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基于LabVIEW的虚拟电子称设计

作者：聂辉 秦实宏

来源：《数字技术与应用》2018年第01期

摘要：本文利用虚拟仪器软件LabVIEW作为开发平台环境，设计了一个基于虚拟仪器LabVIEW的电子秤系统。该套电子称系统采用了模块化的设计思路，将本设计分为软件部分和硬件部分两大块。其中，硬件部分包括测量传感器电路、信号调理电路两大部分，软件模块分为登录、曲线显示、数据显示及保存四大部分。通过软、硬件结合的设计可以实现在通过对于物体重量的测量到LabVIEW虚拟仪器的显示，并且可以保存测量到的相关数据，用于以后进行查看和分析。通过这种设计与传统台秤比较，具有灵活性高，实用性高等特点，能够获取测量的过程数据，而传统电子秤不能获得过程数据，也不能保存以前的数据。 关键词：电子称；数据采集；LabVIEW

中图分类号：TH715.193 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）01-0168-02 1 虚拟仪器硬件设计

当开始采集信号时，放下重物，放在布置好装有压力传感器的托盘上时，压力传感器就会受力发生变化，使得它的电阻值也跟着发生了变化。这时通过设计的电桥，可以得到一个微弱的电压变化。这时就需要放大电路来发挥功能，放大电路将微弱的电信号进行放大。放大之后会在CH2端输出一个信号，这个信号与原始信号相比仅仅在大小上发生了变化，保留了信号的原始信息。这个信号与原始信号的大小有一个线性的比例关系。这时候信号将要进入抗干扰电路，通过调节电位器RX4的调节，U8D输出端会得到经过放大后的信号。我们再通过调节电位器RX5，可以用来调节整个电路系统的对称性。通过这种方法，初步完成了抗干扰的设计。设计出主电路如图1所示。 1.1 传感器电路

电阻式应变传感器的应用是非常广泛的，它在受到压力时会产生形变，这会带动它自身安装的压力应变计也跟着变化。这样一来，传感器的电阻就随压力发生了变化，达到测量的要求。但是这种传感器也有其局限性，当形变太大时，电阻的变化值就不再是线性的了，那么就无法完整实现传感器的功能。在小的形变时，也会出现不稳定的信号，所以一般这种传感器都是在控制技术中应用的。综合考虑之后，本次应用的传感器是电阻应变式传感器。当电阻应变式传感器感受到外力，即本次实验的外加重物时，就会因为受到压力，使得电阻值的大小发生变化。

1.2 放大电路

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信号放大电路有几个方面的作用。首先太小的信号难以被采集，只有将其放大到一定程度之后才好被采集系统所采集。其次，放大不会破坏信号的原始数据，再放大后，甚至可以将一些原本可能被采集系统忽略掉但是却非常重要的数据采集到。放大电路提高了数据采集的灵敏度。

同理当产生的输入信号幅值太大时，同样会给采集系统带来困扰，这时候就要对信号进行衰减处理。同样的，衰减只对信号的倍率大小产生影响，不会破坏其自身的数据。使用的LM324是四运放集成电路，它是采用14脚双列直插塑料封装，它的内部含有四组运算放大器。

1.3 抗干扰电路

滤波也是信号调理中的一种手段，利用滤波器，可以减小在原始信号中产生的一些杂乱信号。由于我国的家用电压是220V的，但是家用电压总会有些波动。在使用实验电压源时，虽然由实验室里自带设备的稳压处理，但是仍会有一些杂乱信号被送入采集系统。 2 软件部分

在LabVlEW平台下，本设计软件由两部分组成：前面板和框图程序。前面板相当于传统仪器的面板，程序框图可以当做传统仪器内部的各种硬件电路。本设计主要通过LabVIEW编程来实现电子秤的称量重物功能，设计分为前面板和程序框图两部分。

前面板是虚拟仪器的重要部分。仪器参数、结果显示都将显示在前面板上，所以前面板界面很重要，应该做到尽量简洁直观才行。前面板主要由输入控制器和输出指示器组成，这两种指示器都可通过控制选板和工具选板创建。主要包括用户名、密码、质量显示，质量实时变化曲线等，也可通过设置目标文件夹来存放已经测量出来的数据。

主控模块主要负责整个程序流程框图能够顺利运行，本次流程框图采用的流程结构为层叠式顺序结构，如图2所示。即在框图的同一位置叠放多个子框图，每个子框图有各自的编号，执行程序时，按照序号由小到大逐个执行，最小序号为0。最初建立的顺序结构只有一帧，通过在顺序结构边框上右击弹出的快捷菜单中的命令，可为顺序结构加帧。“删除顺序”命令用于移除顺序结构，同时保留当前帧。

主控模块包括对用户登录、用户密码修改、数据采集、暂停、保存等的控制。主控模块涉及到多个方面，可以说是软件程序的“树干”，所有的其他部分都是围绕这一部分展开的，主控板块的流程即为主要流程，控制程序的进行。首先，程序进入登录部分，如果登录完成，则有三种选择。如果选择修改密码就会由主控程序调出用户修改密码板块，可以在这里修改旧密码，使用新密码。如果不修改密码，可以调用添加新用户板块，往数据库中添加一个新用户，这个新用户同样可以登录本软件，可以测量并获得数据，之后再保存数据。但是新用户不是管

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理用户，没有管理用户的权限，只有最初的管理员用户有权限进行添加或者删除用户。如果不选择上面两种情况，那么程序就会进入数据采集部分。 3 实验结果

将最终系统进行调试，得到了测量的数据，以表格中的数据体现出来。采集时，每10s采集一次，本次设计时考虑到对采集间隔时间的修改，由于需要快点得到数据，故采用10s的间隔，以20g的砝码为例将采集到的数据用曲线来表现出来。 4 展望

随着科技的发展，虚拟仪器会越来越广泛的被人们应用在各个方面。比如应用在工业工厂的各个方面，相比传统的仪器，虚拟仪器有着许多的优点，比如更加灵活，使用的方面更广，应用时可以实时监测信号或者其他数据的变化，虽然说传统仪器也还是有着其自身的优越性，但是利用虚拟仪器能够更好地在一些方面达到更好地效果。 参考文献

[1]张海霞，滕召胜，易霞，等.新型便携式电子秤设计[J].计量技术，2005（9）：6-9. [2]凌永发，王杰.压力传感器的选择与应用[J].云南民族大学学报自然科学版，2003，12（3）：192-194.

[3]张毅刚，虚拟仪器技术介绍[J].国外电子测量技术，2006，25（6）：1-6.