基于Multisim和LabVIEW的虛擬電子稱
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將放大電路的兩輸入端接地，調(diào)節(jié)滑動變阻器Rw3，使電路的輸出近似為零，將電路中模擬物體重量的電壓源的值設(shè)為零，調(diào)節(jié)Rw1，使萬用表的示數(shù)為零，完成電路調(diào)零。在Multisim中，改變模擬實(shí)際重量的電壓源V，相當(dāng)于被測質(zhì)量發(fā)生變化，虛擬電壓表的電壓也隨之變化，掃描的范圍為0～0．2 V，每隔0．02 V記錄一次，得到10個電壓數(shù)據(jù)，同時根據(jù)式(5)得到相應(yīng)的電阻變化量的大小，數(shù)據(jù)如表1所示。
使用最小二乘法對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，所得擬合直線方程為：
U0=270．2×△R (6)
代入式(4)，得到質(zhì)量的表達(dá)式為：
3 LabVIEW的虛擬電子稱
LabVIEW是美國NI公司推出的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，在測控領(lǐng)域已得到迅速而廣泛的應(yīng)用。將虛擬儀器技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個新的發(fā)展方向。在虛擬儀器軟件系統(tǒng)中做各種傳感器實(shí)驗(yàn)，在一定程度代替了實(shí)驗(yàn)室的硬件傳統(tǒng)儀器設(shè)備，真正體現(xiàn)了虛擬儀器技術(shù)“軟件即儀器”的獨(dú)特魅力，有助于學(xué)生深刻理解傳感器的測試功能，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和實(shí)驗(yàn)效率。
3．1 前面板設(shè)計(jì)
在LabvIEW平臺下，一個虛擬儀器由兩部分組成：前面板和框圖程序。前面板的功能等效于傳統(tǒng)測試儀器的面板，是程序與用戶交流的窗口，用于設(shè)置各種輸入控制參數(shù)和觀察輸出量。本系統(tǒng)的前面板由輸入控件和輸出顯示控件組成。輸入控件用來輸入仿真電路獲得的電壓值和重物的單價數(shù)值，將數(shù)據(jù)傳送給VI的程序框圖，為VI的程序框圖提供數(shù)據(jù)。顯示控件則模擬儀器的輸出裝置，用以顯示程序框圖獲取或生成的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)參數(shù)模塊的幾個固定參數(shù)以及電子稱功能模塊中的△R和質(zhì)量m及其總金額顯示模塊均為數(shù)值顯示控件。除此之外，前面板的設(shè)計(jì)中還包括了儀表盤顯示面板和超重指示燈顯示控件。電子稱的前面板如圖3所示。
3．2 程序框圖設(shè)計(jì)
程序框圖相當(dāng)于程序的源代碼，是實(shí)現(xiàn)程序的核心，程序框圖由節(jié)點(diǎn)、端口和連線等要素組成。
首先從數(shù)值函數(shù)選板中選取“數(shù)值常量”節(jié)點(diǎn)，設(shè)置系統(tǒng)的固定常數(shù)，在各常量上點(diǎn)擊右鍵選擇創(chuàng)建指示器，并相應(yīng)改變名稱，如彈性模量E、應(yīng)變片面積S，電阻尺，靈敏度k0等。測量電路的輸出電壓U0是非常重要的一個量，通常的虛擬電子稱是利用數(shù)據(jù)采集卡來獲得該電壓值的。在本設(shè)計(jì)中由于在前面的Multisim電路仿真中已獲得了輸出電壓，因此在函數(shù)選板中選擇數(shù)值輸入控件，即可在前面板中由鍵盤手動輸入。而系統(tǒng)的電子稱功能模塊的運(yùn)算函數(shù)則通過函數(shù)選板中的“數(shù)值選板”，根據(jù)公式(6)和(7)的關(guān)系式，選擇相應(yīng)的運(yùn)算函數(shù)，完成連線即可。最后在函數(shù)模板中選取編程一數(shù)值一比較節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)定重量大于500 g報警指示燈變紅。系統(tǒng)的程序框圖如圖4所示。
4 結(jié)語
基于Multisim對應(yīng)變測量電路進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，獲得仿真結(jié)果，繼而在LabVIEW虛擬儀器平臺上實(shí)現(xiàn)了簡易電子稱。使學(xué)生加深對理論內(nèi)容的理解和掌握，使得原本枯燥的理論教學(xué)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為貼近工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的一體化教學(xué)。大大拓展了學(xué)生的知識面，增加學(xué)生動手機(jī)會和創(chuàng)新能力的同時，其直觀有趣的交互界面更激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索精神。
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