第16章霍爾傳感器的應(yīng)用

1、第第1616章章 位移測量系統(tǒng)的設(shè)計位移測量系統(tǒng)的設(shè)計16.1 16.1 設(shè)計要求設(shè)計要求116.2 16.2 電路原理與設(shè)計電路原理與設(shè)計16.3 16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計顯示模塊設(shè)計316.4 16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用4216.116.1設(shè)計要求設(shè)計要求 用霍爾傳感器設(shè)計一個量程范圍為用霍爾傳感器設(shè)計一個量程范圍為-0.6mm-0.6mm0.6mm0.6mm的位移測量儀?；魻杺鞲衅魇抢没魻栃?yīng)的位移測量儀?；魻杺鞲衅魇抢没魻栃?yīng)實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器。當(dāng)霍爾元件作線性測實現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器。當(dāng)霍爾元件作線性測量時，最好選用靈敏度低

2、一點、不等位電位小、穩(wěn)量時，最好選用靈敏度低一點、不等位電位小、穩(wěn)定性和線性度優(yōu)良的霍爾元件。當(dāng)物體在一對相對定性和線性度優(yōu)良的霍爾元件。當(dāng)物體在一對相對的磁鐵中水平運動時，在一定的范圍內(nèi)，磁場的大的磁鐵中水平運動時，在一定的范圍內(nèi)，磁場的大小隨位移的變化而發(fā)生線性變化，利用此原理可制小隨位移的變化而發(fā)生線性變化，利用此原理可制成位移測量器。通過本設(shè)計，要掌握以下內(nèi)容：成位移測量器。通過本設(shè)計，要掌握以下內(nèi)容：16.1設(shè)計要求16.1設(shè)計要求1 1）了解霍爾傳感器測量位移的原理；）了解霍爾傳感器測量位移的原理；2 2）掌握霍爾元件的測量電路；）掌握霍爾元件的測量電路；3 3）測量電路硬件實現(xiàn)后

3、，當(dāng)輸出模擬信號，會用數(shù)）測量電路硬件實現(xiàn)后，當(dāng)輸出模擬信號，會用數(shù) 據(jù)采集卡進(jìn)行采集；據(jù)采集卡進(jìn)行采集；4 4）掌握采集后的信號在）掌握采集后的信號在LabVIEWLabVIEW中的處理，實現(xiàn)位中的處理，實現(xiàn)位 移值的顯示；移值的顯示；5 5）了解分別采用軟件仿真和實際硬件電路時，在）了解分別采用軟件仿真和實際硬件電路時，在Lab-Lab- VIEW VIEW中編程與處理的不同。中編程與處理的不同。16.2電路原理與設(shè)計16.2.1 16.2.1 傳感器模型建立傳感器模型建立 霍爾傳感器基于霍爾效應(yīng)，用公式表示如下：霍爾傳感器基于霍爾效應(yīng)，用公式表示如下： （16-116-1）式中式中: :

4、 V VH H為霍爾電壓；為霍爾電壓； K KH H為霍爾元件靈敏度；為霍爾元件靈敏度； I I為控制電流；為控制電流； B B為垂直于霍爾元件表面的磁感應(yīng)強度。為垂直于霍爾元件表面的磁感應(yīng)強度。兩塊相對的磁鐵間形成磁場，當(dāng)物體在沿垂直于磁場方向運兩塊相對的磁鐵間形成磁場，當(dāng)物體在沿垂直于磁場方向運動時，在一定的測量范圍內(nèi)，磁感應(yīng)強度與位移的關(guān)系是動時，在一定的測量范圍內(nèi)，磁感應(yīng)強度與位移的關(guān)系是近似線性的。所以輸出電壓與位移也存在線性關(guān)系。近似線性的。所以輸出電壓與位移也存在線性關(guān)系。NoImageHHVKIB16.2電路原理與設(shè)計圖圖16-116-1為實際霍爾傳感器測量位移的特性。為實際霍

5、爾傳感器測量位移的特性。NoImage圖圖16-1 16-1 霍爾位移傳感器的特性霍爾位移傳感器的特性16.2電路原理與設(shè)計可見在可見在-0.6mm-0.6mm0.6mm0.6mm之間，電壓位移關(guān)系近似線之間，電壓位移關(guān)系近似線性。對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，由于實際數(shù)據(jù)是經(jīng)過放大性。對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，由于實際數(shù)據(jù)是經(jīng)過放大后的數(shù)據(jù)，在擬合前要將數(shù)據(jù)除以放大倍數(shù)。擬合后后的數(shù)據(jù)，在擬合前要將數(shù)據(jù)除以放大倍數(shù)。擬合后的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中：式中： V VH H為霍爾元件輸出電壓，單位為為霍爾元件輸出電壓，單位為mVmV； X X為被測位移量，單位為為被測位移量，單位為mmmm。由以上分析

6、可知，霍爾位移傳感器只在很小的范圍由以上分析可知，霍爾位移傳感器只在很小的范圍 內(nèi)呈線性，所以它是用來測量微小位移的。內(nèi)呈線性，所以它是用來測量微小位移的。 151.7155(162)HVX16.2電路原理與設(shè)計在在MulitisimMulitisim中霍爾傳感器模型的建立如圖中霍爾傳感器模型的建立如圖16-216-2所示，所示，它的測量范圍是它的測量范圍是-0.6mm-0.6mm0.6mm0.6mm。V1V1可模擬位移，可模擬位移，壓控電壓源壓控電壓源V2V2模擬霍爾元件隨位移而變化的輸出模擬霍爾元件隨位移而變化的輸出電壓電壓V VH H。 （a a） （b b） 圖圖16-2 16-2 霍

7、爾傳感器模型霍爾傳感器模型 圖中圖中1 1、2 2為激勵電極；為激勵電極；3 3、4 4為霍爾電極為霍爾電極16.2電路原理與設(shè)計16.2.2 16.2.2 放大電路設(shè)計放大電路設(shè)計霍爾電勢一般在毫伏量級，在實際使用時必須加霍爾電勢一般在毫伏量級，在實際使用時必須加放大電路，此處加的是差分放大電路，如圖放大電路，此處加的是差分放大電路，如圖16-316-3所示。所示。圖圖16-3 16-3 測量電路測量電路16.2電路原理與設(shè)計 16.2.3 16.2.3 電路仿真分析電路仿真分析1 1）交流分析）交流分析將圖將圖16-316-3所示電路的所示電路的1 1和和2 2節(jié)點之間改接一個交流電節(jié)點之

8、間改接一個交流電壓源，設(shè)其幅值和相位分別為壓源，設(shè)其幅值和相位分別為1V1V和和50Hz50Hz，然后對，然后對電路進(jìn)行交流分析，設(shè)開始和終止頻率分別為電路進(jìn)行交流分析，設(shè)開始和終止頻率分別為1Hz1Hz和和1MHz1MHz，輸出節(jié)點選擇節(jié)點，輸出節(jié)點選擇節(jié)點1212，其它設(shè)置按默認(rèn)，其它設(shè)置按默認(rèn)設(shè)置，仿真結(jié)果如圖設(shè)置，仿真結(jié)果如圖16-416-4所示，該放大電路的帶寬所示，該放大電路的帶寬約約100KHz100KHz。 16.2電路原理與設(shè)計 圖圖16-4 16-4 交流分析結(jié)果交流分析結(jié)果 圖12-1為 Getting Started窗口 2 2）傅立葉分析）傅立葉分析電路的輸入端仍然接

9、上面的交流源，對電路進(jìn)行電路的輸入端仍然接上面的交流源，對電路進(jìn)行傅立葉分析，其設(shè)置如圖傅立葉分析，其設(shè)置如圖16-516-5所示，頻率分辨率所示，頻率分辨率（基本頻率）項和采樣停止時間項都可通過點擊（基本頻率）項和采樣停止時間項都可通過點擊其后的其后的“Estimate”Estimate”按鈕進(jìn)行估計，輸出節(jié)點仍按鈕進(jìn)行估計，輸出節(jié)點仍然選擇然選擇1212點，分析結(jié)果如圖點，分析結(jié)果如圖16-616-6所示，由圖中表所示，由圖中表格可知電路的總諧波失真（格可知電路的總諧波失真（THDTHD）較小，各次諧）較小，各次諧波的幅值也非常小。波的幅值也非常小。16.2電路原理與設(shè)計16.2電路原理與

10、設(shè)計 圖圖16-5 16-5 傅立葉分析設(shè)置傅立葉分析設(shè)置 圖12-2（a）框圖面板及函數(shù)模板圖圖16-6 16-6 傅立葉分析結(jié)果傅立葉分析結(jié)果16.2電路原理與設(shè)計16.2電路原理與設(shè)計3 3）直流掃描分析）直流掃描分析按圖按圖16-316-3所示輸入端接霍爾傳感器模型，對模擬實所示輸入端接霍爾傳感器模型，對模擬實際位移量的電壓源際位移量的電壓源V1V1進(jìn)行直流參數(shù)掃描，分析設(shè)進(jìn)行直流參數(shù)掃描，分析設(shè)置如圖置如圖16-716-7所示，掃描的范圍為所示，掃描的范圍為-0.6V-0.6V到到0.6V0.6V，每，每0.2V0.2V掃描一次，輸出節(jié)點選擇節(jié)點掃描一次，輸出節(jié)點選擇節(jié)點1212，掃

11、描的結(jié)果，掃描的結(jié)果如圖如圖16-816-8所示，可見在所示，可見在-0.6mm-0.6mm0.6mm0.6mm位移范圍內(nèi)，位移范圍內(nèi)，電路的輸出近似線性。電路的輸出近似線性。圖12-2（b）前面板及控件模板16.2電路原理與設(shè)計 圖圖16-7 16-7 直流掃描分析設(shè)置直流掃描分析設(shè)置圖圖16-8 16-8 直流掃描分析結(jié)果直流掃描分析結(jié)果 16.2電路原理與設(shè)計4 4）傳遞函數(shù)分析）傳遞函數(shù)分析將放大電路的輸入端改接一小信號直流電壓源作將放大電路的輸入端改接一小信號直流電壓源作為輸入源，然后進(jìn)行傳遞函數(shù)分析，結(jié)果如圖為輸入源，然后進(jìn)行傳遞函數(shù)分析，結(jié)果如圖16-16-9 9所示，放大電路的

12、放大倍數(shù)約為所示，放大電路的放大倍數(shù)約為-4.8-4.8倍，電路輸倍，電路輸入阻抗約為入阻抗約為20K20K，輸出阻抗約為，輸出阻抗約為0.0240.024。圖圖16-916-9傳遞函數(shù)分析結(jié)果傳遞函數(shù)分析結(jié)果16.2電路原理與設(shè)計5 5）參數(shù)掃描分析）參數(shù)掃描分析滑動變阻器滑動變阻器R RW1W1的中心抽頭打在中間位置不變，的中心抽頭打在中間位置不變，對電阻對電阻R3R3的阻值進(jìn)行參數(shù)掃描，分析其大小的變的阻值進(jìn)行參數(shù)掃描，分析其大小的變化對電路放大倍數(shù)的影響。參數(shù)掃描的設(shè)置如圖化對電路放大倍數(shù)的影響。參數(shù)掃描的設(shè)置如圖16-1016-10（a a）和（）和（b b）所示，要分析的輸出變量設(shè)

13、為）所示，要分析的輸出變量設(shè)為輸出節(jié)點與兩輸入節(jié)點之差的比值，即放大電路輸出節(jié)點與兩輸入節(jié)點之差的比值，即放大電路的放大倍數(shù)。參數(shù)掃描的分析結(jié)果如圖的放大倍數(shù)。參數(shù)掃描的分析結(jié)果如圖16-1116-11所示，所示，由于電阻由于電阻R R4 4為為51K51K，所以當(dāng)反饋回路上總的電阻，所以當(dāng)反饋回路上總的電阻和和R R4 4的阻值不相等，即參數(shù)不對稱時，放大倍數(shù)的阻值不相等，即參數(shù)不對稱時，放大倍數(shù)并不等于反饋回路總電阻與并不等于反饋回路總電阻與R R1 1阻值的比值，還和阻值的比值，還和R R4 4有關(guān)。有關(guān)。16.2電路原理與設(shè)計（a a）分析參數(shù)設(shè)置）分析參數(shù)設(shè)置（b b）輸出變量設(shè)置）

14、輸出變量設(shè)置圖圖16-10 16-10 參數(shù)分析設(shè)置參數(shù)分析設(shè)置16.2電路原理與設(shè)計圖圖16-11 16-11 參數(shù)分析結(jié)果參數(shù)分析結(jié)果16.2電路原理與設(shè)計6 6）實驗數(shù)據(jù)處理）實驗數(shù)據(jù)處理電路調(diào)好后進(jìn)行仿真，可得表電路調(diào)好后進(jìn)行仿真，可得表16-116-1的實驗結(jié)果。的實驗結(jié)果。 表表16-1 16-1 實驗結(jié)果實驗結(jié)果NoImage圖12-4 圖標(biāo)編輯用用MATLABMATLAB進(jìn)行對表進(jìn)行對表16-116-1的實驗結(jié)果擬合后得：的實驗結(jié)果擬合后得： 0773.74210.1625(163)UX 16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計16.3.1 16.3.1 位移測量子程序的設(shè)計位移測

15、量子程序的設(shè)計 由上節(jié)式由上節(jié)式16-316-3可得位移表達(dá)式：可得位移表達(dá)式： 根據(jù)式根據(jù)式16-416-4可建立一個子可建立一個子VIVI，具體步驟如下：，具體步驟如下：從開始菜單中運行從開始菜單中運行“National Instruments LabVIEW 8.National Instruments LabVIEW 8.2”2”， 在在Getting StartedGetting Started窗口左邊的窗口左邊的FilesFiles控件里，選擇控件里，選擇Blank VIBlank VI建立一個新程序。建立一個新程序。NoImage00.1625(164)773.7421UX16.

16、3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計框圖程序的繪制：框圖程序的繪制：為了解決數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題，采用上個設(shè)計采用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的為了解決數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題，采用上個設(shè)計采用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的第三種實現(xiàn)方法設(shè)計程序框圖。用這種方法設(shè)計的子程序第三種實現(xiàn)方法設(shè)計程序框圖。用這種方法設(shè)計的子程序在接口電路設(shè)計時就不用考慮數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換了。利用在接口電路設(shè)計時就不用考慮數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換了。利用For LoopFor Loop進(jìn)行兩次自動索引，使數(shù)據(jù)變?yōu)閱蝹€值顯示，這里省去了進(jìn)行兩次自動索引，使數(shù)據(jù)變?yōu)閱蝹€值顯示，這里省去了矩陣索引函數(shù)。需要注意的是，后面的數(shù)據(jù)通道不能設(shè)為矩陣索引函數(shù)。需要注意的是，后面的數(shù)據(jù)通道不能設(shè)為自動索引，否則輸出將不

17、再是單個數(shù)值。圖中自動索引，否則輸出將不再是單個數(shù)值。圖中InputInput為時域為時域信號采集器，它由控制模板信號采集器，它由控制模板I/OI/O模塊里的波形函數(shù)經(jīng)矩陣模塊里的波形函數(shù)經(jīng)矩陣化而成。連續(xù)的電壓波形在外層化而成。連續(xù)的電壓波形在外層ForFor循環(huán)內(nèi)必須加一個波循環(huán)內(nèi)必須加一個波形元素提取模塊把形元素提取模塊把Y Y值提取出來，否則數(shù)據(jù)在里層值提取出來，否則數(shù)據(jù)在里層ForFor循環(huán)循環(huán)中不能利用自動索引，達(dá)不到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的目的。根據(jù)式中不能利用自動索引，達(dá)不到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的目的。根據(jù)式16-416-4在里層在里層ForFor循環(huán)中用常數(shù)和運算函數(shù)構(gòu)建程序框圖，輸循環(huán)中用常數(shù)和運算

18、函數(shù)構(gòu)建程序框圖，輸出為位移值，如圖出為位移值，如圖16-1216-12所示。所示。16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計圖12-7 連接器和顯示器件關(guān)聯(lián)圖圖16-1216-12程序框圖程序框圖16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計定義圖標(biāo)與連接器定義圖標(biāo)與連接器雙擊右上角圖標(biāo)編輯后如圖雙擊右上角圖標(biāo)編輯后如圖16-1316-13（a a）所示。用鼠）所示。用鼠標(biāo)右鍵單擊前面板窗口中的圖標(biāo)窗格，在快捷菜單標(biāo)右鍵單擊前面板窗口中的圖標(biāo)窗格，在快捷菜單中選擇中選擇Show ConnectorShow Connector，此時連接窗格為默認(rèn)模式，此時連接窗格為默認(rèn)模式，右鍵點選一種單輸入單輸出的模式，左

19、邊窗格與時右鍵點選一種單輸入單輸出的模式，左邊窗格與時域信號采集器域信號采集器InputInput相關(guān)聯(lián)，右邊窗格與位移顯示相關(guān)聯(lián)，右邊窗格與位移顯示相關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)后的連接器窗格見圖相關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)后的連接器窗格見圖16-1316-13（b b）。完）。完成上述工作后，將設(shè)計好的成上述工作后，將設(shè)計好的VIVI保存。保存。a a） （b b） 圖圖16-13 16-13 圖標(biāo)與連接器圖標(biāo)與連接器16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計 16.3.2 16.3.2 接口電路的設(shè)計與編譯接口電路的設(shè)計與編譯關(guān)于接口的研究及關(guān)于接口的研究及LabVIEWLabVIEW儀器向儀器向MultisimMultisi

20、m的導(dǎo)的導(dǎo)入的原理請參照上一章的內(nèi)容。本設(shè)計中接口電入的原理請參照上一章的內(nèi)容。本設(shè)計中接口電路的設(shè)計與編譯分以下幾步：路的設(shè)計與編譯分以下幾步：把把MultisimMultisim安裝目錄下安裝目錄下SamplingLabVIEW Instru-SamplingLabVIEW Instru-mentsTemplatesInputmentsTemplatesInput文件夾拷貝到另外一個文件夾拷貝到另外一個地方。地方。16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計在在LabVIEW LabVIEW 中打開步驟中所拷貝的中打開步驟中所拷貝的StarterInputI-StarterInputI-nstru

21、ment .lvprojnstrument .lvproj工程，如圖工程，如圖16-1416-14。接口電路的設(shè)。接口電路的設(shè)計是在計是在Starter Input Instrument.vitStarter Input Instrument.vit中進(jìn)行。中進(jìn)行。 圖圖16-14 StarterInputInstrument .lvproj16-14 StarterInputInstrument .lvproj工程圖工程圖16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計打開打開Starter Input Instrument.vitStarter Input Instrument.vit的框圖面板，完成

22、的框圖面板，完成接口框圖的設(shè)計。在數(shù)據(jù)處理部分，選擇接口框圖的設(shè)計。在數(shù)據(jù)處理部分，選擇CASECASE結(jié)結(jié)構(gòu)下拉菜單中的構(gòu)下拉菜單中的Update DATAUpdate DATA選項進(jìn)行修改。按選項進(jìn)行修改。按框圖中的說明，在結(jié)構(gòu)框中右鍵點擊選擇框圖中的說明，在結(jié)構(gòu)框中右鍵點擊選擇Select a Select a VIVI，把在，把在LabVIEWLabVIEW完成的子完成的子VIVI添加在添加在Update Update DAT-ADAT-A框中即可。子框中即可。子VIVI輸入端輸入端InputInput與與MultisimMultisim的的對儀器的輸入端相連，在子對儀器的輸入端相連，

23、在子VIVI的輸出端點擊右鍵的輸出端點擊右鍵創(chuàng)建位移指示表，如圖創(chuàng)建位移指示表，如圖16-1516-15所示。所示。 程序框圖設(shè)計好后，要進(jìn)行前面板的設(shè)計，除了程序框圖設(shè)計好后，要進(jìn)行前面板的設(shè)計，除了要完成功能外，還要兼顧美觀。設(shè)計好的前面板要完成功能外，還要兼顧美觀。設(shè)計好的前面板如圖如圖16-1616-16所示。之后選擇重命名，保存為所示。之后選擇重命名，保存為proj4.vitproj4.vit。16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計圖圖16-15 16-15 接口部分設(shè)計接口部分設(shè)計圖圖16-16 16-16 前面板設(shè)計前面板設(shè)計16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計編譯之前，要對虛擬儀

24、器進(jìn)行基本信息設(shè)置。打開編譯之前，要對虛擬儀器進(jìn)行基本信息設(shè)置。打開 subVIs subVIs下的下的Starter Input Starter Input Instrument_multisimInformation.viInstrument_multisimInformation.vi的后面板，如圖的后面板，如圖16-1716-17所示，在儀器所示，在儀器IDID中和顯示名稱中填入唯一的標(biāo)識，如中和顯示名稱中填入唯一的標(biāo)識，如一起設(shè)為一起設(shè)為plotterproj4plotterproj4。同時把輸入端口數(shù)設(shè)為。同時把輸入端口數(shù)設(shè)為1 1，因為，因為只有一個電壓輸入；把輸出端口設(shè)為只有一

25、個電壓輸入；把輸出端口設(shè)為0 0，此模塊不需，此模塊不需要輸出。設(shè)置完后另存為要輸出。設(shè)置完后另存為proj4_multisimInformation.viproj4_multisimInformation.vi，注意前半部分的名字和接口程序部分的命名必須一致。注意前半部分的名字和接口程序部分的命名必須一致。16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計圖圖16-17 16-17 虛擬儀器基本信息的修改虛擬儀器基本信息的修改16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計編譯屬性設(shè)置：打開編譯屬性設(shè)置：打開Build SpecificationsBuild Specifications，右鍵，右鍵點擊點擊Sourc

26、e DistributionSource Distribution，選擇屬性設(shè)置，在保，選擇屬性設(shè)置，在保存目錄和支持目錄中，都將編譯完成后要生成存目錄和支持目錄中，都將編譯完成后要生成的庫文件重命名，如的庫文件重命名，如proj4proj4（.lib.lib）。同時在原文）。同時在原文件設(shè)置中選擇總是包括所有包含的條目，如圖件設(shè)置中選擇總是包括所有包含的條目，如圖16-1816-18所示。屬性設(shè)置完成并保存后，再在所示。屬性設(shè)置完成并保存后，再在Sour-Sour-ce Distributionce Distribution上點擊右鍵，在彈出的菜單中選上點擊右鍵，在彈出的菜單中選擇擇Buil

27、dBuild即可。即可。16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計圖圖16-18 16-18 編譯屬性設(shè)置編譯屬性設(shè)置16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計編譯完成后，在編譯完成后，在InputInput文件夾下生成一個文件夾下生成一個BuildBuild文件夾，文件夾，打開后把里面的文件復(fù)制到打開后把里面的文件復(fù)制到National National InstrumentsCircuit Design Suite 10.0InstrumentsCircuit Design Suite 10.0下的下的lvinstrumentslvinstruments文件夾中，這樣就完成了虛擬儀器的導(dǎo)入，當(dāng)再打文件

28、夾中，這樣就完成了虛擬儀器的導(dǎo)入，當(dāng)再打開開MultisimMultisim時，在時，在LabVIEWLabVIEW儀器下拉菜單下就會顯示儀器下拉菜單下就會顯示你所設(shè)計的模塊（你所設(shè)計的模塊（plotterproj4plotterproj4），如圖），如圖16-1916-19。圖圖16-19 Multisim16-19 Multisim下下LabVIEWLabVIEW儀器菜單儀器菜單16.3 LabVIEW顯示模塊設(shè)計霍爾位移測量電路的輸出接設(shè)計好的顯示模塊，對霍爾位移測量電路的輸出接設(shè)計好的顯示模塊，對電路調(diào)零后可得圖電路調(diào)零后可得圖16-2016-20的部分結(jié)果，可見設(shè)計結(jié)的部分結(jié)果，可見

29、設(shè)計結(jié)果基本符合要求。果基本符合要求。（a a）-0.2mm-0.2mm結(jié)果結(jié)果 （b b）0.4mm0.4mm結(jié)果結(jié)果圖圖16-20 16-20 實驗結(jié)果實驗結(jié)果16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用16.4.1 16.4.1 硬件連接硬件連接 霍爾位移傳感器的安裝如圖霍爾位移傳感器的安裝如圖16-2116-21所示。電路所示。電路調(diào)理部分和上面調(diào)理部分和上面MultisimMultisim仿真的電路相同。仿真的電路相同。16-21 16-21 霍爾傳感器安裝示意圖霍爾傳感器安裝示意圖16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片在磁鋼中間位置，開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片在

30、磁鋼中間位置，再調(diào)節(jié)控制電流使霍爾調(diào)理電路輸出為零。連接電路再調(diào)節(jié)控制電流使霍爾調(diào)理電路輸出為零。連接電路輸出到數(shù)據(jù)采集卡輸出到數(shù)據(jù)采集卡NI PCI6014NI PCI6014，由于輸入信號為接地，由于輸入信號為接地信號，且輸入干擾少，所以采用非參考單端方式在通信號，且輸入干擾少，所以采用非參考單端方式在通道道0 0進(jìn)行信號采集，示意圖如圖進(jìn)行信號采集，示意圖如圖16-2216-22所示，其中所示，其中V1V1正正極就是霍爾位移測量電路的輸出電壓，和數(shù)據(jù)采集卡極就是霍爾位移測量電路的輸出電壓，和數(shù)據(jù)采集卡的通道的通道0 0相連；負(fù)極為地信號，和數(shù)據(jù)采集卡的相連；負(fù)極為地信號，和數(shù)據(jù)采集卡的A

31、ISEAISENSENSE端相連。端相連。16-22 16-22 接地信號的連接接地信號的連接16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用 16.4.2 16.4.2 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 1 1）數(shù)據(jù)采集卡的配置）數(shù)據(jù)采集卡的配置連接好數(shù)據(jù)采集卡，并安裝硬件驅(qū)動程序。打開連接好數(shù)據(jù)采集卡，并安裝硬件驅(qū)動程序。打開資源管理程序資源管理程序Measurement&Automation ExplorerMeasurement&Automation Explorer如如圖圖16-2316-23所示，本機系統(tǒng)所示，本機系統(tǒng)Devices and InterfacesDevices and Inte

32、rfaces子樹子樹下可以看到數(shù)據(jù)采集卡下可以看到數(shù)據(jù)采集卡PCI 6014PCI 6014已經(jīng)安裝好，且知已經(jīng)安裝好，且知PCI6014PCI6014只限于傳統(tǒng)只限于傳統(tǒng)NI-DAQNI-DAQ系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。 16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用圖圖16-23 Measurement&Automation Explorer16-23 Measurement&Automation Explorer界面界面16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用使用前需要對數(shù)據(jù)采集卡的屬性進(jìn)行設(shè)置，同時使用前需要對數(shù)據(jù)采集卡的屬性進(jìn)行設(shè)置，同時測試用到的輸入輸出通道是否正常工作。在

33、測試用到的輸入輸出通道是否正常工作。在PCI6014PCI6014上點擊右鍵選上點擊右鍵選PropertiesProperties可對設(shè)備進(jìn)行設(shè)可對設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，如圖置，如圖16-2416-24所示。在這個對話框中可對硬件作所示。在這個對話框中可對硬件作如下設(shè)置：如下設(shè)置：圖圖16-24 16-24 設(shè)備屬性對話框設(shè)備屬性對話框16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用SystemSystem：包括設(shè)備的編號和：包括設(shè)備的編號和WindowsWindows給卡分配的給卡分配的系統(tǒng)資源，在這個標(biāo)簽下單擊系統(tǒng)資源，在這個標(biāo)簽下單擊Test ResourcesTest Resources按鈕，按鈕，彈出一

34、個對話框，說明資源已通過測試彈出一個對話框，說明資源已通過測試; ; AI AI：包括設(shè)備默認(rèn)的采樣范圍和信號的連接方：包括設(shè)備默認(rèn)的采樣范圍和信號的連接方式（本設(shè)計選擇非參考單端方式）式（本設(shè)計選擇非參考單端方式）; ; AO AO：顯示系統(tǒng)默認(rèn)的模擬輸出極性：顯示系統(tǒng)默認(rèn)的模擬輸出極性BipolarBipolar，雙，雙極性表示模擬輸出既包含正值也包含負(fù)值極性表示模擬輸出既包含正值也包含負(fù)值; ; Accessory Accessory：數(shù)據(jù)采集卡的附件（：數(shù)據(jù)采集卡的附件（I/OI/O接線板），接線板），選選CB-68LP;CB-68LP; OPC OPC和和Remote AccessR

35、emote Access在本設(shè)計中沒有用到。在本設(shè)計中沒有用到。 16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用點擊點擊SystemSystem下的下的Test PanelTest Panel選項可對設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)測選項可對設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)測試，開始測試前按參考單端方式將試，開始測試前按參考單端方式將CB-68LPCB-68LP接線端接線端子的子的6868針與針與2222針、針、6767針與針與5555針分別連接起來，這樣針分別連接起來，這樣使數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸出使數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸出0 0通道為模擬輸入通道為模擬輸入0 0通道提通道提供信號。模擬輸出測試如圖供信號。模擬輸出測試如圖16-2516-25所示，

36、測試輸出所示，測試輸出0 0通道，可選擇輸出直流電壓或正弦波，并可調(diào)節(jié)幅通道，可選擇輸出直流電壓或正弦波，并可調(diào)節(jié)幅度。選模擬輸入標(biāo)簽可進(jìn)行模擬輸入測試，如圖度。選模擬輸入標(biāo)簽可進(jìn)行模擬輸入測試，如圖16-2616-26所示，產(chǎn)生的正弦波是由模擬輸出通道所示，產(chǎn)生的正弦波是由模擬輸出通道0 0提供提供的。的。16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用圖圖16-25 16-25 傳統(tǒng)傳統(tǒng)DAQDAQ模擬輸出測試面板模擬輸出測試面板圖圖16-26 16-26 傳統(tǒng)傳統(tǒng)DAQDAQ模擬輸入測試面板模擬輸入測試面板16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用回到模擬輸入頁下，還可選擇輸出直流電壓，拖動回到模擬輸入頁

37、下，還可選擇輸出直流電壓，拖動幅值滑塊選擇一個電壓值，點擊幅值滑塊選擇一個電壓值，點擊Update ChannelUpdate Channel按按鈕，再回到模擬輸入測試，觀察直流電壓輸入情況。鈕，再回到模擬輸入測試，觀察直流電壓輸入情況。但測試結(jié)束后需要回到模擬輸出測試面板把電壓值但測試結(jié)束后需要回到模擬輸出測試面板把電壓值拖回拖回0 0，然后點擊，然后點擊Update ChannelUpdate Channel，否則輸出電壓值，否則輸出電壓值會一直保持到關(guān)機。會一直保持到關(guān)機。16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用對設(shè)備測試后，需要建立一個虛擬通道對設(shè)備測試后，需要建立一個虛擬通道m(xù)eterm

38、eter，建，建立虛擬通道的優(yōu)點是通道的參數(shù)在通道建立時已立虛擬通道的優(yōu)點是通道的參數(shù)在通道建立時已配置好，而不用在程序中設(shè)置。在圖配置好，而不用在程序中設(shè)置。在圖16-2316-23本機系本機系統(tǒng)統(tǒng)Data NeighborhoodData Neighborhood子樹下右鍵點擊子樹下右鍵點擊Traditional Traditional NI-DAQ Virtual ChannelsNI-DAQ Virtual Channels選擇新建一個輸入通道，選擇新建一個輸入通道，命名為命名為metermeter。通道設(shè)置中信號的連接方式選擇非。通道設(shè)置中信號的連接方式選擇非參考單端方式，其它選默認(rèn)

39、設(shè)置即可。虛擬通道參考單端方式，其它選默認(rèn)設(shè)置即可。虛擬通道建立后在編程中可被選擇，在圖建立后在編程中可被選擇，在圖16-2916-29有有“測量通測量通道道”選項，在下拉菜單中選擇選項，在下拉菜單中選擇metermeter通道，則程序通道，則程序的輸入信號來自的輸入信號來自metermeter虛擬通道。虛擬通道。16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用2 2）虛擬儀器程序設(shè)計）虛擬儀器程序設(shè)計從開始菜單中運行從開始菜單中運行“National Instruments LabVIEW National Instruments LabVIEW 8.2”8.2”， 在在Getting StartedG

40、etting Started窗口左邊的窗口左邊的FilesFiles控件里，控件里，選擇選擇Blank VIBlank VI建立一個新程序。建立一個新程序。根據(jù)設(shè)計目的來設(shè)計程序，得到圖根據(jù)設(shè)計目的來設(shè)計程序，得到圖16-2716-27的程序流的程序流程圖。程圖。開始電壓信號單通道單點采集平滑數(shù)據(jù)求位移值計數(shù)？等待保存實驗數(shù)據(jù)全部測量完畢？讀取實驗數(shù)據(jù)顯示實驗結(jié)果結(jié)束NYNY圖圖16-27 16-27 程序流程圖程序流程圖16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用圖圖16-28 16-28 數(shù)據(jù)處理程序框圖數(shù)據(jù)處理程序框圖根據(jù)流程圖，得圖根據(jù)流程圖，得圖16-28

41、16-28的程序框圖。的程序框圖。16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用因為位移值是緩慢變化的輸入信號，所以采用因為位移值是緩慢變化的輸入信號，所以采用易用函數(shù)易用函數(shù)AI Sample ChannelAI Sample Channel進(jìn)行單通道單點采進(jìn)行單通道單點采集。由于電路輸出數(shù)據(jù)的小范圍波動，可對信集。由于電路輸出數(shù)據(jù)的小范圍波動，可對信號求平均值來得到一個穩(wěn)定值，這里采樣數(shù)用號求平均值來得到一個穩(wěn)定值，這里采樣數(shù)用MeanMean函數(shù)模塊默認(rèn)的值函數(shù)模塊默認(rèn)的值100100，平均化處理后的，平均化處理后的電壓值根據(jù)式電壓值根據(jù)式16-416-4經(jīng)過幾次運算后即得位移值。經(jīng)過幾次運算后即

42、得位移值。采樣處理后的電壓值需要乘以采樣處理后的電壓值需要乘以10001000，是因為經(jīng)，是因為經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集到的電壓信號的單位是伏，而數(shù)據(jù)采集卡采集到的電壓信號的單位是伏，而計算公式中電壓的單位為毫伏，所以需要進(jìn)行計算公式中電壓的單位為毫伏，所以需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用編程完成后，調(diào)整前面板中各控件的位置，并利編程完成后，調(diào)整前面板中各控件的位置，并利用用ControlsModernControlsModern下的修飾（下的修飾（DecorationsDecorations）子模版）子模版對前面板進(jìn)行美化。調(diào)整好的前面板如圖對前面板進(jìn)行美化。調(diào)整好的前面板如圖16-2916-29所所示。示。圖圖16-29 16-29 前面板設(shè)計前面板設(shè)計16.4 硬件驗證與數(shù)據(jù)采