基于虛擬儀器技術(shù)的木板自動(dòng)分選系統(tǒng)

　　系統(tǒng)軟件選擇了虛擬儀器軟件 LabVIEW。軟件實(shí)現(xiàn)的功能為：（1）對(duì)積分球輸出的電壓進(jìn)行測(cè)量；（2）計(jì)算出被測(cè)物的色差值；（3）根據(jù)用戶的要求設(shè)定色差的范圍；（4）按分選結(jié)果輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，將同一色差范圍木板分選在一起；（5）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和顯示。

　　2 硬件組成

　　系統(tǒng)由探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡（DAQ 卡）、個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC 機(jī)）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2 示。

　　圖2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

　　探測(cè)器包括光源、濾色片和積分球等。積分球的基本原理是光源發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)濾光片照射到待測(cè)的樣本上，不同顏色的樣本會(huì)反射不同波段的光，反射的光一部分光被吸收井吸收，另外一部分光反射到積分球壁上的三個(gè)硅光電池上。當(dāng)不同波段和強(qiáng)度的光照在硅光電池上，電池會(huì)產(chǎn)生不同大小的電壓。三個(gè)硅光電池產(chǎn)生的電壓反映該樣本的三個(gè)刺激值。積分球內(nèi)的硅光電池輸出的是微弱電壓，需要實(shí)現(xiàn)電壓濾波和放大的信號(hào)調(diào)理功能。信號(hào)調(diào)理模塊采用NI的SCXI，包括機(jī)座SCXI-1000、應(yīng)力應(yīng)變模塊組SCXI-1520 和SCXI-1314，調(diào)理模塊提供1～1000 的增益、10Hz～10kHz 的可編程模擬濾波器、0～10V 的激勵(lì)直流電壓、自動(dòng)調(diào)零、橋路補(bǔ)償?shù)裙δ?，還可以調(diào)理一般的模擬電壓。在系統(tǒng)中，通過(guò)軟件選擇了10Hz 的硬件濾波。

　　數(shù)據(jù)采集卡采用 NI 的PCI-6024E 型DAQ 卡，是基于PCI 總線的12 位多功能數(shù)據(jù)采集卡，最高采樣速率200kS/s，16 個(gè)單端模擬輸入（或8 個(gè)差分模擬輸入），8 個(gè)數(shù)字輸入/輸出，2 個(gè)模擬輸出，2 個(gè)20MHz、24 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)A/D、D/A 功能。PC 機(jī)的CPU 為 AMD 2500+（64 位），主頻為1.4GHz，內(nèi)存512Mb。執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用日本東方電機(jī)生產(chǎn)的 5 相步進(jìn)電機(jī)UPK596BW2，其基本步距角為0.72°，保持轉(zhuǎn)矩2.1N·m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 為1400×10-7kg·m2，配合使用的驅(qū)動(dòng)器為UDK5114NW2，功能是模擬現(xiàn)場(chǎng)的分選機(jī)構(gòu)，執(zhí)行轉(zhuǎn)向命令。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　利用圖形化的虛擬儀器軟件 LabVIEW 專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)版編寫(xiě)操作界面，配有Report GenerationToolkit 工具包。

　　軟件采用模塊化的思想，將整體結(jié)構(gòu)分為主操作控制模塊、自動(dòng)檢測(cè)模塊、信息處理模塊和輔助模塊，并分頁(yè)顯示。每個(gè)模塊下又細(xì)分為子模塊，如數(shù)據(jù)儲(chǔ)存子模塊、報(bào)表顯示打印子模塊、歷史回訪子模塊、重要參數(shù)修改子模塊（需要輸入密碼才可見(jiàn)參數(shù)值）、統(tǒng)計(jì)分析子模塊（顯示最大值、最小值和平均值等）、幫助系統(tǒng)子模塊、用戶管理子模塊等。以數(shù)據(jù)儲(chǔ)存子模塊為例，當(dāng)信號(hào)采集完成后，數(shù)據(jù)直接存入 EXCEL，格式為時(shí)間、日期、三刺激值、色差等參數(shù)，并同時(shí)在數(shù)據(jù)旁邊描繪出散點(diǎn)圖。

　　主操作控制界面分為控制和顯示兩個(gè)區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集的控制和顯示。顯示部分包括三個(gè)通道輸出電壓、三刺激值、L*?a*?b*、色差△E 等顯示，超過(guò)極限亮燈顯示并且發(fā)出鳴叫聲音，日期時(shí)間顯示，變化趨勢(shì)顯示等；控制部分包括存儲(chǔ)數(shù)據(jù)頻率、控制開(kāi)關(guān)、初始值、極限值等設(shè)置，主操作界面見(jiàn)圖3 所示。程序最后生成.EXE 的文件，脫離LabVIEW 運(yùn)行。

　　圖3 主操作界面

　　4 標(biāo)定與誤差分析

　　系統(tǒng)與高精密的毫伏表（精度為 0.01mV）同時(shí)測(cè)量微弱電壓，在范圍0～500mV 選擇45 個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行比較，系統(tǒng)測(cè)量誤差絕對(duì)值最大為2.1mV，平均為0.9mV；相當(dāng)誤差絕對(duì)值最大為1.2％，平均為1.0％。以上海精密科學(xué)儀器有限公司的 WSC—S 測(cè)色色差計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，測(cè)量數(shù)據(jù)如表1 所示。WSC—S 測(cè)色色差計(jì)是一種性能優(yōu)越，用途廣泛而又操作方便的測(cè)色計(jì)，適用于測(cè)定各種物體的反射色，測(cè)試頭幾何條件滿足CIE 規(guī)定，配有標(biāo)準(zhǔn)白板用以校正。可以測(cè)試物體的白度、色度以及色差，數(shù)字顯示。