基于LabVIEW的光栅单色仪控制系统
毕业设计基于LabVIEW控制系统分析与设计
本文的研究和应用主要基于NI公司的虚拟仪器产品（包括硬件模块和虚拟仪器开发软件LabVIEW及控制设计包和仿真模块）。本研究主要是利用LabVIEW及其控制设计包和仿真模块建立受控对象模型，并分析其开环动态特性，然后对控制系统进行设计，最后进行动态系统仿真。具体是从以下几个方面内容进行的。
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) is a topping VI software. It has strong points such as outstanding man-machine interface, powerful data acquisition and graphical programming language, etc. On account of these good qualities, it is gaining an increasing number of engineers’ recognition.
2.1 虚拟仪器概述
2.1.1 虚拟仪器的概念
所谓虚拟仪器，就是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能有用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统，它由高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大部分组成。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能模块来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果；利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理；利用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仪器系统。使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器一样。虚拟仪器的出现，使测量仪器与计算机的界限模糊了[1]。与传统仪器相比，虚拟仪器具有技术性能高、扩展性强、开发周期短、易于更新升级、硬件成本低，以及出色的集成等诸多优势。
利用LabVIEW进行控制系统设计与实现
利用LabVIEW进行控制系统设计与实现控制系统是一种能够监测和调节设备、过程或系统运行状态的系统。
在实际工程中，利用计算机软件进行控制系统设计与实现已经成为一种常见的做法。
本文将介绍如何利用LabVIEW进行控制系统的设计与实现，以及一些相关的注意事项。
一、LabVIEW简介LabVIEW是一种用于设计和实现各种系统、过程和设备的图形化编程软件。
它的独特之处在于采用了图形化的编程语言G语言，使编写程序更加直观和易于理解。
LabVIEW适用于各种不同的行业和领域，如工业自动化、测量仪器、控制系统等。
二、LabVIEW的基本操作在使用LabVIEW进行控制系统设计前，我们先来了解一些LabVIEW的基本操作。
LabVIEW的界面分为两部分，左侧是工具箱，包含各种控件和函数；右侧是前面板，用于搭建程序的用户界面。
通过拖拽工具箱中的控件和函数，我们可以在前面板上搭建控制系统的用户界面。
然后，我们可以使用图形化编程语言G语言来编写程序的逻辑部分，对控件和函数进行数据处理和控制。
最后，我们可以运行程序进行测试和验证。
三、控制系统设计与实现步骤1. 确定系统需求在进行控制系统设计前，我们首先需要明确系统的需求。
例如，需要实现的功能是什么，需要控制的设备是什么，需要采集的传感器数据是什么等等。
只有明确了系统的需求，才能在LabVIEW中进行相应的设计和实现。
2. 构建界面在LabVIEW的前面板上，我们可以将需要控制的设备和传感器等通过拖拽控件的方式放置在界面上，用于用户交互。
例如，我们可以添加按钮用于开关控制，添加指示灯用于状态显示，添加图表用于数据可视化等等。
通过合理的界面设计，可以提高用户的使用体验。
3. 编写程序逻辑在LabVIEW的编程界面上，我们可以使用G语言进行程序逻辑的编写。
通过将拖拽的控件和函数进行连接和配置，实现数据的输入、处理和输出。
例如，我们可以使用while循环来不断读取传感器数据，使用条件语句来实现控制逻辑等等。
NI LabVIEW SignalExpress控制单机式和模块化仪器
NI LabVIEW SignalExpress控制单机式和模块化仪器概述NI LabVIEW SignalExpress是一款交互式非编程软件，它支持400余种独立式和模块化仪器的数据采集、分析和显示。
这篇应用手册将帮助您学习如何利用LabVIEW SignalExpress软件快速地设定仪器，并且进行实时信号处理、分析和数据存储。
什么是LabVIEW SignalExpressLabVIEW SignalExpress是NI基于配置的完全交互式、测量软件。
利用它直观的拖放式环境，可以帮助您从各种单机式和模块化仪器中快速获取、分析和显示混合信号数据。
此外，使用SignalExpress，您可以轻松地控制所有的仪器设置和测量配置，而不再需要了解仪器间错综复杂的关系。
为什么要使用 LabVIEW SignalExpress软件仪器设置通常就是旋转旋钮和标度盘等一系列乏味的手工操作。
而一旦您采集了数据，您就必须经常地用软盘和记忆棒(存储盘)将数据传输到PC上，以进行额外的分析。
因为我们在进行数据处理时，通常会把数据分析与采集相分离，在经过了一系列操作后才发现测量和设计上的这个错误，最终不得不重新进行测量。
通常情况下，软件编程过程中需要的自动化测试和测量应用中的虚拟仪器技术不是灵活和快速测量的理想解决方案。
但利用诸如LabVIEW SignalExpress的非编程交互式软件，您可以保持基于软件的虚拟仪器解决方案的功能和灵活性的同时，获得“一直开启式”仪器所带来的好处。
例如，通过一个软件接口，您可以与单机式和基于PC的仪器进行通信和监控。
您可以使诸如频率搜索和限制性测试等复杂测量自动化，节省大量实验时间。
另外，利用实时分析功能，您可以迅速察看结果，降低了重新测量的概率。
同时，保存测量任务功能能把相同的任务转化为LabVIEW图形化代码用于其他自动化应用和深入分析，这简化了建立新测量的过程。
通过提高工作台的生产率， LabVIEW SignalExpress提高了测量精度，降低了实验所需时间。
利用LabVIEW进行仪器控制和自动化
利用LabVIEW进行仪器控制和自动化随着科技的不断进步和应用的扩展，仪器控制和自动化技术在各个领域中扮演着越来越重要的角色。
利用LabVIEW进行仪器控制和自动化是一种十分高效和灵活的方法，本文将深入探讨LabVIEW的特点和应用领域。
LabVIEW，全称Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，是由美国国家仪器(National Instruments，简称NI)公司开发的一款用于设计、测量、控制和测试系统的开发平台。
与其他编程语言相比，LabVIEW以独特的图形化编程方式著称，可以将复杂的控制和测量任务分解为简单的函数模块，以图形化形式连接起来。
这种可视化编程的方式，让非专业人员也能够快速上手，并且减少了软件开发的复杂性。
在仪器控制方面，LabVIEW可以与各类硬件设备进行良好的配合。
通过LabVIEW，我们可以编写程序对多种仪器进行控制和监测。
不仅如此，LabVIEW还支持与第三方设备进行通信，实现了设备之间的无缝连接。
这意味着，利用LabVIEW进行仪器控制时，我们可以将各种硬件设备结合起来，形成一个完整的自动化系统。
这对于研究人员和工程师来说，无疑是一个巨大的优势。
除了仪器控制，LabVIEW还被广泛应用于自动化领域。
自动化技术的核心是对系统进行实时的监测和控制，而LabVIEW正是能够提供这样的功能。
通过与传感器和执行器的配合，LabVIEW可以实现对工业过程、实验室设备等各种系统的自动化控制。
通过实时数据采集和处理，LabVIEW可以对系统状态进行监测，并根据预设的控制策略进行调节。
这种自动化控制的方式，不仅提高了生产效率和产品质量，还减少了人工操作的错误。
LabVIEW在仪器控制和自动化领域的应用广泛，不仅在科研实验室、工业生产线上发挥了重要作用，也被应用于医疗、航天、汽车、能源等领域。
以医疗设备为例，通过LabVIEW，医生可以实时监测患者的体征数据，并自动调节相应的设备，以提供更好的医疗服务。
基于LabVIEW的虚拟仪器设计与控制技术
基于LabVIEW的虚拟仪器设计与控制技术LabVIEW是一种流行的虚拟仪器设计与控制技术，它是一种由美国国家仪器公司（NI）开发的视觉编程语言。
LabVIEW可以通过图形化的编程界面实现虚拟仪器的设计和控制，具有广泛的应用领域和强大的功能。
虚拟仪器是利用计算机软硬件模拟实际仪器的工作原理和功能，在实验教学、科学研究、工业自动化等领域得到了广泛的应用。
而LabVIEW正是为了方便虚拟仪器的设计与控制而开发的一种专门的工具。
首先，LabVIEW的图形化编程环境使得仪器的设计变得更加直观和易于理解。
传统的编程语言通常是通过文本代码来描述程序的逻辑，而LabVIEW则采用了图形化的编程方式，通过线连接不同的模块来实现程序的流程控制。
这种可视化的编程方式使得运行过程更加直观，能够让设计者更加清晰地了解仪器的整个工作流程。
其次，LabVIEW具有强大的数据处理和分析功能。
LabVIEW提供了丰富的数据处理工具和函数库，可以对实验数据进行处理、分析和可视化显示。
通过LabVIEW，用户可以快速地对数据进行滤波、平均、拟合、傅里叶变换等操作，从而得到所需的结果。
这种强大的数据处理功能使得LabVIEW成为执行复杂实验和科学研究的理想工具。
此外，LabVIEW还具备灵活的虚拟仪器控制能力。
LabVIEW不仅可以通过计算机与实际仪器进行通信，控制实际仪器的工作状态，还可以直接通过硬件信号和传感器进行实时数据采集和反馈控制。
借助于LabVIEW的硬件模块与外围设备的配合，用户能够方便地搭建出一个完整的虚拟仪器系统，实现仪器的自动化控制。
此外，LabVIEW还有及其广泛的应用领域。
LabVIEW可以应用于高校科研实验室、工业控制系统、医疗设备、无线通信、能源管理等各个领域。
在高校科研实验室中，LabVIEW可用于设计各种虚拟实验平台，为学生提供更加灵活、安全和便捷的实验教学环境。
在工业自动化领域，LabVIEW可以用于设计各种自动控制系统，提高生产效率和产品质量。
基于LabVIEW的仪器自动化监控系统设计与实现
基于LabVIEW的仪器自动化监控系统设计与实现随着科技的不断发展，仪器设备在各行各业中扮演着越来越重要的角色。
为了提高工作效率和准确性，我们需要一种自动化的仪器监控系统来实时监测仪器设备的状态，并能够迅速响应异常情况。
而基于LabVIEW的仪器自动化监控系统正是为了满足这一需求而设计和实现的。
LabVIEW是一款基于图形化编程语言的开发环境，它具有直观、可视化的特点，使得用户能够快速开发各种类型的测量和控制应用。
利用LabVIEW，我们可以轻松地设计和实现仪器自动化监控系统，并通过数据采集、处理、分析和可视化等功能，实现对仪器设备的实时监控。
首先，我们需要明确系统的功能需求。
通常情况下，仪器自动化监控系统应该具备以下功能：1. 实时监测仪器设备状态：通过传感器、数据采集卡等设备，实时采集仪器设备的各种参数，比如温度、湿度、压力等。
这些数据将作为监控系统的输入，用于判断仪器设备是否正常工作。
2. 异常报警和处理：当仪器设备发生异常时，监控系统应该及时发出警报，并采取相应的措施进行处理。
比如，如果温度超过设定的范围，系统应该立即通知操作人员，或者自动采取控制措施调整温度。
3. 数据记录和分析：监控系统应该能够将仪器设备的工作数据记录下来，并提供数据分析和报告功能，帮助用户了解仪器设备的工作情况以及发现潜在的问题。
这对于仪器设备的维护和改进非常重要。
4. 跨平台支持和远程访问：监控系统应该支持跨多个平台，比如Windows、Linux等，以便用户可以在不同的操作系统上使用。
同时，系统还应该支持远程访问，使得用户可以在远程地点监控和操作仪器设备。
在明确系统功能需求后，我们就可以开始设计和实现基于LabVIEW的仪器自动化监控系统了。
首先，我们需要根据实际情况选择合适的硬件设备，比如传感器、数据采集卡等，用于采集仪器设备的各种参数。
LabVIEW支持与多种硬件设备的通信，并提供了一系列的函数和工具包来实现数据采集。
LabVIEW与控制系统设计实现系统控制和调节
LabVIEW与控制系统设计实现系统控制和调节LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) 是国家仪器标准委员会推荐的一种基于图形化编程语言的开发环境，广泛应用于各个领域的工程与科学研究中。
LabVIEW提供了直观、易于使用的图形化编程界面，使得控制系统的设计和实现更加高效和灵活。
本文将介绍LabVIEW在控制系统设计和实现中的应用，并探讨其对系统控制和调节的作用。
一、LabVIEW在控制系统设计中的应用1. 系统建模与仿真在控制系统设计阶段，首先需要对被控对象进行建模与仿真。
LabVIEW提供了丰富的数据采集和信号处理的工具，能够方便地获取实验数据，并通过图形化界面进行数据处理与分析。
基于这些功能，控制系统的建模与仿真可以在LabVIEW平台上进行，方便快捷。
2. 系统控制算法的设计与优化控制系统的性能主要取决于其中的控制算法。
LabVIEW提供了一系列的算法库和模块，涵盖了常见的控制算法，如PID控制、模糊控制、自适应控制等。
同时，LabVIEW还支持用户自定义算法的开发，方便针对不同的系统进行优化与调试。
3. 系统参数的自动调整与优化控制系统的参数调整对于系统的性能和稳定性至关重要。
LabVIEW 提供了参数自整定工具，可以实时监测和调整系统参数，降低调试的复杂性。
通过LabVIEW的优化算法，系统参数的自动调整可以更加快速和准确。
二、LabVIEW在系统控制与调节中的作用1. 实时控制与数据采集LabVIEW提供了强大的实时控制功能，能够对系统进行实时监控和控制。
通过与硬件的连接，LabVIEW可以获取实时数据，实现对系统参数的实时调整，并对系统运行状况进行实时监测。
这为系统的控制和调节提供了良好的基础。
2. 界面友好的人机交互LabVIEW的图形化界面使得系统的控制与调节更加直观和直观。
用户可以通过图形化的操作界面，实现对系统的控制参数的设置和调整，并即时查看系统响应及其相应的数据变化。
采用虚拟测控软件LabVIEW实现控制系统的监控功能
准备工作
在使用LabVIEW之前，需要先安装它所需的硬件和软件。根据LabVIEW版本的 不同，所需的硬件和软件也会有所不同。一般来说，需要具备以下条件：
1、计算机：LabVIEW可在Windows、Linux和Mac OS等操作系统上运行，需 要具备足够的计算能力和内存。
2、接口：根据需要连接的控制系统类型，可能需要不同的接口和适配器， 如USB、RS-232、以太网等。
1、实验室实验：在实验室环境下，搭建小型网络，模拟不同网络条件下的 数据传输场景，测试LabVIEW测控系统的网络访问性能。
2、模拟实验：利用仿真软件模拟实际工业现场环境，检验LabVIEW测控系统 网络访问技术的稳定性和实时性。
3、现场实验：在实际工业现场进行实验，验证LabVIEW测控系统网络访问技 术的实际应用效果。
3、缺乏对适用于LabVIEW测控系统的数据传输协议的优化和改进，无法满足 实时性要求。
4、现有的网络安全技术在LabVIEW测控系统中的应用还不够完善，难以确保 网络访问的安全性。
技术原理
LabVIEW测控系统网络访问技术的实现主要依赖于硬件接口和软件模块的协 同工作。以下是一些关键技术原理：
3、系统调试：通过模拟仿真和实际测试，对系统进行调试和优化，确保系 统的稳定性和性能达到预期要求。
算法分析
在LabVIEW运动控制系统中，常用的算法包括插值、拟合、反馈控制等。插 值算法主要用于处理多个数据点之间的计算问题，如根据给定的几个离散数据点， 通过插值计算得到中间的连续数据点。拟合算法则主要用于对一组数据进行曲线 拟合，以便对数据进行平滑处理或预测未来的数据趋势。反馈控制算法是运动控 制系统中最重要的算法之一，它通过比较实际输出和期望输出之间的误差来调整 系统的输入，以实现系统的稳定和精确控制。
基于LabVIEW的控制系统仿真(毕业设计论文)
摘要
在控制理论教学和实验中，存在着设备短缺、教学手段单一等问题，采用虚拟控制系统实验方式可有效地解决这些问题。本文对控制系统仿真的意义与研究现状作了介绍，提出并确定了基于LabVIEW的控制系统仿真的实施方案。应用NI公司的LabVIEW 2009、控制设计工具包作为软件开发工具，实现了控制系统的建模、分析与设计这一系列过程的计算机仿真。经过编写程序和发布应用程序，最终开发出了一种交互式实验教学系统。该系统包含信号发生器、典型环节、质点－弹簧－阻尼器系统和一级倒立摆系统四个子模块，用户可进行控制系统建模、性能分析、PID设计、LQR设计等方面的研究。各个子模块运行良好，整个系统具有操作简单、界面友好和实时交互的特点；对于教学和实验的改革和创新具有一定的指导意义。
1.2
随着计算机仿真理论与技术的发展，目前各个科学与工程领域均已开展了仿真技术的研究。系统仿真是通过对系统模型的实验，研究一个存在或设计中的系统。系统仿真技术已经被公认为是一种新的实验手段，在科学与工程领域发挥着越来越重要的作用。
早期的控制系统设计可以由纸笔等工具容易地计算出来。但随着控制理论的迅速发展，只利用纸笔以及计算器等简单的运算工具难以达到预期的效果，加之计算机领域取得了迅速的发展，于是很自然地出现了控制系统的计算机辅助设计方法。控制系统的计算机辅助设计技术的发展目前已达到了相当高的水平，并一直受到控制界的普遍重视。
(2)控制理论中典型实例选择与理论分析
选取控制理论教学和实验中常见的、典型的实例，完成其理论方面的建模、分析、设计。
(3)控制模型相应的仿真VI设计
在(2)的基础上，基于LabVIEW2009平台，使用必要的工具包完成建模、分析、设计的相应的VI设计，完成控制系统仿真的主要程序设计。
基于LabVIEW的智能仪器监控与控制系统设计
基于LabVIEW的智能仪器监控与控制系统设计一、引言在现代工业生产中，智能仪器的应用越来越广泛，它们可以实时监测各种参数并进行控制，提高了生产效率和质量。
而LabVIEW作为一款强大的图形化编程软件，为智能仪器的监控与控制系统设计提供了便利。
本文将介绍基于LabVIEW的智能仪器监控与控制系统设计的相关内容。
二、LabVIEW简介LabVIEW是由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的一款图形化编程软件，它以其直观的可视化编程界面和强大的功能在工业自动化、仪器仪表、数据采集等领域得到广泛应用。
通过LabVIEW，用户可以通过拖拽连接各种功能模块来构建程序，而无需编写繁琐的代码。
三、智能仪器监控与控制系统设计1. 系统架构设计在设计智能仪器监控与控制系统时，首先需要考虑系统的整体架构。
通过LabVIEW可以方便地搭建系统框架，包括数据采集模块、数据处理模块、控制算法模块等。
这些模块可以通过图形化界面直观地展示出来，方便用户进行操作和监控。
2. 数据采集与处理智能仪器通常需要对各种参数进行实时采集，并对采集到的数据进行处理分析。
在LabVIEW中，可以通过各种传感器模块或者仪器接口模块实现数据的采集，同时利用LabVIEW强大的数据处理功能对数据进行处理，如滤波、平滑、转换等操作。
3. 控制算法设计针对不同的智能仪器，需要设计相应的控制算法来实现对其进行精确控制。
在LabVIEW中，可以通过编写各种算法模块来实现PID控制、模糊控制、神经网络控制等多种控制方法，从而满足不同应用场景下的需求。
4. 用户界面设计一个好的用户界面可以提高系统的易用性和友好性。
在LabVIEW 中，用户可以通过拖拽各种控件来设计出美观直观的用户界面，包括曲线图、仪表盘、按钮等元素，使用户可以清晰地了解系统状态并进行操作。
四、案例分析以某工业生产线上的温度监控与调节系统为例，我们可以使用LabVIEW来设计一个智能仪器监控与控制系统。
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3、 软件设计 3.1 单片机程序框图
开始 初始化串口、计数器、LCD A/D 转换初始化 读取 3 路 A/D 转换结果 对电机脉冲进行计数 LCD 显示、发送数据至 LabVIEW 串口中断到？ 是 读取 LabVIEW 控制指令 是 是否定位？ 否 否 否 到达终点？ 是 电机转动 中断响应结束 否 是 第 一 通 道 初 始 化 否 下一个通道初始化 是否最后一 个通道？ 读取当前通道转换数值 中断到 A/D 中断响应
图6
主控芯片电路
2.3 USB 串行通信部分
采用支持 RS232 标准串行端口的 FT232BM 芯片， 支持自动握手协议， 其一边是 RS232， 一边是 USB，能够实现 USB 端口到串行端口的通信，从而连接测控电路系统和计算机， 实现参数、指令和测量数据在计算机与测控电路系统之间的相互传输。
光 探 头 光 电 门 1 光 电 门 2 步进电机
LCD 显示
多路 A/D 转换
ATmega16 单片机
电
机
驱动器
PC 机 LabVIEW 控制系统 图1 系统结构框图
USB 串口
图 1 为整个控制系统的结构框图。光探头采集光强，两光电门分别固定在起始位置 与终点位置处，确保光栅的移动范围，三传感器通过 3 路 A/D 转换，将对应数据送入单 片机进行处理；单片机将光强值与计数电机脉冲得到的位置值通过 USB 串口发送到 PC 机，在 LabVIEW 上显示该关系曲线，同时 LabVIEW 也通过 USB 串口发送指令控制电机 的运动状态，实现光探头全程采集与定位采集光强的功能。
控制电机运动时， 则在 “电机参数设置” 栏设计相关指令， 然后单击确定。 需要定位时， 就在“是否定位”选择“是” ，然后在定位位置输入波长数值；不需定位则在“是否定 位”栏选择“否” 。前面板如图 9 所示，图中为定位至 628nm 时测到பைடு நூலகம்光强值。
图 9 LabVIEW 控制前面板
图 10 LabVIEW 程序框图
*本项目获得中山大学物理学理科基地条件建设项目资金资助 (J0630320)。 1 作者简介：冯为蕾（1989---） ，男，广东阳江人，中山大学本科生，研究方向：微电子学。 2 作者简介：蔡志岗，中山大学教授，研究方向：激光与光电子技术；lasers@ 。
2、 硬件设计
2.1 光探头与光电门
图 4 光电门实物图
图 5 光电门使用电路
当槽内没有物体经过时， 红外发光管发出的光直接照在光敏三极管的窗口上， 三极 管导通，因此一直输出低电平，直到有物体经过槽内时则挡住光线，三极管截止，输出 高电平。此即识别光栅是否到达尽头的原理。
2.2 主控芯片 ATmega16 与 LCD 液晶显示
ATmega16 芯片控制电路如图 6 所示。其中控制部分的作用为：1）对来自 3 路传感 器的初始电信号进行处理，实现 A/D 转换。2）通过 USB 串口向计算机传输脉冲计数值 和光强值， 同时接收来自 LabVIEW 的指令信号， 结合当前脉冲个数与两路光电门的 A/D 转换值， 控制步进电机运动状态。 3） 将采集到的光信号数据通过 LCD 液晶显示屏显示。
2.4 A/D 转换
ATmegal16 的 ADC 与一个 8 通道的模拟多路选择器连接，能够对以 PORTA 作为 ADC 输入引脚的 8 路单端模拟输入电压进行采集，本系统只使用其中的 3 路。采样的参考 电压，是将电源电压通过 LC 滤波后的电压 AVCC=5V，因此分辨率可以达到约 0.005v。 ADC 采样速率：Atmegal16 的 ADC 转换过程为 13 个采样时钟，系统设计 ADC 频率为 200kHz ，因此采样频率约为 15.384kHz 。因此根据采样定理，理论上被测量的模拟信号 的最高频率为 7.7kHz 。
Grating Monochromator Control System Based on LabVIEW
FENG Wei-lei ZHENG Na-na CAI Zhi-gang （Sun Yat-sen University of Physical Science and Technology, Guangzhou 510275,China ） Abstract: A design of grating monochromator control system based on single chip computer Atmega16 and LabVIEW is introduced in this paper. The circuit design of light probe and photo-gate, ways of collecting groups of data by single chip computer and positioned accurately in a large range are described. LabVIEW is programmed to display the optical intensity-wavelength line and control the motor. In a word, the system can not only measure optical intensity in all position, but also measure it in a given position. Key Words: light probe, data collection, positioning, LabVIEW 1、 系统结构
的控制， 能方便地改变步进电机的运动状态， 从而可实现定位采集与全程采集两种方式。 该系统无论在在教学上还是在光栅光谱测量中都可以得到广泛的应用。该系统的设计使 得我们对单片机的应用更加深入而且对光信号通信有了更深刻的了解。
【参考文献】 1. 马潮 编著， 《 AVR 单片机嵌入式系统原理与应用实践》北京，北京航空航天大学出版社，2007 2．陈锡辉，张银鸿， 《 LabVIEW 8.20 程序设计从入门到精通》 ，清华大学出版社，2007 年 7 月 3. 刘玉县，基于 LABVIEW 的多路光信号测量系统设计 《仪表技术》2010 年第 9 期，第 54 页 4. 童诗白 华成英 编著， 《模拟电子技术基础》 高等教育出版社，2007 5. 阎石 编著， 《数字电子技术基础》高等教育出版社，2008
到达位置？ 是
电机停止 图 7 单片机程序框图 图 8 四路 A/D 转换框图
单片机控制流程图如图 7 所示，四路 A/D 转换原理框图如图 8 所示，采用 C 语言编 程。当一次 A/D 转换完后进入中断服务程序，保护现场，读取转换结果，将其值给对应 通道的全局变量，改变下一次转换的通道继续转换，恢复现场，退出中断；如果是最后 一个通道转换完成，则返回第一通道继续转换。主程序不断地对电机脉冲进行计数，并 将计数值与当前测量得到的光强值发送到 LabVIEW，将光强值送到 LCD 出显示，当 LabVIEW 有新的控制指令发出时，单片机会响应，然后接收新的指令，从而判断改变电 机的运动状态。
4、 结束语
本文设计了一个由 LabVIEW 和 ATmega16 单片机控制的光栅单色仪控制系统。光探 头采集当前光信号，通过 A/D 转换，串行发送到 PC 机，同时单片机也将电机脉冲计数 值发送到 PC 机， 然后在 LabVIEW 定标使二者有了对应关系， 显示在前面板； 通过 LabVIEW
光探头 OPT101 是 TI 公司的一款具有内置跨导放大器的光电晶体管。该芯片单电源 供电，供电电压宽（2.7V－36V） ，其内部结构图和性能参数曲线图分别如图 2 和图 3 所 示：
图 2 OPT101 内部结构图
图 3 输出电压跟输入光波长的曲线图
从图 2 可以看出，光敏二极管已经集成在芯片内部，加上放大电路，就可以方便地 探测光信号。图 3 画出了光波长与输出电压的关系曲线，在可见光范围内的线性效果较 好。由于单片机的工作电压电压为+5V，故也采用+5V 直流电源对芯片供电。为了扩大光 探头的测量范围，可以在芯片的 2 脚和 5 脚间并联一个 20K 的电阻。图 2 即本系统光探 头使用的电路图。 采用的光电门型号是 OS25B10，Y 端红外发光管接+5V 电源，加一个 330 限流电 阻；Z 端为接收端，其中 E 极接地，C 极输出信号。其实物图片及使用电路图如图 4 和 图 5 所示： +5V 330 E C 脉冲输出 +5V 4.7K
基于 LabVIEW 的光栅单色仪控制系统 *
冯为蕾 1 郑娜娜 蔡志岗 2 （中山大学 物理科学与工程技术学院 广东 广州 510275）
摘要： 本文介绍一种结合 LabVIEW 和 ATmega16 单片机的光栅单色仪控制系统的设计。
给出光探头与光电门的电路图，单片机对多路数据的采集，以及大范围、高精度的定位 方法，同时编程 LabVIEW 显示光强-波长图线和控制电机的运动。该系统实现了对可见 光范围内光信号的定位采集和全程采集两个功能。 关键词： 光探头，数据采集，定位，LabVIEW
2.5 电机驱动
本系统采用二相步进电机，由于从单片机输出的电流很小，不能使电机正常运转， 故需要驱动，采用驱动器是 IMS 公司生产的 TC-H200B 型二相步进电机驱动器，使用方 便， “CLK”端接入时序脉冲， “DIR”端输入方向控制信号，输出端接步进电机，就可以 方便地控制电机的转动速度与方向。
3.2 LabVIEW 控制程序
设计思路： 串口通信用 visa 协议， 用一个 while 循环不断读取来自单片机的脉冲个数 值、光强值，然后进行数值转换，组成一个光强—波长波形图；另一方面，控制电机的 指令用一个簇来整合发送至单片机（若是选择定位，则先将定位数值进行转换，然后发 回给单片机） 。 同时， 用另一个 while 循环 （图 10 中的小框图） 用于获得 PC 机系统时间， 即显示当前时间。具体编程如图 10 所示。 本控制界面主要用于显示光强随波长的变化曲线，设置好波特率跟串行口后，点击 运行，在前面板就可以看到光强—波长波形图，若想清除前面的数据，单击下面的摇杆 即可；单击波长—时间图或光强—时间图，则可以看到波长或光强随时间变化的曲线。