基于labVIEW的信号检测系统设计研究

陈立云+周鹏+蒋杏国

摘 要：在本文中主要结合下料机重复定位精度检测平台而分析信号检测系统的设计情况，并对其硬件结构以及软件模型而作出介绍，其中硬件结构主要包括的模拟信号调理、数字信号隔离和数据采集，而软件则结合LabVIEW 的技术对信号的采集、处理以及显示、存储等。

关键词：labVIEW；信号检测系统；设计；研究

随着工业智能装备的快速发展，越来越多的工厂投入智能装备生产线，实现精确、高效的运作。甚至在一个控制中心就可以操纵多个生产线的动作。传感器作为一种检测装置被广泛的应用在工业智能装备生产线上，如应用电阻应变式位移传感技术检测下料机的重复定位精度[1]。而往往一条生产线上由上百个甚至上千个类似的传感器，通过传感器能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制。

本文根据应用电阻应变式位移传感技术检测某下料生产线重复定位精度的平台而开发信号检测的系统，并通过此平台而模拟下料生产线试验，通过收集其中的参数能够帮助掌握重复定位精度的变化情况。因此，在设计开发过程中，需要结合良好的信号检测进行试验。在本文中主要根据硬件与软件研究而设计出硬件结构，主要目的是保护设备、抑制干扰和采集以及转换信号。在软件方面则主要采用的是LabVIEW语言开发，可以实现信号的采集、显示、处理以及存储的目标。

一、概述信号检测的系统图

在下料生产线重复定位精度的检测平台中，由于传感器的不同种类十分多，根据输出信号差异性可知，主要有模拟信号的电流输出情况，例如较为典型的有：电流传感器、位移传感器以及倾角传感器，而在模拟信号的电压输方面主要包括的是拉压力传感器；而数字量的输入中则有气缸限位的开关以及红外传感器[2]。此外，在模拟信号中，其中的调理模块主要有小信号的隔离放大模块以及电流信号的转化模块。下图1是结构简图。

二、分析硬件设计情况

在本系统设计中，其硬件设计主要涵盖如下几大模块，分别是信号调理、开关量输入光电隔离，下面作出详细分析。

（一）信号调理的模块分析

在信号调理的模块中主要包括的内容有：小信号隔离的放大电路以及I/V转换的电路这两个部分。在小信号隔离的放大电路设计中，可以选用拉压力良好的传感器，并测量其输出正负毫伏的电压信号，进而可以有效提升信号采集的精度，而在设计中就可以运用仪表而实施放大，从而使得小信号可以放大到设计时所设计的倍数，进而能够尽快完成A/D的采样卡所要求采样幅值的电压要求，即±10V左右。但是在整个设计系统中，主要针对的是传感器中输出信号所遇到的距离十分远的情况，还需要做好抑制干扰的工作，一般情况下，隔离度大约是1500VDC，其中的隔离DC-DC中就需要采用电源模块，并且额定隔离的电压达到1500VDC，而其隔离的放大器（ISO124），从而使得通道间能够相互隔离。因此，在此系统中所采用的是高精度的基准电压[3]，其电压源是MAX6043-10，而传感器所能够提供的精准是+10V的左右的供电电压，这就可以有效抑制传感器中所出现的供电电压波动情况，进而对信号的输出所带来不利的影响。而在隔离放大器输出端中，因为运算的放大器组成是需要多重反馈的方式，并且通过滤波电路的方式而保持其之间的连接性，最主要的目的就是能够提升其带载的能力，进而帮助改善阻抗以及输入的阻抗[4]，并且还可以对信号实施滤波处理。

（二）分析I/V中转换电路的情况

在电流的输出中，变送隔离的放大电路以及小信号的隔离放大电路具有相似的类型，但是针对不同位移传感器的输出情况可知，其电流的信号是4至20mA，此时就需要通过其转换成电压的信号，并通过RCV420而把4至20mA电流而转换成0至5V的电压，在后面的电路和测力计的信号可知，在后续电路和测力计的信号处理中，隔离放大的电路是有相同副边[5]，而在试验验证中，则需要调理并转换其误差为0.132%。

（三）分析开关量输入光电电路的设计情况

根据设计要求可知，在电路中通过供电电源、输出以及输入设计而实施三方隔离，这可以较好确保其所具有的隔离度，同时通过严格设计其滤波以及退耦设计，进而使得输出过程中可以获得良好的驱动能力，同时也可以有效提升总线驱动器的驱动能力。因此，在设计过程中，可以选择的是DC-DC的模块（IF2406S-2W），而隔离的电压大约为3000VDC，此外，其高速光耦的运用可以采用6N138，隔离的电压是2500V，而在试验测试过程中，其信号主要结合输入和输出所具有的延迟时间是26ns，而总线驱动器的择用方面可以采用的是SN74AHC246。

三、分析信號检测中的软件设计情况

在本次设计中，A/D的采样卡运用的是16位的PCI8604，其数字量的输入以及输出卡是PCI2364，均为同一厂商。其中的数据采集卡中提供良好软件包，用户就可以直接通过PC机而实施程序开发以及程序应用，此开发包中所包括的有：通用的通信模块文件，然而剩下则主要是借助于LabVIEW设计和实现，进而使得各种不同的功能函数可以有效调用，进而更好地完成相关程序访问。由于本系统中的软件是测试类型的程序，因此，可以将其简化作为数据采集、显示、处理以及保存，但是由于数据存储属于较慢过程，而为了不会对数据采集工作带来影响，在相关程序的采集过程则可以采用此模型：生产者和消费者。在模型中，通过队列的方式而进行缓存，并能够把新采集数据放置对应的队列中，这不仅操作简单，而且所耗费的时间也极少[6]。除此之外，数据采集还可以在快速中完成数据的存放工作以及缓存工作，由此可知，此模型中的上半部分主要是采集数据（生产者），下半部分则处理数据（消费者）。

结束语：

通过上述分析可知，主要针对信号的检测系统而建立一个多路传感器的信号，并在此基础上而优化硬件电路的设计，同时还根据LabVIEW 的语言开发出图形化的上位机系统，此系统具有性能良好、功能齐全以及误差小的优点，从而可以满足精度试验要求。

参考文献：

[1]陈立云，夏楠，周鹏.电阻应变式位移传感器在下料机重复定位精度检测中的应用[J].机电信息，2014，13（30）：51-53.

[2]刘立丰，张勇，徐真等.基于LabVIEW的ARINC429总线检查软件的设计[J].民用飞机设计与研究，2014，21（02）：76-79.

[3]刘瑞.基于Lab VIEW的简单信号发生器的设计[J].科技创新导报，2014，39（25）：48-49.

[4]崔秀华，彭立方，石翰成等.基于Lab VIEW的虚拟脉搏测试仪设计[J].实验技术与管理，2015，22（10）：80-82.

[5]梅甜，周毅，王民慧等.基于LabVIEW的脑电信号分析仪的研究与设计[J].生物医学工程研究，2014，12（01）：39-43.

[6]张满满，杨彦青.利用Lab-VIEW信号采集辅助监测MAG复合焊的焊接稳定性[J].电焊机，2015，45（12）：163-166.

作者简介：

陈立云（1984—），男，江苏盐城人，工程师，主要从事机电测控研究工作。endprint