郭愛芹

（廣州市市政工程試驗檢測有限公司 廣東廣州 510000）

1 研究背景及意義

智能腿是機(jī)器人學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)領(lǐng)域中一個非常重要的研究課題。自20世紀(jì)90年代初起，英國和日本率先將微電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)融合在一起，相繼研制出了智能腿并已投入臨床應(yīng)用。

智能腿帶有的微電機(jī)，能幫助定位智能腿擺動角度和控制行走速度，改善智能腿行走流暢度，以達(dá)到正常步態(tài)的功能。所以濾掉各種干擾信號，更加精準(zhǔn)的測量微電機(jī)的微小轉(zhuǎn)速，可以幫助實現(xiàn)上述功能，測量微電機(jī)的轉(zhuǎn)速對于加快智能腿的研究具有非常重要的意義。其中以單片機(jī)為核心的智能腿，與用戶的交互以及功能的修改都很不方便，而LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，可以根據(jù)需要做出相應(yīng)的功能調(diào)整。故用LabVIEW測微電機(jī)的轉(zhuǎn)速，對智能腿的研發(fā)和調(diào)試，意義重大。

2 LabVIEW簡介及測量原理

2.1 LabVIEW介紹

LabVIEW是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是LabVIEW的程序模塊。

LabVIEW提供很多控件，可用來創(chuàng)建用戶界面，方便與用戶的交互。用戶界面在LabVIEW中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對前面板上的對象進(jìn)行控制，這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。

2.2 LabVIEW特點(diǎn)

在一個硬件的情況下，僅通過改變軟件，就可以實現(xiàn)不同的儀器儀表功能的切換，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件，對功能的修改非常便利，即便于智能腿的調(diào)試。

2.3 測量原理

基于LabVIEW應(yīng)用軟件，設(shè)計了一個微電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。由于實驗室條件所限，在軟件中設(shè)計了轉(zhuǎn)速生成器，輸出帶有干擾信號的微電機(jī)轉(zhuǎn)速信號，以模擬真實的微電機(jī)轉(zhuǎn)速信號。微電機(jī)轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過濾波后，進(jìn)入信號收集器，做后續(xù)的信號檢測分析。記錄程序同時運(yùn)行，記錄測量微電機(jī)轉(zhuǎn)速的日期和時間以及微電機(jī)轉(zhuǎn)速的波形圖和數(shù)據(jù)、狀態(tài)開關(guān)等。

3 程序設(shè)計

程序分兩部分：登陸系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速測量及記錄系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計用LabVIEW實現(xiàn)，LabVIEW前面板的控件方便與用戶的交互，圖形化編程方便功能的修改，便于調(diào)試。

3.1 登陸系統(tǒng)

登陸系統(tǒng)前面板設(shè)置輸入賬號和輸入密碼兩個文本框以及登陸和注冊兩個按鈕，并且登陸成功后會彈出“登陸成功”對話框。與用戶交互的一系列功能，都是通過LabVIEW圖形化編程對前面板控件的控制實現(xiàn)的。

3.2 轉(zhuǎn)速測量及記錄系統(tǒng)

微電機(jī)轉(zhuǎn)速由光電傳感器檢測到轉(zhuǎn)速信號后送入信號收集器，由于轉(zhuǎn)速信號帶有干擾信號，需要先進(jìn)行濾波，然后在對轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行檢測分析。為便于分析，不僅在前面板設(shè)置了記錄開始、停止、打印等按鈕，還設(shè)置了振幅、頻率、瞬時幅值等相關(guān)的文本框，記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)；為了便于觀察信號的變化，放置了多個示波器，記錄不同時期的波形。對前面板的控件進(jìn)行LabVIEW進(jìn)行圖形化編程，以實現(xiàn)微電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量和記錄。轉(zhuǎn)速測量及記錄系統(tǒng)程序框圖，如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)速測量及記錄系統(tǒng)程序框圖

4 調(diào)試結(jié)果

系統(tǒng)相關(guān)的功能設(shè)置完成后，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。首先進(jìn)入登錄系統(tǒng)界面，若有賬號，直接輸入賬號和密碼然后點(diǎn)擊登錄，即可登陸成功，若無賬號，先點(diǎn)擊注冊按鈕，注冊賬號后再輸入賬號和密碼，點(diǎn)擊登錄，即可登錄成功。如圖2所示，彈出登錄成功界面，點(diǎn)擊進(jìn)入按鈕，跳轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)速測量及記錄系統(tǒng)，點(diǎn)擊記錄開始按鈕，開始記錄各項數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖2 登錄界面調(diào)試結(jié)果

登錄成功后，進(jìn)入轉(zhuǎn)速測量及記錄系統(tǒng)。點(diǎn)擊“記錄開始”按鈕，記錄狀態(tài)顯示為“開”，即開始記錄瞬時幅值、變化速度、振幅等一系列數(shù)據(jù)，波形圖開始記錄相關(guān)的波形變化，點(diǎn)擊“打印”按鈕，即可打印出一系列變化的數(shù)據(jù)；點(diǎn)擊“停止”按鈕，記錄狀態(tài)顯示為“關(guān)”，波形圖的波形保持不變，相關(guān)的文本記錄不變，記錄結(jié)束。轉(zhuǎn)速測量及記錄系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果，如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)速測量及記錄系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果

5 小結(jié)

觀察調(diào)試過程并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)，分析調(diào)試結(jié)果。由調(diào)試結(jié)果可知，LabVIEW的圖形化編程實現(xiàn)了對微電機(jī)轉(zhuǎn)速較好的控制，能較好的實現(xiàn)對智能腿控制角度和行走速度的控制，可以改善智能腿行走的流暢度，較好的達(dá)到正常步態(tài)的功能，也方便與用戶的交互以及功能的修改與調(diào)試。故LabVIEW對微電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量，對智能腿的研究與發(fā)展意義重大。