所属栏目：计算机应用论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:210
副标题#e#摘要：研制了NI采集卡加单片机系统，外加信号处理电路，采用LabVIEW系统实现雨刮电机控制与检测。阐述了硬件设计及软件计原理，系统功能强大，灵活可靠，易于扩展。
关键词：磁滞测功机；采集卡； 单片机； LabVIEW 抗干扰
前言
应浙江温岭法雷奥要求，开发雨刮电机测试平台。雨刮电机分为前窗电机和后窗电机。电机出线方式有3种。电机引线为5线制，分别为高速端、低速端、复位端及接地端及电源端。电机引线为4线制，分别为低速端、复位端及接地端及电源端。电机引线为3线制，分别为低速端、复位端及接地端。复位方式有8种。
需要测试电机在空载及一定负载条件下的高低速转速、高低速速差、高低速电流、电压、脉宽、电机复位角或摆角。要求工装小于5个， 全过程测试时间小于15秒，每次换工装时间少于5分钟。电压、电流、转矩测试精度≤0.5%?，转速精度≤0.2%，后窗复位角精度≤0.3°。
一、总体设计
项目设计难点是15秒内进行电机装夹、接线，推动到位，全过程测试。打印可以和下一个电机装夹同时进行。采用NI公司的多功能采集卡及数字采集卡，配以磁滞测功机、各种传感器及信号处理电路以及单片机实时处理电路等开发出一个性价比高，性能可靠的，方便灵活，易于扩展的基于工控机控制的快速电机测试系统。系统框图见图1。
二、硬件设计
（一）选择采集卡
项目共需要模拟输入4路，模拟输出1路，计数器3路、数字输入16路，数字输出18路。测速度、测角度、测脉宽本来需要三个定时器，测角度、测脉宽采用分时采样方法合并用一个计数器，这样就可以少用一张计数器卡，既满足系统要求，又节约成本。选择NI公司的多功能采集卡PCI-6221板卡，它有16路模拟输入16位分辨率、采样速率为250KS/s，2路12位模拟输出、更新速率833KS/s，24路数字I / O端其中8路达1MHZ，2个32位80MHZ计数器/定时器。数字端口还不够，增加一张PCI-6503板卡， 24路数字I / O端。满足了系统要求，而且留有余量以便扩展，性价比也比较高。
（二）选择制动器
由于磁粉测功机低速时转矩不稳定，加载电流与加载矩非线性大，故选择磁滞测功机。磁滞测功机克服了以上不足，转动体采用具有磁滞特性的合金制成，经过热处理使其具有单畴组织。转动体和制动体不接触、无磨损，制动力矩平稳，控制方便，惯量小，在低速及至静止时都能产生较大制动力矩。加载电流与加载矩线性好。
（三）信号预处理设计
考虑到精度和体积的要求，转矩采用三晶转矩传感器，转速采用海德旋转编码器，电压电流采用昆仑海岸电压电流隔离模块。为了补偿线路压降，在电机电源端采样电压并反馈至稳压电源，使电压稳在电机进线端而非稳压电源出线端。
（四）输入输出隔离设计
为了提高系统抗干抗能力，输入输出信号采用光电隔离。且增加二极管指示信号，非常直观，便于调试和日后维护。
输入信号驱动指示灯及TLP521-4，光耦隔离后通过74HC245将信号发送至PCI-6221采集卡。电路图见图2。
PCI-6503采集卡输出通过74HC245电平转换驱动1413，再经过TLP521-4光耦隔离输出控制信号。电路图见图3。
（五） BSI模块设计
由于上位机处理大量任务，多任务之间分时处理。所以时间实时性精度变差，不能满足电机复位时间要求，决定用BSI模块进行复定时。考虑到上下位机通讯时间开销，信息量很少，只是复位延时时间、“准备复位”信号及“复位结束”信号。决定复位延时时间用编码方式进行通通讯，单片机采用STC89C52RC。该单片机全面兼容51系列，加密性强，可在线编程。
（六）打印机选择
选择斑马ZM400标签打打印机是因为其有以下优点。
打印速度快，可以回卷剥纸，可以打印条形码、序列号及各种图形，特别是公司的标志和认证。还可#p#副标题#e#以判断打印好以后打印纸是否被揭走。这样可以做到防错设计。
三、上位机工控机软件设计
我们对LabVIEW、VB、VC及其他多个工控软件中进行了论证，最终选择了LabVIEW软件。 LabVIEW是基于图形化编程语言的虚拟仪器开发开台。软件编程简单易学、界面友好直观、功能强大、性能稳定、开发周期短。
中文操作界面直观明了，简洁易懂。软件主要测试界面见图4。
软件分成四大功能模块。
（一）测试模块
1．空载试验：检测电机空载电压、电流、转速。
2．负载试验：根据设定的加载转矩对电机施加负载；检测转速、电流、脉宽。
3．角度检测 。
以上试验，可根据设置及检测的输入信号进行自动装夹，自动测试步序组合，合格判断，打印输出，不合格则报警。
摇摆型雨刮电机参数计算LabVIEW子程序图如图5。
（二）系统校准模块(密码进入)
用于修正系统的电压、电流、转矩值零位与满度；角度零位。
（三）设置模块(密码进入，管理工程师操作，测试人员不能打开)
1．设置电机型号及对应的性能标准(合格判定值)。
2．设置测试步序及各步序加载力矩值。
3．设置数据保存功能。使用数据库管理，便于调用。
4．设置标签打印模板。用户管理工程师可根据需要定制，增加系统通用性。
（四）系统维护，调试模块(密码进入)
设置系统中所有通道，单独动作控制。
1. 数字量输入显示 2.数字量输出控制 3. 模拟量显示4.模拟量输出控制5.角度值显示。
该模块仅用于系统检修时通道检测，用户不能随意打开。
四、下位机单片机软件设计
相对上位机软件，下位机软件相对简单。复位中断程序开定时器中断，定时器中断控制电机继电器动作，定时时间由上位机编码所得。
主程序流程图图6。
结语
该系统方便灵活，稍加改造便可适合各种自动化测试平台。是目前比较流行的一种设计方法。该测试平台在温岭法雷奥使用近半年，每天平均检测两千多台电机。运行稳定。
参考文献：
LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通 陈锡辉 张银鸿编著 清华大学出版社
AT24C01A/02/04/08/16技术应用 <<世界电子快讯>>1995.35期
CMOS集成电路原理与应用 沈雷主编 光明日报出版社
单片微型机原理应用与实验 张友德 赵志英 涂时亮编 复旦大学出版社
单片机应用系统的功率接口技术 佘永权 李小青 陈林康编著 北京航空航天大学出版社
