549，AT89S52單片機，串口芯片MAX232，以及LCD顯示芯片LCD161。如圖2所示。 圖2 光強度自動測試系統(tǒng)硬件原理圖系統(tǒng)工作過程為：系統(tǒng)啟動，接收主控機傳來的硬件配置、控制參數(shù)等信息，然后硬件CPU控制A/D轉(zhuǎn)換芯片將光電傳感器采集到的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)過CPU數(shù)據(jù)處理后，一方面，由LCD顯示電壓值；另一方面，將數(shù)據(jù)通過串口傳給上位主控機，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理擬合后，在LABVIEW電壓時間圖中顯示。另外，主控機可通過串口對硬件智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行控制，當CPU接收到控制信號后，智能硬件部分執(zhí)行相應(yīng)命令。3.2光強度自動測試儀的Labview軟件設(shè)計虛擬

10、儀器（Virtual Instrument, 簡稱VI）是利用PC計算機顯示器（CRT）的顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板以多種形式表達輸出檢測結(jié)果，利用PC計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析、處理，由I/O接口設(shè)備完成信號的采集、測量與調(diào)理，從而完成各種測試功能的一種計算機系統(tǒng)。虛擬儀器可通過Labview設(shè)計平臺實現(xiàn)，并可再脫離Labview開發(fā)環(huán)境下運行，用戶最終看見的是與實際硬件儀器相似的虛擬儀器面板。該光強度自動測試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。 圖3 光強度參數(shù)測試儀系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)操作流程為，測試機模塊上電后自動啟動內(nèi)部初始化模塊，等待“啟動信號”;主控機開機運行光強

11、度自動測試儀主程序，完成硬件配置、設(shè)置測試參數(shù)、啟動測試程序；測試機偵聽到“啟動信號”命令后，按照用戶指定參數(shù)開始實時控制和數(shù)據(jù)采集，并通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控機，主控機對接收到的數(shù)據(jù)實行實時處理、存檔操作，并以圖線方式顯示實驗結(jié)果；完成測試后，主控機發(fā)出結(jié)束測試命令，通知測試機模塊結(jié)束測試。5 性能評估光強參數(shù)自動測試儀主要用于對光存儲材料衰變過程的分析，現(xiàn)在已被應(yīng)用于測試現(xiàn)場，實際使用中運行穩(wěn)定可靠，適用于多種材料的、不同參數(shù)的現(xiàn)場測試，擴展性強。圖4為一次實驗測得的某儲光材料的光強度參數(shù)衰減曲線。圖5為數(shù)據(jù)經(jīng)過處理擬合后的曲線圖，其中橫軸為采樣點時間，縱軸為采樣得到的電壓值。黑色曲線為經(jīng)

12、過數(shù)據(jù)處理、擬合后的衰減曲線。比較可知虛擬儀器直接測得的數(shù)據(jù)曲線與經(jīng)過處理擬合后的曲線極為接近。這樣，證明了實驗的高準確性。 圖4 光強度參數(shù)自動測試儀前面板 圖5 對數(shù)據(jù)處理、擬合后的曲線另外，由于該測試儀器是由硬件完成數(shù)據(jù)采集功能，軟件完成從串口讀數(shù)據(jù)、以及數(shù)據(jù)處理、顯示并記入文檔，因此基于Labview開發(fā)環(huán)境開發(fā)的光強參數(shù)自動測試儀不僅可以用于光存儲材料的分析，而且只需在Labview編程中加入不同的數(shù)據(jù)分析和處理功能即可擴展為大的多屬性的測試系統(tǒng)，具有很強的應(yīng)用推廣價值。參考文獻2 劉軍華，賈惠芹.虛擬儀器圖形化編程語言Labview教程M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.3 張毅坤，陳善久