基于LabVIEW的光柵測量系統設計

摘要：在常用的傳動元件蝸桿的生產中，可以通過檢測蝸桿副嚙合運動時傳動中心距的變化來快速檢測其加工是否合格?；谔摂M儀器設計理論，以LabVIEW8．6虛擬儀器作為軟件開發平臺，單片機STC89C55作為下位機主控芯片，設計出適合實際需要的數據實時采集系統。該系統采用數字式傳感器光柵尺和角編碼器結合單片機控制實現實時數據采集。利用串行通信的方式在上位機的LabVIEW8．6上實現了光柵測量系統的數據圖形顯示和分析統計等功能。
關鍵詞：LabVIEW8．6；蝸桿；光柵尺；角編碼器；單片機；數據實時采集

引言
傳統的機械設備測量儀器，其功能固定、擴展性差，且測試系統開發時間長。美國國家儀器NI公司于1986年提出的虛擬儀器的概念，引發了傳統儀器領域的一場重大變革。其將計算機強大的數字處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結合在一起，大大增強了傳統儀器的功能。而NI公司開發的圖形化開發平臺LabVIEW無疑是虛擬儀器的杰出代表。
蝸桿傳動過程中，往往會碰到蝸桿蝸輪嚙合中心距測量問題。本系統主要設計交錯放置在檢具底盤上蝸桿副嚙合運動中的傳動中心距以及蝸輪轉角值的位置信息數據采集電路，并在上位機LabVIEW8．6軟件開發平臺上實時顯示出位置信息關系曲線以及對采集數據進行統計分析。

1 系統的組成及工作原理
圖1為系統組成結構框圖。該光柵測量系統主要由PC 工控機、STC89C55、信號接口電路、信號預處理電路以及液晶顯示控制電路組成。其中，角編碼器和光柵尺傳感器組成光柵位移量測量的檢測傳輸平臺，分別輸出蝸輪轉角值和蝸桿副傳動中心距位置信息；然后再經過光電轉換以及整形放大電路，輸出單片機可以識別的相位角相差90°的2路方波序列脈沖信號(A相主信號和B相副信號)，另外還輸出一個作為校驗Z信號。硬件接口電路將3路信號輸入到信號預處理電路進行化移脈沖數據、移動方向以及原點信息的預處理，再由單片機通過數據總線根據需要讀取、處理和顯示數據，隨后通過RS232串口總線將采集的多路數據送入LabVIEW軟件平臺進行檢測以及分析。

2 系統硬件設計
2．1 主控芯片
本系統的下位機核心控制芯片是單片機STC89C55，其內部程序存儲空間有20 KB，片內RAM為1280字節，外部晶振頻率最高可以接入40 MHz。該單片機不僅具有MCS-51系列單片機的所有特性，而且具有穩定性高、功耗低、抗干擾等特點，是目前性價比較高的芯片。由于本系統對實時性要求比較高，所以選用24 MHz外部晶振，可提高單片機的處理速度。
2．2 數據采集接口電路
本系統中光柵尺和角編碼器都屬于增量式光電編碼器，而增量式編碼器系列有各種不同類型的輸出電路方式可以選擇，為了抑制共模干擾和提高傳輸抗干擾性能，設計中采用了差分輸出型方案。由于數字式傳感器不需要進行A／D轉換，所以需將差分信號轉化為單片機可以識
別的單端TTL信號，進而直接進行辨向計數。AM26C32是NI公司的4路差動線路接收器，將差分信號轉化為單片機可以識別的單端TTL信號，進而直接進行辨向計數。系統數據采集接口電路如圖2所示。