基于LabVIEW虚拟仪器技术的分布式速度检测系统
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于LabVIEW虚拟仪器技术的分布式速度检测系统范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘 要：设计一种分布式的速度检测监控系统。系统以单片机及电路采集速度数据,通过RS 485总线把各测试点速度数据发送给PC机,在PC端利用LabVIEW软件编程实现各检测点速度数据的存储、处理、显示及远程监控等功能。将单片机与虚拟仪器技术结合应用，克服了常规运动物体速度检测中普遍存在的技术复杂、不易远程观测等缺点。实验结果表明该系统成本较低,精度较高,运行稳定可靠。
关键词：分布式系统；速度检测；虚拟仪器；Datasocket通信；激光二极管
中图分类号：TP31 文献标识码：B 文章编号：1004－373X(2009)04－166－03
Distributed Speed Detection System Based on LabVIEW Virtual Instrument
BI Yunfeng,CAO Le,SUN Riming
(School of Mechanical & Electrical Engineering,Weihai Branch,Shandong University,Weihai,264209,China)
Abstract：A distributed speed detection system is designed,by using single chip computer and periphery circuit for gathering speed data,RS 485 bus transferring data to PC and LabVIEW platform on PC for programming to realize functions of memory,process,display and remote monitor of the speed data on each detecting bined MCU and virtual instrument technique,it overcomes the shortcomings like:complex techniques and difficulties in remote detection which are commonly exist in normal speed detection.Results show that the system has advantages of low cost,high precision and strong reliability.
Keywords：distributed system;speed detection;virtual instrument;Datasocket communication;laser diode
0 引 言
在实际生产生活中，经常需要检测物体的运动速度。目前对一般常速运动物体的测速方式主要有2种：一种是测平均速度，如公路交通系统中通过相邻站点IC卡确定两个站点之间所用时间求得平均速度；一种是测即时速度，所用方法一般为多普勒雷达测速，即利用移动物体的多普勒效应实现测速。这些测速方法都有比较广泛的应用，但也有一些缺点，例如造价较高，或检测精度较低，尤其是不便于远程分布式监控。在此设计的以单片机和LabVIEW虚拟仪器技术为基础的分布式检测系统较好地解决了这些问题。
1 分布式速度检测系统的总体构成
在此设计并实现的基于分布式汽车速度检测系统总体结构框图如图1所示。即以单片机作为测速数据采集电路的核心部件，通过RS 485总线接口把各测试点速度数据发送给计算机，利用labview软件编程实现各监控点车速数据的处理存储显示等功能。并以该计算机为服务器，利用LabVIEW中的Datasocket技术实现网络化的远程控制。计算机的串行口采用的是RS 232标准，若采用RS 485标准必须进行电平转换，该设计使用RS 232－RS 485 转换器完成从RS 232到RS 485的电平转换。系统中51单片机芯片发出的串行数据为TTL 电平，同时也只能接收TTL 电平。在采用RS 485标准时，也必须进行电平转换。该设计中使用MAX485 实现TTL 与RS 485标准之间的相互转换。
2 上位机编程实现
系统上位机程序均采用LabVIEW 7.1编程实现。LabVIEW是美国NI公司利用虚拟仪器技术开发的32位面向计算机测控领域的软件开发平台，具有直观易学，编程效率高的特点，且可以在多操作系统下运行。LabVIEW功能强大，日益被测控技术领域人员所关注。
从功能上讲，上位机程序主要分为串口通信模块和网络通信模块。串口通信很简单，即在程序运行后按照既定通信协议判断接收到的信息属于哪个测试点，并将其存储到相应文本文件中，程序流程如图2所示。为提高系统速度，数据直接存储，不做实时显示。若要查看各检测点数据，可在菜单中选择触发速度数据显示。
另外，为了方便对各点数据的远程网络监控，将负责接收速度数据的上位机作为服务器，使网络上的客户机可以远程查看测速数据。此即网络通信模块，通过使用LabVIEW 7.1中的Datasocket技术实现。远程监控的基本工作过程是：首先客户端选择要查看的测试点并发送给服务器端，服务器在接收到客户端准备查看的测试点代码信息后打开相应文件并将数据显示在一个Waveform Graph控件中。由于在创建服务器端软件时，已对Waveform Graph控件的Datasocket connection 属性配置对话框做了设置，因此创建客户端软件不需要复杂的编程，只需要将服务器端Waveform Graph控件复制到客户端程序中即可。考虑到该系统只是对速度数据的远程分享，所以在客户机程序中没做额外的编程。Datasocket通信服务器端框图程序和客户机框图程序分别如图3，图4所示。
3 各测试点的速度检测
多普勒方式测速应用广泛，但技术较复杂，成本较高。而远距离测平均速度又使得所测速度过于模糊，限制了它的应用。因此在设计中另辟蹊径，以短距离内的平均速度近似作单点速度。即利用间隔一定距离s的2套红外线激光发射接收模块分别给单片机产生中断信号，由单片机对2次中断的时间差t进行计时，根据公式v=s/t即可获取速度值。距离s可以提前准确测量，而目前单片机的计时精度相当高，足以保证速度数据有很高的精确度。速度检测硬件电路主要包括电源、晶振、复位、显示、485收发电路及激光发射接收模块。其中485收发电路及激光发射接收模块是测速和通信的主要电路，下面分别做简要介绍。
激光发射接收模块由红外激光发射器件和探测器组成，它们分别被安放在待测物体两侧。当没有物体经过时探测器中有恒定的信号，不触发单片机中断。当有物体阻断其光路时产生有效信号进入单片机触发中断。设计中为了有效滤除杂散光影响，选用980 nm红外半导体激光器作为发光器件，并以单片机产生38 kHz 的方波信号对其进行调制，接收电路则采用红外敏感的38 kHz 专用光电探测器HS0038B。图5显示其中一路红外激光发射、接收信号处理电路原理图。
485收发电路模块的作用是实现单片机的TTL 电平与RS 485标准之间的相互转换，采用MAX485芯片实现。MAX485芯片内部分别有收发两部分。图 6为RS 485中A，B线与单片机连接的硬件电路原理图。
速度检测部分单片机程序主要有计时处理模块、测速处理模块和串行通信模块。模块化的编程方式使整个设计、调试非常简单。值得一提的是，考虑到具体的测试物体形状不一，还在程序中加了中断延时去抖程序，防止中断瞬间的多个尖峰波刺不断产生中断信号使单片机发生误触发操作。
4 实验结果
这里来用一辆速度可控的遥控模型车对该系统进行了测试，使其在一个封闭的跑道上变速行进，跑道中设置了5个观测点。图7为客户端采集到的第二个测试点的速度波形。试验显示，整个系统工作正常。
该系统采用LabVIEW软件平台配合简单硬件电路实现了分布式的速度采集、存储及远程监控显示等功能。系统充分借鉴虚拟仪器思想，采用常见器件，使系统整体造价低、测速精度较高、升级维护方便，具有良好的实用性。
参 考 文 献
［1］杨乐平.LabVIEW高级程序设计［M］.北京:清华大学出版社,2003.
［2］王庆有.光电传感器应用技术［M］.北京:机械工业出版社,2007.
［3］王颖,程明,周伟.基于LabVIEW 7 Express的数据采集系统［J］.兵工自动化,2004,23(4):68－69.
［4］罗光坤,杨昊,黄惟公.基于LabVIEW与单片机串口的数据采集系统［J］.仪表技术,2003(1):14－16.
［5］逯颖.基于LabVIEW的串行通信接口设计与实现［J］.现代电子技术,2006,29(17):123－124.
［6］张莲英,方祖捷,张位在,等.1.3 μm单模半导体激光器的高频调制［J］.激光与红外,1995(4):55－57.
［7］贾方秀,丁振良,袁峰.半导体激光器高频调制技术［J］.激光与红外,2007(11):1 174－1 177.
［8］李轶.基于89C51单片机的汽车行驶速度检测仪设计［J］.计量与测试技术,2007(2):24－25.
［9］何立民.MCS－51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术［M］.北京:北京航空航天大学出版社,2000.
［10］周航慈.单片机应用程序设计［M］.北京:北京航空航天大学出版社,2002.
作者简介
毕云峰 男，1980年出生，硕士，讲师，毕业于中科院安徽光机所。主要从事光电检测技术、虚拟仪器技术的研究工作。