CN114994529A - 基于LabVIEW的电机测控系统及监控界面设计方法 - Google Patents

基于LabVIEW的电机测控系统及监控界面设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于LabVIEW的电机测控系统及监控界面设计方法，所述系统包括供电电源、基于LabVIEW的测试开发平台的PC机、直流稳压电源、被测直流电机、电机驱动器以及LabVIEW监控界面；监控界面包括操作界面和曲线监测界面；操作界面可以实时显示电机的运行参数并控制电机启停、撤销报警，也能设置电机的旋转圈数和电机转速，还能设置电流、转速、转矩的Kp、Ki、Kd值；曲线监测界面可以显示电机的电流、扭矩、转速、iq、id的幅值随时间变化的关系，并自动记录保存。本发明满足直流电机的实时测控的需求，解决了传统电机测试精确度不高的缺陷；本发明可完成多样化的功能设计，通过采用分层级、分模块的方法来进行程序设计，更好地实现设计要求。

Description

基于LabVIEW的电机测控系统及监控界面设计方法
技术领域
本发明涉及电机数据实时监测与控制技术，特别是一种基于LabVIEW的电机测控系统及监控界面设计方法。
背景技术
传统电机数据测试往往采用普通的指针式仪表，由人工读数和记录测试数据，然后由人工整理成数据、绘制曲线或编写试验报告。由于某些原因，比如仪器仪表指针摆动等问题，为了能比较准确读出某一瞬间的各项被测参数，往往需要几次读数求取平均值，工作效率低。不仅如此，由于读取指针式仪表的非同时性以及读数、记录、计算中的各种人为误差，造成数据分散性大，试验结果的准确度低，重复性差。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于LabVIEW的电机测控系统及监控界面设计方法。
技术方案：本发明所述的一种基于LabVIEW的电机测控系统，包括供电电源、基于LabVIEW的测试开发平台的PC机、直流稳压电源、被测直流电机、电机驱动器以及LabVIEW监控界面；所述供电电源与PC机相连，所述PC机通过USB连接线与电机驱动器进行通讯；所述直流稳压电源与电机驱动器相连，为其提供直流恒压；所述电机驱动器用于在测试所述电机的性能时，驱动所述霍尔模块动作采集转子位置信息和电机温度数据，驱动通信模块发送和接收信息，以及驱动电流采样模块采集所述电机电流，并将其显示于LabVIEW监控界面。
所述电机驱动器包括STM32主控模块、霍尔位置传感器模块、电机驱动模块、电流采样模块、串口PC通信模块。
所述监控界面基于LabVIEW开发，监控界面包括操作界面和曲线监测界面；所述操作界面包括测试模式选择框、串口选择界面、系统状态界面、启停界面、旋钮界面以及PID调节界面，用于实时显示电机运行状态，通过界面参数设置与调节，实现对电机的控制动作；所述曲线监测界面用于实时显示电机当前运行状态的波形，还能够导出图表、导出数据。
所述测试模式选择框能够检测寄存器状态，读取电机电流、电机电压、电机转速、电机功率。
所述串口选择界面包括串口刷新框和串口选择框，串口刷新框用于读取已经连接的串口，串口选择框用于选择已经读取的串口，当选择的串口与使用的串口一致时，串口指示灯与检测界面指示灯同时变为绿灯。
所述系统状态界面包括系统运行指示灯、功率检测窗口、温度检测窗口、电压检测窗口、圈数表盘、转速表盘以及运行状态显示窗口；启停界面包括开始按钮、停止按钮、复位按钮、取消按钮，启停界面能够控制电机的启动和停止，当电机运行出错时，通过取消按钮消除警告。
所述旋钮界面包括圈数设置旋钮和转速设置旋钮；通过转动圈数旋钮能够设置电机圈数，通过调节转速按钮能够设置电机转速。
所述PID调节界面包括电流PID控制区、转速PID控制区、转矩PID控制区，能够单独设置电流、电压、转速的Kp、Ki、Kd值的实时调节。
所述曲线监测界面包括电流、扭矩、转速、iq、id的实时波形图表界面，所述波形图表能够显示电流、扭矩、转速、iq、id的值与时间的关系；波形能够根据纵坐标的上下限进行自适应调节，数据能够被自动记录并保存、导出，也能够进行自定义调节颜色、线条样式、图表样式、曲线平滑度，通过设置不同的样式加以区分不同参数的波形。
一种基于LabVIEW的电机监控界面设计方法，所述方法采用上述的一种基于LabVIEW的电机测控系统，包括以下步骤：
(1)实时控制与数据采集：对电机的实时控制，对状态参数实时显示，具体包括：控制模式选择、电机启停控制与报警消除，转速控制、旋转圈数控制、PID参数调节以及转速、圈数的读取显示，电机实时电压、实时电流、实时功率以及温度的读取显示；
(2)曲线监测数据存储与导出：曲线监测数据被自动记录并保存，实验结果按照一定的格式呈现出来，导出Excel文件；
(3)寄存器数据发送：首先检测串口开断，若串口已打开，则系统不需要进行初始化，若串口未打开，则需要进行系统初始化；初始化后，写入控制命令，将控制命令经由串口发送到单片机；
(4)寄存器数据读取：单片机接收控制命令后，将数据返回发送到上位机，上位机读出所得到的数据，若数据帧正确响应，则将返回的字符串转换成字节数组，将2进制字转换成16进制字，选取相应的值调出寄存器数据；若数组帧错误响应，返回错误码，终止发送，重新读取数据；
(5)LabVIEW与下位机之间进行通讯；具体为：
(5.1)串口初始化：按照约定好的参数对串口进行设置，主要包括串口号、波特率、数据位、校验位、停止位；
(5.2)生成控制命令数据帧：首先进行CRC校验，并将得到的校验值写入并生成控制命令数据帧；
(5.3)串口写入控制命令并设定延时：把生成的控制命令数据帧写入指定串口，通常设置100ms的延时时长；
(5.4)串口读取下位机的返回数据：读取下位机STM32回发的数据帧；
(5.5)对读取的回发数据帧进行拆分解析，提取有效数据信息，分别在对应区域进行显示。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明可以满足直流电机的测控需求，解决了传统电机测试设备昂贵，测试精确度不高的缺陷；
2、LabVIEW可完成多样化的功能设计，复杂的程序结构可以结合多种类型的功能，采用分层级、分模块的方法来进行程序设计，能更好地实现设计要求。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为本发明的系统硬件连接方式。
图3为本发明的界面设计流程。
图4为本发明监控界面的操作界面。
图5为本发明监控界面的曲线监测界面。
图6为本发明系统寄存器发送程序流程。
图7为本发明系统寄存器读取程序流程。
图8为本发明系统实时控制与数据采集程序流程。
图9为本发明系统数据存储与导出程序流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，一种基于LabVIEW的电机测控系统，包括供电电源、基于LabVIEW的测试开发平台的PC机、直流稳压电源、被测直流电机、电机驱动器以及LabVIEW监控界面；所述供电电源与PC机相连，所述PC机通过USB连接线与电机驱动器进行通讯；所述直流稳压电源与电机驱动器相连，为其提供直流恒压，如图2所示；所述电机驱动器用于在测试所述电机的性能时，驱动所述霍尔模块动作采集转子位置信息和电机温度数据，驱动通信模块发送和接收信息，以及驱动电流采样模块采集所述电机电流，并将其显示于LabVIEW监控界面。
所述电机驱动器包括STM32主控模块、霍尔位置传感器模块、电机驱动模块、电流采样模块、串口PC通信模块。
所述监控界面基于LabVIEW开发，监控界面包括操作界面和曲线监测界面，具体流程如图3所示；其中，所述操作界面如图4所示，包括测试模式选择框、串口选择界面、系统状态界面、启停界面、旋钮界面以及PID调节界面，用于实时显示电机运行状态，通过界面参数设置与调节，实现对电机的控制动作；所述曲线监测界面如图5所示，它用于实时显示电机当前运行状态的波形，还能够导出图表、导出数据。
所述测试模式选择框能够检测寄存器状态，读取电机电流、电机电压、电机转速、电机功率，寄存器发送、读取程序的具体流程分别如图6、图7所示。
所述串口选择界面包括串口刷新框和串口选择框，串口刷新框用于读取已经连接的串口，串口选择框用于选择已经读取的串口，当选择的串口与使用的串口一致时，串口指示灯与检测界面指示灯同时变为绿灯。
所述系统状态界面包括系统运行指示灯、功率检测窗口、温度检测窗口、电压检测窗口、圈数表盘、转速表盘以及运行状态显示窗口；启停界面包括开始按钮、停止按钮、复位按钮、取消按钮，启停界面能够控制电机的启动和停止，当电机运行出错时，通过取消按钮消除警告。
所述旋钮界面包括圈数设置旋钮和转速设置旋钮；通过转动圈数旋钮能够设置电机圈数，通过调节转速按钮能够设置电机转速。
所述PID调节界面包括电流PID控制区、转速PID控制区、转矩PID控制区，能够单独设置电流、电压、转速的Kp、Ki、Kd值的实时调节，具体流程如图8所示。
所述曲线监测界面包括电流、扭矩、转速、iq、id的实时波形图表界面，所述波形图表能够显示电流、扭矩、转速、iq、id的值与时间的关系；波形能够根据纵坐标的上下限进行自适应调节，数据能够被自动记录并保存、导出，数据保存和导出的流程如图9所示，波形也能够进行自定义调节颜色、线条样式、图表样式、曲线平滑度，通过设置不同的样式加以区分不同参数的波形。
一种基于LabVIEW的电机监控界面设计方法，所述方法采用上述的一种基于LabVIEW的电机测控系统，包括以下步骤：
(1)实时控制与数据采集：对电机的实时控制，对状态参数实时显示，具体包括：控制模式选择、电机启停控制与报警消除，转速控制、旋转圈数控制、PID参数调节以及转速、圈数的读取显示，电机实时电压、实时电流、实时功率以及温度的读取显示；
(2)曲线监测数据存储与导出：曲线监测数据被自动记录并保存，实验结果(文字说明、图形、图表等)按照一定的格式呈现出来，导出Excel文件；
(3)寄存器数据发送：首先检测串口开断，若串口已打开，则系统不需要进行初始化，若串口未打开，则需要进行系统初始化；初始化后，写入控制命令，将控制命令经由串口发送到单片机；
(4)寄存器数据读取：单片机接收控制命令后，将数据返回发送到上位机，上位机读出所得到的数据，若数据帧正确响应，则将返回的字符串转换成字节数组，将2进制字转换成16进制字，选取相应的值调出寄存器数据；若数组帧错误响应，返回错误码，终止发送，重新读取数据；
(5)LabVIEW与下位机之间进行通讯；具体为：
(5.1)串口初始化：按照约定好的参数对串口进行设置，主要包括串口号、波特率、数据位、校验位、停止位；
(5.2)生成控制命令数据帧：首先进行CRC校验，并将得到的校验值写入并生成控制命令数据帧；
(5.3)串口写入控制命令并设定延时：把生成的控制命令数据帧写入指定串口，通常设置100ms的延时时长；
(5.4)串口读取下位机的返回数据：读取下位机STM32回发的数据帧；
(5.5)对读取的回发数据帧进行拆分解析，提取有效数据信息，分别在对应区域进行显示。

Claims (10)

1.一种基于LabVIEW的电机测控系统，其特征在于，包括供电电源、基于LabVIEW的测试开发平台的PC机、直流稳压电源、被测直流电机、电机驱动器以及LabVIEW监控界面；所述供电电源与PC机相连，所述PC机通过USB连接线与电机驱动器进行通讯；所述直流稳压电源与电机驱动器相连，为其提供直流恒压；所述电机驱动器用于在测试所述电机的性能时，驱动所述霍尔模块动作采集转子位置信息和电机温度数据，驱动通信模块发送和接收信息，以及驱动电流采样模块采集所述电机电流，并将其显示于LabVIEW监控界面。
2.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的电机测控系统，其特征在于，所述电机驱动器包括STM32主控模块、霍尔位置传感器模块、电机驱动模块、电流采样模块、串口PC通信模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的电机测控系统，其特征在于，所述监控界面基于LabVIEW开发，监控界面包括操作界面和曲线监测界面；所述操作界面包括测试模式选择框、串口选择界面、系统状态界面、启停界面、旋钮界面以及PID调节界面，用于实时显示电机运行状态，通过界面参数设置与调节，实现对电机的控制动作；所述曲线监测界面用于实时显示电机当前运行状态的波形，还能够导出图表、导出数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于LabVIEW的电机测控系统，其特征在于，所述测试模式选择框能够检测寄存器状态，读取电机电流、电机电压、电机转速、电机功率。
5.根据权利要求3所述的一种基于LabVIEW的电机测控系统，其特征在于，所述串口选择界面包括串口刷新框和串口选择框，串口刷新框用于读取已经连接的串口，串口选择框用于选择已经读取的串口，当选择的串口与使用的串口一致时，串口指示灯与检测界面指示灯同时变为绿灯。
6.根据权利要求3所述的一种基于LabVIEW的电机测控系统，其特征在于，所述系统状态界面包括系统运行指示灯、功率检测窗口、温度检测窗口、电压检测窗口、圈数表盘、转速表盘以及运行状态显示窗口；启停界面包括开始按钮、停止按钮、复位按钮、取消按钮，启停界面能够控制电机的启动和停止，当电机运行出错时，通过取消按钮消除警告。
7.根据权利要求3所述的一种基于LabVIEW的电机测控系统，其特征在于，所述旋钮界面包括圈数设置旋钮和转速设置旋钮；通过转动圈数旋钮能够设置电机圈数，通过调节转速按钮能够设置电机转速。
8.根据权利要求3所述的一种基于LabVIEW的电机测控系统，其特征在于，所述PID调节界面包括电流PID控制区、转速PID控制区、转矩PID控制区，能够单独设置电流、电压、转速的Kp、Ki、Kd值的实时调节。
9.根据权利要求3所述的一种基于LabVIEW的电机测控系统，其特征在于，所述曲线监测界面包括电流、扭矩、转速、iq、id的实时波形图表界面，所述波形图表能够显示电流、扭矩、转速、iq、id的值与时间的关系；波形能够根据纵坐标的上下限进行自适应调节，数据能够被自动记录并保存、导出，也能够进行自定义调节颜色、线条样式、图表样式、曲线平滑度，通过设置不同的样式加以区分不同参数的波形。
10.一种基于LabVIEW的电机监控界面设计方法，所述方法采用如权利要求1-9所述的一种基于LabVIEW的电机测控系统，其特征在于，包括以下步骤：
(1)实时控制与数据采集：对电机的实时控制，对状态参数实时显示，具体包括：控制模式选择、电机启停控制与报警消除，转速控制、旋转圈数控制、PID参数调节以及转速、圈数的读取显示，电机实时电压、实时电流、实时功率以及温度的读取显示；
(2)曲线监测数据存储与导出：曲线监测数据被自动记录并保存，实验结果按照一定的格式呈现出来，导出Excel文件；
(3)寄存器数据发送：首先检测串口开断，若串口已打开，则系统不需要进行初始化，若串口未打开，则需要进行系统初始化；初始化后，写入控制命令，将控制命令经由串口发送到单片机；
(4)寄存器数据读取：单片机接收控制命令后，将数据返回发送到上位机，上位机读出所得到的数据，若数据帧正确响应，则将返回的字符串转换成字节数组，将2进制字转换成16进制字，选取相应的值调出寄存器数据；若数组帧错误响应，返回错误码，终止发送，重新读取数据；
(5)LabVIEW与下位机之间进行通讯；具体为：
(5.1)串口初始化：按照约定好的参数对串口进行设置，主要包括串口号、波特率、数据位、校验位、停止位；
(5.2)生成控制命令数据帧：首先进行CRC校验，并将得到的校验值写入并生成控制命令数据帧；
(5.3)串口写入控制命令并设定延时：把生成的控制命令数据帧写入指定串口，通常设置100ms的延时时长；
(5.4)串口读取下位机的返回数据：读取下位机STM32回发的数据帧；
(5.5)对读取的回发数据帧进行拆分解析，提取有效数据信息，分别在对应区域进行显示。
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