自行车测速

2.3.3程序框图页面介绍
图12中是labVIEW的程序框图，它是编程的语言，用框图的形式表示出来了。图中USB-4707是信号的输入元件，经过连线连接示波器显示出经过处理后的波形。接着通过脉冲测量显示出波形的周期t，用数组索引，索引出其中的元素，取其倒数得出f再与60相乘得出转速60*f，再根据自行车直径D算出速度f*D*3.14（即为转速*0.158）。当转速大于300r/min是表示超速运行，红灯变亮，当小于300r/min表示正常运行，绿灯变亮。另一方面，信号经过数组索引出来两个连续的元素，与设定电平2.5相比较，在第一个元素大于2.5，第二元素小于2.5同时满足使条件结构触发，数值相应加1,刚开始数值是被清零的。根据For循环和条件结构求出脉冲个数再与周长和时间相乘（数值*13.188）进而求出自行车在此时间内所走的路程。整个程序外部加了一个顺序结构，当完成转速和速度之后，里程才可以计算。在顺序结构外加了一个while循环，可以连续运行。
《传感器与测试技术》
技能实习
实训名称：基于labview的
自行车测速装置
姓 名:
学 院：工学部
班 级：
学 号：
指导老师：孙芳方 程慧慧
基于labview的自行车测速装置
摘要
随着人们生活水平的提高，自行车早已不再是像上个世纪那样成为人们最常用的普通的运输、代步的工具，而是成为了人们娱乐、休闲、锻炼的首选。而这必将促进自行车有关的工具快速发展，其中能清楚显示当前速度、里程等物理量的测速工具首当其冲。本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车测速里程表的设计。以labview为核心，3144霍尔元件传感器测转速，实现对自行车里程、速度的测量统计，并能将自行车的里程数及速度在labview中进行实时显示。文章详细介绍了自行车的速度里程表的硬件电路和软件设计。硬件部分利用霍尔元件将自行车每转一圈的脉冲数传入A/D转换卡，然后A/D转换卡将信号经过处理送入labview处理并显示。软件部分用labview进行编程，采用模块化设计。该系统硬件电路简单，程序具有通用性，完全符合设计要求。
labVIEW2014是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面用户界面在labVIEW2014中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。labVIEW2014的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。
2.3.2使用软件介绍
labVIEW2014是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是labVIEW2014与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而labVIEW2014使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。labVIEW2014的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等等。labVIEW2014也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。
4）.熟练掌握霍尔传感器的原理和特性。
5）.了解USB-4707数据采集卡的使用以及信号输入输出的方法。
6）.了解产品设计的流程。
1.2系统总体设计方案
如果把传感器安装在预定位置上，当永磁体经过它时，可以从测量电路上的到脉冲信号。根据对脉冲信号的计数与处理可以测出自行车的速度。并由此计算出平均速度、路程等量。本系统采用集成霍尔传感器，对速率信号具有频率响应快，抗干扰能力强等特点。
2.1.2研华usb-4704介绍
采集卡：采集卡主要是捕获外界光电、视频、音频等模拟信号并将其数字化导入计算机进行数字处理的捕获设备，主要用图像采集卡、视频采集卡、音频采集卡（比如声卡）、数据采集卡等。由于数据采集卡等工业采集卡并不常用，因此，一般采集卡默认为静态图像采集卡、动态视频采集卡。所以采集卡又称视频捕捉卡，用它可以获取数字化视频信息，并将其存储和播放出来。很多视频采集卡能在捕捉视频信息的同时获得伴音，使音频部分和视频部分在数字化时同步保存、同步播放。 视频采集卡，英文全称为：“Video Capture Card”，其功能是将视频信号采集到电脑中，以数据文件的形式保存在硬盘上。
2.2.2电路设计框图
图10电路设计框图
图10是平面框图，展示了霍尔元件和采集卡所接的接线端口以及霍尔元件所用的电压大小，还指出了各个端口之间连接的方法以及位置。
2.3软件设计
2.3.1软件设计流程图
图11的软件流程图描绘了labVIEW软件的运用过程，接收到信号后，通过运用脉冲测量得出周期，取其倒数即为频率，通过与60相乘得出转速，再根据自行车直径，计算出速度，然后再判断是否正常行驶，最后再计算出此时间内所运动出来的里程。
软件组成：labVIEW2014
1.3.2系统框图
图2中当磁钢靠近霍尔元件，有电磁信号输入时，经过霍尔元件输出模拟信号（电压信号）通过对波形的滤波、整流、放大减少外界的干扰后，通过导线、接线端子接到USB-4707数据采集卡将信号传送到电脑上，通过软件中的示波器显示出来。
第二章 系统结构模块论证
2.1元器件的选用
1.研华usb-4704端口介绍
研华usb-4704是低成本的usb数据采集模块。使用者不需要打开机箱安装daq模块，只要插上模块，然后得到的数据。它的简单而有效的，可靠和足够坚固的工业应用，但足够便宜，家庭项目，usb-4704是最完美的方式添加到任何usb功能的计算机测量与控制能力。从usb端口获得所有所需的电力，因此不断要求没有外部电源连接。所以usb-4704是最具成本效益的实验室或生产线的测试和测量工具的有效选择。
2.霍尔元件电路
图8中主要描绘了霍尔元件电路的各个接口以及此电路中具备了放大、滤波信号的功能，我们用接线板分别按照VCC接正极、GND接负极、DI0接采集卡AI0出，指示灯正常亮，表示电路未出错。
2.2硬件电路设计介绍
2.2.1实物连线图
图9是硬件实物接线图，它是采集信号、信号滤波的重要组成，是软件进行的基础部分。由磁钢到霍尔元件到接线板（直流电源）到USB-4707采集卡到电脑中的labVIEW中。
图14 前面板图
图14表示也在正常行驶，只不过速度变得更加的快速，此时为高速运行，示波器也显示了比较得多的波形个数，此时间内，里程也比较远。示波器会根据波形的多少来判断速度快慢，表盘中显示出来，同时，绿灯亮起来表示还在安全的范围内行使。
8）板载用于AI 通道采样的1 K 采样FIFO 缓存
9）无需外部电源
10）设备状态LED 指示灯
11）板上接线端子可移除
12）支持高速USB 2.0
13）自动校准功能
4.模拟量输入A1规格主要参数介绍
表1 AI1参数图
表1展现了模拟信号输入端AI0的参数规格，通过此表可以知道端口的电压范围、精度、分辨率、采样速率等，更加清晰地了解了采集卡的内部结构以及使用。
本次实训采用WB3144霍尔传感器，它是一款单极霍尔开关电路，当磁N极靠近它的印章面时，开关输出低电平，当磁N极撤离后开关输出高电平。如想要用S极来控制开关，侧感应面就变为印章面的背面。当磁S极靠近它的印章面背面时，开关输出低电平，当磁S极撤离后开关输出高电平。
1.可实现功能
无触点开关、位置检测、速度检测、流量检测
图5中是USB-4707数据采集卡实物图，不同的接线端表示不同的意思，当霍尔元件采集到电磁信号经过滤波、整流、放大后，再经过导线从AI0口进入采集卡通过USB导线传送到电脑上，采集卡AGND接到电源的负极上。
2.研华USB-4704数据采集卡的相关参数介绍
图6是A\D采集卡的平面图，显示了采集卡所有的接口，不同的接口用不同信号的接收与发送以及D/A、A/D转换功能。USB输出端用于将信号传送到电脑上。
图12程序框图
2.3.4前面板页面介绍
图13 信号采集图
图13中的一个方波图形表示运用一圈一个脉冲个数，当有触发时输入为低电平，无触发时输出为高电平。此图是正常行驶的速度，此时绿灯亮，表示刚开始运动起来速度比较慢。通过对波形的分析和处理，转换为单个信号被脉冲测量检测，转换为转速和速度，在显示屏中显示出来以及在表盘中也显示出来，之后，里程也被计算出来。
贮存温度范围TS ·············-55～150℃
5.电特性
TA=25℃
6.霍尔元件内部结构图
如图3,、图4所示，是3144霍尔传感器的内部电路图，VCC表示接电源正极、OUTPUT表示信号输出、GROUND表示接电源负极。中间内部有放大电路和滤波电路，初步对信号进行处理，减少外部信号的干扰。
2.1.3硬件电路器件介绍
1.开关电源介绍CA1713A双路直流稳压电源以及接线板
图7中的直流电压左右侧是两个电源，我们用的左侧电源，右侧数值无效，它的主要是为了给霍尔元件电路提供电压，霍尔元件的工作电压为5v，所以调整电压使其为5v，采集卡的AGND接到电源的负极上。霍尔元件电路的VCC接到直流电源的正极上，GND接到电源的负极上，OUT接到采集卡的AI0口上。
3.当转速大于设定值300r/min时，前面板的红灯亮，表示自行车超速行驶，当自行车转速小于300r/min时，前面板的绿灯亮，表示在自行车在正常范围内行驶。
1.3测试系统组成
1.3.1系统组成
硬件组成：霍尔传感器、磁钢、研华USB-4704数据采集卡、电脑、导线、接线端子、开关电源—CA1713A双路直流稳压电源
ห้องสมุดไป่ตู้1.2.1测量原理
霍尔元件的工作原理介绍
图1（a）中霍尔元件有三个接线端，分别为1-Vcc、2-GND、3-OUT，它们分别接正极、负极、信号输出。
在图1（b）中当有磁场产生靠近霍尔元件时，产生的原边电压通过电阻2k产生电流,产生的磁通量与霍尔电压经放大产生的副边电流通过的副边线圈所产生的磁通量相平衡。副边电流可以精确地反应原边电流的大小。所以当无磁场时OUT输出为低电平，有磁场时，就会产生相应的电压，OUT输出为高电平。