CN110727217A - 一种基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于计量测试技术领域，具体涉及一种基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集方法及系统，解决现有位移传感器校准数据采集方法存在的时间长、效率低、易出错或成本高、开发周期长等问题。在不改变现有手动校准装置的条件下，通过数字多用表中的RS232串口实现与计算机中LabVIEW数据采集软件进行数据传输采集，并进行计算线性精度计算及不确定度分析，避免了手工输入数据的各种不足，同时，也无需购置新设备，节约了成本。

Description

一种基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集方法及系统
技术领域
本发明属于计量测试技术领域，涉及一种使用数字多用表RS232接口与计算机通讯，利用LabVIEW数据采集系统进行位移传感器输出信号采集的方法及系统。
背景技术
位移传感器又称为线性传感器，广泛应用于交通运输、石油煤炭、钢铁、船舶、航空航天等领域。
目前，有关位移传感器校准的数据采集通常有两种方法：一种使用手动校准装置，对于输出电信号采用手工输入计算机进行分析计算；另一种使用自动校准装置，对输出信号利用DAQ自动采集卡及GPIB总线实现自动输入计算机分析计算。第一种方法的缺点是：校准时间长、效率低、手式输入数据易出现错误，影响校准结果的准确性；第二种方法虽然克服了这些缺点，但是需要购置相应的自动化设备及软件，成本高、投入大，数据采集软件设计程序代码复杂，开发周期长，而且对于开发软件人员有一定的编程知识要求。
发明内容
为了解决现有位移传感器校准数据采集方法存在的时间长、效率低、易出错或成本高、开发周期长等问题，在不改变现有手动校准装置的条件下，本发明提供一种基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集方法及系统，通过数字多用表中的RS232串口实现与计算机中LabVIEW数据采集软件进行数据传输采集，并进行计算线性精度计算及不确定度分析，避免了手工输入数据的各种不足，同时，也无需购置新设备，节约了成本，解决了现有技术中存在的问题。
本发明的技术解决方案是提供一种基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集方法，包括以下步骤：
S1、直流稳压源向待校传感器输入电压，改变待校传感器位置，利用数字多用表采集每一个位置处待校传感器的前端数据；
S2、利用LabVIEW数据采集软件对数字多用表串口进行编程，实现数字多用表串口与计算机中LabVIEW数据采集软件之间的通信；
S3、LabVIEW数据采集软件实时采集待校传感器输出的电信号；
S31、初始化；
S311、对数字多用表的初始化；
首先，发送串口指令到数字多用表；
其次，读取从数字多用表返回的串口信息；
最后，判断数字多用表信息是否正确，若是，则认为数字多用表连接正确，进入步骤S312；否则，跳出初始化错误对话框；
S312、LabVIEW数据采集软件界面初始化；
读取LabVIEW数据采集软件界面上的Excel表格；
根据待校传感器的校准规范要求，将校准点信息写入Excel表格；所述校准点信息包括校准点数；
S313、参数设置；
在LabVIEW数据采集软件中设置待校传感器类型、电信号类型、显示精度，采样率、量程和校准点数；
S32、读取测试值；
S321、等待按钮动作事件，根据LabVIEW数据采集软件界面上按钮的动作事件做出相应的事件响应；
S322、当采集按钮动作时，从数字多用表读取当前测量值并将值写入到表格相应的位置；
S4、将表格中的数据保存至Excel表格，利用Excel表格预先设置好的公式，依据待校传感器规范要求计算出传感器校准的各项精度指标。
进一步地，上述步骤S322具体为：
a、读取当前索引即当前参数设置信息；
b、根据索引将当前测量值写入表格相应位置；
c、将数值转换为字符串。
进一步地，上述步骤S2中利用LabVIEW数据采集软件中的Visa Write按钮对数字多用表串口进行编程。
进一步地，步骤S4中Excel表格以当前保存时间命名。
进一步地，步骤S312中还包括根据检点个数将Excel表格相应行背景色设置为白色的步骤。
本发明还提供一种基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集系统，其特殊之处在于：包括位移传感器校准装置、直流稳压源、数字多用表、USB转RS232串口线及计算机；待校传感器位于位移传感器校准装置上，上述直流稳压源与待校传感器的电源端连接，上述数字多用表与待校传感器的信号端连接；上述USB转RS232串口线的两端分别与数字多用表及计算机连接；上述计算机中安装有LabVIEW数据采集软件，数字多用表与LabVIEW数据采集软件通讯，用于采集及保存待校传感器输出的电信号。
进一步地，上述待校传感器为线位移传感器或角度位移传感器。
进一步地，为了调节待校传感器与校准装置的相互位置，该系统还包括升降台与压板，上述压板用于将待校传感器固定在升降台上。
进一步地，上述数字多用表的型号为Keithley 2000。
本发明的有益效果是：
1、本发明在现有手动校准装置的基础上，使得数字多用表与计算机中LabVIEW数据采集软件通讯，利用LabVIEW数据采集软件进行数据采集，采集精度、效率高，且无需购置新的设备，成本低；
2、本发明采用的LabVIEW数据采集软件，人机界面好，稳定性高、操作简单，可以大大提高校准工作效率，节约人力成本；同时，该软件由于使用图形化语言编程，方便进行修改调试。
附图说明
图1为本发明基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集系统示意图；
图2为本发明基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集方法流程图。
图中附图标记为：1-线位移传感器校准装置，2-线位移传感器，3-升降台，4-直流稳压源，5-数字多用表，6-USB转RS232串口线，7-计算机。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。
从图1可以看出，本发明基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集系统在现有的位移传感器校准装置上增加了直流稳压源4、数字多用表5、USB转RS232串口线6及计算机7，本实施例中位移传感器为线位移传感器，计算机7为笔记本电脑。其他在实施例中位移传感器还可以为角度位移传感器。
为了减小安装误差，在现有的线位移传感器校准装置上安装升降台，调节待校传感器与校准装置的相互位置，待校的线位移传感器通过压板固定在升降台上，将线位移传感器引线中的电源+、电源-、信号+、信号地分别与直流稳压源4与数字多用表5连接，使用USB转RS232串口线6将数字多用表5与笔记本电脑连接，笔记本电脑中安装有LabVIEW数据采集软件，数字多用表5与LabVIEW数据采集软件通讯，移动线位移传感器校准装置1，输出电信号通过点击LabVIEW数据采集软件相应按钮完成数据采集。本发明中所涉及的LabVIEW数据采集软件为现有技术，本发明基于该软件提高位移传感器校正数据的采集效率及精度。
使用工装将线位移传感器安装于专用线性导轨上(导轨总行程800mm，精度±3μm)；直流稳压源输入电压，由数字多用表(Keithley 2000)输出电信号值，移动导轨，相应的输出信号随之改变，通过RS232接口将电信号以数组形式发送给LabVIEW数据采集软件，进行实时采集、存储至PC机。当待校传感器为角度位移传感器时，将角度位移传感器置于高精度回转工作台上调心调平(回转工作台0-360°，精度±1″)，校准时，转动回转工作台，相应的输出信号随之改变，通过RS232接口将电信号以数组形式发送给LabVIEW数据采集软件，进行实时采集、存储至PC机。
在正式的数据采集之前要先使用与线位移传感器连接的数字多用表进行数据的前端采集，然后利用LabVIEW数据采集软件的Visa Write按钮对数字多用表串口进行编程，完成了数表串口与LabVIEW数据采集软件之间的通信。
利用LabVIEW数据采集软件进行数据采集的主程序采用状态机架构，用于控制程序在不同状态下进行操作以及在各个状态之间进行切换。从图2可以看出，状态机主要包括初始化，等待操作，读取测试值以及保存文件等几个状态。
在LabVIEW数据采集软件界面上可依据带USB的RS232接口设置计算机端口，如COM1；可以依据传感器类型设置为线位移传感器还是角度位移传感器；输出电信号类型可进行选择电压或电流；依据规范要求合理选择校准数据点数；进行初始化设置，可在表中对测量间隔进行设置。
以下对各个步骤进行详细说明：
初始化
1、对数字多用表的初始化：
向数字多用表发送串口指令，然后利用LabVIEW数据采集软件的Visa Read按钮(数据读取按钮)读取从数字多用表返回的串口返回值。利用Match Pattern按钮在(匹配类型按钮)串口返回值中搜索相应的字符或表达式，通过指令检查数字多用表返回的信息来确认数字多用表是否连接正确，如未收到数字多用表返回的信息或者信息不正确，则跳出数字多用表初始化错误对话框，进行再次连接后，对数字多用表再次初始化，直至连接正确。
2、LabVIEW数据采集软件界面的初始化：
首先选取Read Excel按钮，读取Excel样本文件；然后选取Table Clear按钮清除表格，将此次测量所设置的相应信息可以填入表格，类似于生成一个空表；再次，按照待校传感器的校准规范要求，将校准点信息写入表格，最后选取CellBG按钮将表格相应行的背景色设为白色。校准点信息包括传感器类型、输出电信号种类、校准间隔等。
3、参数设置
在LabVIEW数据采集软件中设置待校传感器的各类参数，包括待校传感器类型、电信号类型、显示精度，采样率、量程和校准点数等；
等待操作
采用事件结构，根据界面上按钮的动作事件做出相应的事件响应。
读取测试值
当采集按钮动作时，从数字多用表读取当前测量值并将值写入到表格相应的位置。
保存文件
将表格中的数据保存到Excel中，文件会自动以当前保存时间来命名。依据JJF1305-2011《线位移传感器校准规范》的要求，线性度的计算应根据正反行程校准值采用最小二乘法计算参比方程，公式非常繁琐，可以利用EXCEL表格的SLOPE和INTERCEPT函数方便地计算出斜率和截距值，由此可以计算出各校准点的最佳估计值。这时，可以轻松计算线性度、回程误差，重复性，灵敏度等技术指标。同样，利用方和根SQRT函数可以计算测量结果的不确定度。

Claims (9)

1.一种基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、直流稳压源向待校传感器输入电压，改变待校传感器位置，利用数字多用表采集每一个位置处待校传感器的前端数据；
S2、利用LabVIEW数据采集软件对数字多用表串口进行编程，实现数字多用表串口与计算机中LabVIEW数据采集软件之间的通信；
S3、LabVIEW数据采集软件实时采集待校传感器输出的电信号；
S31、初始化；
S311、对数字多用表的初始化；
首先，发送串口指令到数字多用表；
其次，读取从数字多用表返回的串口信息；
最后，判断数字多用表信息是否正确，若是，则认为数字多用表连接正确，进入步骤S312；否则，跳出初始化错误对话框；
S312、LabVIEW数据采集软件界面初始化；
读取LabVIEW数据采集软件界面上的Excel表格；
根据待校传感器的校准规范要求，将校准点信息写入Excel表格；所述校准点信息包括校准点数；
S313、参数设置；
在LabVIEW数据采集软件中设置待校传感器类型、电信号类型、显示精度，采样率、量程和校准点数；
S32、读取测试值；
S321、等待按钮动作事件，根据LabVIEW数据采集软件界面上按钮的动作事件做出相应的事件响应；
S322、当采集按钮动作时，从数字多用表读取当前测量值并将值写入到表格相应的位置；
S4、将表格中的数据保存至Excel表格，利用Excel表格预先设置好的公式，依据待校传感器规范要求计算出传感器校准的各项精度指标。
2.根据权利要求1所述的基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集方法，其特征在于，所述步骤S322具体为：
a、读取当前索引即当前参数设置信息；
b、根据索引将当前测量值写入表格相应位置；
c、将测量值转换为字符串。
3.根据权利要求2所述的基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集方法，其特征在于：步骤S2中利用LabVIEW数据采集软件中的Visa Write按钮对数字多用表串口进行编程。
4.根据权利要求3所述的基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集方法，其特征在于：步骤S4中Excel表格以当前保存时间命名。
5.根据权利要求4所述的基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集方法，其特征在于：步骤S312中还包括根据检点个数将Excel表格相应行背景色设置为白色的步骤。
6.一种基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集系统，其特征在于：包括位移传感器校准装置、直流稳压源、数字多用表、USB转RS232串口线及计算机；待校传感器位于位移传感器校准装置上，所述直流稳压源与待校传感器的电源端连接，所述数字多用表与待校传感器的信号端连接；所述USB转RS232串口线的两端分别与数字多用表及计算机连接；所述计算机中安装有LabVIEW数据采集软件，数字多用表与LabVIEW数据采集软件通讯，用于采集及保存待校传感器输出的电信号。
7.根据权利要求6所述的基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集系统，其特征在于：所述待校传感器为线位移传感器或角度位移传感器。
8.根据权利要求7所述的基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集系统，其特征在于：还包括升降台与压板，所述压板用于将待校传感器固定在升降台上。
9.根据权利要求8所述的基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集系统，其特征在于：所述数字多用表的型号为Keithley 2000。
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