陸鵬

摘要：在LabVIEW下開發(fā)了基于鐵鳥試驗臺應(yīng)用的兩款新型傳感器測量的測控系統(tǒng)，內(nèi)部軟件部分通過串行接口與PC通信，研究了基于LabVIEW和RS485通信接口的軟、硬件設(shè)計方法，構(gòu)成基于LabVIEW的測控系統(tǒng)。通過兩款傳感器的測量數(shù)據(jù)分析，同時與其他加裝傳感器數(shù)據(jù)對比，表明基于LabVIEW的傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠完成對高溫壓力傳感器和油液品質(zhì)傳感器的精確測量。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；RS485；數(shù)據(jù)采集

LabVIEW是Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench的縮寫，即試驗室虛擬儀器工程平臺，是美國國家儀器公司為數(shù)據(jù)采集、儀器控制和虛擬測試等領(lǐng)域而研發(fā)的開發(fā)平臺。

LabVIEW程序又稱為虛擬儀器，它的表現(xiàn)形式和功能類似于實際的儀器，可用于采集、分析、顯示和存儲數(shù)據(jù)。程序主要由前面板、框圖程序和圖表連接端口組成，前面板中包含眾多控件，只需要將各個控件用鼠標拖到前面板的指定區(qū)域，便可以使用該控件的功能。為用戶提供了簡明、直觀、易用的圖形編程方式。

LabVIEW不僅可以與數(shù)據(jù)采集、視覺、運動控制設(shè)備等硬件進行通信，還可以與GPIB、PXI、VXI、RS232和RS485等儀器進行通信。從1986年發(fā)布的LabVIEW1.0至今，每一個版本都對測試測量領(lǐng)域帶來巨大幫助。使用LabVIEW開發(fā)的程序以其開發(fā)周期短，效率高，成本低的優(yōu)勢，已經(jīng)被越來越多的采用和認可。

本文基于RS485通信和LabVIEW軟件平臺研發(fā)了一套液壓油液溫度和油液品質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可視化的監(jiān)測界面，可實時顯示液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并可供用戶查詢歷史數(shù)據(jù)以便進行統(tǒng)計分析。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

圖1為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，PC機主要對液壓系統(tǒng)中的油溫、壓力、介電常數(shù)、油液品質(zhì)等參數(shù)進行采集、監(jiān)控、統(tǒng)計及顯示。傳感器將環(huán)境參數(shù)和發(fā)電信息采集過來，通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號變成數(shù)字信號在傳感器內(nèi)部進行將數(shù)據(jù)處理后緩存并通過RS485接口發(fā)送。傳感器與PC機之間采用RS485轉(zhuǎn)RS232通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。PC機將接受到的數(shù)據(jù)處理后保存并及時顯示。實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)參數(shù)的實時監(jiān)測。

測試中主要使用高溫壓力傳感器、新型油液品質(zhì)傳感器檢測，由于這些傳感器均安裝于液壓試驗臺上，距離測控間距離大于50m。而PC機串行口為標準的RS232C接口，最大通信距離僅為15 m。無法適用于遠距離的監(jiān)測。

選用RS485串行接口標準可實現(xiàn)遠距離通信管理。串口通信采用RS485協(xié)議進行，其傳輸距離較長，適用于從高溫壓力傳感器、新型油液品質(zhì)傳感器檢測到測試設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。RS485采用差分信號負邏輯，邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2～6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2～6）V表示。

RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好。RS485最大的通信距離約為1219 m，最大傳輸速率為10Mb/s，傳輸速率與傳輸距離成反比。

2 軟件設(shè)計

傳感器輸出為RS485信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為RS232后與PC機相連。由于兩類傳感器的通信方式均為RS485通信，除數(shù)據(jù)解析部分，軟件設(shè)計基本一致，以MEMS高溫壓力傳感器為例進行說明。

使用串口前，串口配置參數(shù)必須確定：波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位。對于高溫壓力傳感器通信而言，波特率為9600，數(shù)據(jù)位8bit，無校驗位，停止位1。設(shè)置完成后才能對串口進行初始化，并等待200ms保證串口初始化已完成。

完成串口初始化后，清一次緩存，確保緩存中無數(shù)據(jù)后開始檢測串口讀緩存區(qū)的數(shù)據(jù)，由于高溫壓力傳感器的數(shù)據(jù)格式（ASCII碼）為：

P=±XX.XXX（空格0X20）T=±XXX.XX（回車0X0A）。

數(shù)據(jù)長度為38字節(jié)，故當緩存區(qū)數(shù)據(jù)大于38字節(jié)時表明一包完整的數(shù)據(jù)已經(jīng)進入緩存，此時開始讀取，以0X0A為標志判斷數(shù)據(jù)結(jié)尾。由于數(shù)據(jù)位ASCII碼表示，故數(shù)據(jù)的前9字節(jié)為壓力數(shù)據(jù)，偏移2字節(jié)，讀取7字節(jié)，以ASCII碼轉(zhuǎn)換為即為壓力測量值。同樣地，偏移12字節(jié)后讀取7字節(jié)，以ASCII碼轉(zhuǎn)換后即為溫度測量值。

對于新型油液品質(zhì)傳感器而言，數(shù)據(jù)格式為

數(shù)據(jù)（介電常數(shù)） 數(shù)據(jù)（溫度） 結(jié)束

00 00 00 00 00 00 0A

數(shù)據(jù)發(fā)送由高位->低位順序發(fā)送，其中介電常數(shù)的轉(zhuǎn)換公式為：

介電常數(shù)=碼值×100/0XFFFFFF

溫度轉(zhuǎn)換公式：

溫度值=（碼值×0.0922237-1000）/3.85

新型油液品質(zhì)傳感器的數(shù)據(jù)共7字節(jié)，介電常數(shù)與溫度數(shù)據(jù)各3字節(jié)，最后以0X0A結(jié)尾。因此，取前3字節(jié)計算碼值按照介電常數(shù)公式計算出介電常數(shù)測量值。將數(shù)據(jù)偏移3字節(jié)后截取3字節(jié)，按照溫度轉(zhuǎn)換公式計算溫度測量值。

3 試驗驗證

當傳感器處于工作狀態(tài)時，運行VI程序。程序運行過程控制可以控制數(shù)據(jù)開始采集、暫停/繼續(xù)采集、退出采集。數(shù)據(jù)采集及曲線設(shè)置實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集間隔、報警上下限以及對實時溫度曲線、溫度上下限曲線、平均溫度曲線顯示顏色的設(shè)置。通過對保存的試驗數(shù)據(jù)進行分析，可以看到傳感器的數(shù)據(jù)，同時對比加裝的其他傳感器進行數(shù)據(jù)對比，見圖3、圖4。

由圖4可以看出，在整個匹配性試驗過程中，MEMS高溫壓力傳感器測得的壓力信號與P102傳感器處理后的數(shù)據(jù)趨勢、大小基本一致，能反映出泵出口壓力實際變化情況。

壓力差最大值為0.1986Mpa，出現(xiàn)在469s處。平均差值為0.1483MPa，相比于21.5Mpa的壓力穩(wěn)定值，其偏差百分比為：0.1483/21.5×100%=0.69%，

4 結(jié)束語

在測試計算機的VI中對數(shù)據(jù)進行處理，在試驗中，與其他的加裝傳感器進行數(shù)據(jù)對比分析，經(jīng)實際對比，數(shù)據(jù)精確可靠，所示。通過RS485實現(xiàn)了傳感器與測控計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)試驗配置與管理、數(shù)據(jù)實時顯示、數(shù)據(jù)存儲的功能。

參考文獻：

[1]趙常壽，陳征詳，樊蓉.基于LabVIEW和NI-VISA的RS232串口通信程序設(shè)計[J].電腦編程技巧與維護，2015，01：68-70.