基于Labview开发环境的光强度自动测试仪

1、基于Labview开发环境的光强度自动测试仪刘波，杨景常（ 西华大学电气信息学院，四川 成都 610039 ）摘要：本设计针对传统化学材料分析仪器的不足，引入虚拟仪器技术 ，用计算机与标准化虚拟仪器硬件相结合的方法设计了新型的光强度自动测试仪，不仅克服了传统仪器的固有缺陷，而且达到自动测试与分析的目的，实现仪器的智能化设计。关键词：光强度自动测试仪；Labview；虚拟仪器中图分类号：TP216、TP368.2Light-intensity AutomaticTest System Based on Labview SoftwareLIU Bo YANG Jing-chang(Electric

2、 and Information Institution，XiHua University，Chengdu, 610039,China)Abstract: A project，using Virtual Instrument Technology and conjunct influences of computer and Virtual Instrument hardware , designs a new automatic test system of the light-storage materials light-intensity parameters. The instrum

3、ent hurdles the problem of old instruments inhere defections, and gains the ends of automatic testing and analyzing of dates, and realizes the intelligentize design. Key Words: light-intensity automatic test system; Labview ; Virtual Instrument 光强度自动测试仪是一种用于测试光存储材料在经过一定时间的紫外线照射后，其发光过程（光能释放过程）中光强衰变率的

4、一种自动测试、显示和记录的虚拟仪器。传统的光强度自动测试仪测试时间长，采样频率不准确，人工读数误差和数据记录的不一致性而导致难以对光存储材料的研制进行准确分析等缺点。故我校材料学院委托我研究室为其设计开发一款高性能的光强度自动测试仪。所以针对传统仪器的上诉缺点，本次设计引入现代虚拟仪器技术将计算机与标准化虚拟仪器硬件结合起来，不仅克服了传统仪器的固有缺陷，而且更具有软件化与模块化的特点，达到自动测试与分析的目的，实现仪器的智能化设计。1、 光强度自动测试仪概述光强度参数自动测试系统由信号采集的智能硬件部分和PC机+数据处理软件组成。其中信号采集的智能硬件部分由自行设计的智能数据采集电路和串行接

5、口组成，数据处理软件采用了美国国家仪器公司（National Instruments,NI）的LABVIEW软件平台。只需通过对PC机软件界面上的虚拟旋钮做简单的操作，就可实现对化学发光材料衰减属性的实时测试，以及实时的进行自动数据处理，绘制衰减曲线、显示和数据存档等功能。 光强度自动测试仪具有开发周期短、高精度、高稳定性和很强的功能扩展性和兼容性，适用于大多储能材料的属性研究，更促进了化学材料属性自动测试系统的广泛应用。2、 设计思路及系统组成2.1 系统组成 光强度参数自动测试仪总体采用基于串口的上位机/目标仪器结构。目标仪器为完成对目标参数的实时采样、调理、控制的智能数据采集系统。上位机

6、则采用通用的PC机结构，运行WINDOWS多线程操作系统，使用LABVIEW虚拟仪器平台，通过串口，与目标仪器之间控制参数计检测数据的通信，并通过GUI图形化用户界面，实现人机交互，完成操作参数的输入以及检测数据的分析、显示和纪录。光强度测试系统框图如图1所示。 图1 光强度测试系统框图 智能数据采集模块主要由光电传感器、A/D转换芯片，信号调理电路组成，将光信号转换成信号处理模块可以识别的电压信号。该模块可进行多方面扩展，以适用于不同的测试需要。 通信模块主要由单片机等组成。通过PC机的串口通信方式实现智能数据采集模块与主控制机的通信：从主控制机获得控制参数命令来控制数据采集模块，并返回从数

7、据采集模块采集来的信号交由主控机处理。主控机模块为一台DELL工作机，用于提供图形化用户界面，完成对系统硬件的配置和对用户界面和控制参数的设置，并实时更新指标参量对时间的波形显示，经过曲线处理后得到储光材料的特性曲线，同时完成测试数据的记录工作。 2.2 设计思路 光强度参数自动测试仪器可工作在智能控制自动工作模式，主要控制与测试项目有：1） 光强度参数采样频率设置与自动调节；2） 光强度参数增益设置与自动调节；3） 光强度参数采样电压值显示；4） 光强度参数电压时间曲线；5） 串口选择；6） 数据自动存档。主控机首先等待用户完成软硬件的设置和配置。然后请用户选择串口，设置采样频率和增益的初值

8、，以及文档存储路径等项目。完成以上步骤后，就可以启动测试程序。测试系统按照用户定制的参数进行自动测试与调节。这里所说的自动调节是指，由于储光材料的光能释放是一个衰减的过程，因此可以对其实行变频采样，以节省不必要的过程。而这个变频的实现可根据对以采集的光强度电压数据的比较，实现自动变频调节以及增益调节等，实现智能化控制。系统运行的同时，用户可以在实时监控图中观察光强度参数对时间的波形显示，同时采集到的数据被存储在指定的记录文件中，经过曲线拟合后，得到用户想要的光强度参数衰减曲线。3 光强度自动测试仪的Labview软、硬件设计3.1 光强度自动测试仪硬件设计硬件智能化数据采集系统，主要有光电传感

9、器，A/D转换芯片TLC549，AT89S52单片机，串口芯片MAX232，以及LCD显示芯片LCD161。如图2所示。 图2 光强度自动测试系统硬件原理图系统工作过程为：系统启动，接收主控机传来的硬件配置、控制参数等信息，然后硬件CPU控制A/D转换芯片将光电传感器采集到的模拟电信号转换为数字量，经过CPU数据处理后，一方面，由LCD显示电压值；另一方面，将数据通过串口传给上位主控机，经过数据处理拟合后，在LABVIEW电压时间图中显示。另外，主控机可通过串口对硬件智能数据采集系统进行控制，当CPU接收到控制信号后，智能硬件部分执行相应命令。3.2光强度自动测试仪的Labview软件设计虚拟

10、仪器（Virtual Instrument, 简称VI）是利用PC计算机显示器（CRT）的显示功能模拟传统仪器的控制面板以多种形式表达输出检测结果，利用PC计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，由I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机系统。虚拟仪器可通过Labview设计平台实现，并可再脱离Labview开发环境下运行，用户最终看见的是与实际硬件仪器相似的虚拟仪器面板。该光强度自动测试系统的软件结构框图如图3所示。 图3 光强度参数测试仪系统软件结构框图系统操作流程为，测试机模块上电后自动启动内部初始化模块，等待“启动信号”;主控机开机运行光强

11、度自动测试仪主程序，完成硬件配置、设置测试参数、启动测试程序；测试机侦听到“启动信号”命令后，按照用户指定参数开始实时控制和数据采集，并通过串口将数据发送给主控机，主控机对接收到的数据实行实时处理、存档操作，并以图线方式显示实验结果；完成测试后，主控机发出结束测试命令，通知测试机模块结束测试。5 性能评估光强参数自动测试仪主要用于对光存储材料衰变过程的分析，现在已被应用于测试现场，实际使用中运行稳定可靠，适用于多种材料的、不同参数的现场测试，扩展性强。图4为一次实验测得的某储光材料的光强度参数衰减曲线。图5为数据经过处理拟合后的曲线图，其中横轴为采样点时间，纵轴为采样得到的电压值。黑色曲线为经

12、过数据处理、拟合后的衰减曲线。比较可知虚拟仪器直接测得的数据曲线与经过处理拟合后的曲线极为接近。这样，证明了实验的高准确性。 图4 光强度参数自动测试仪前面板 图5 对数据处理、拟合后的曲线另外，由于该测试仪器是由硬件完成数据采集功能，软件完成从串口读数据、以及数据处理、显示并记入文档，因此基于Labview开发环境开发的光强参数自动测试仪不仅可以用于光存储材料的分析，而且只需在Labview编程中加入不同的数据分析和处理功能即可扩展为大的多属性的测试系统，具有很强的应用推广价值。参考文献2 刘军华，贾惠芹.虚拟仪器图形化编程语言Labview教程M.西安：西安电子科技大学出版社，2001.3 张毅坤，陈善久