小家电智能测控平台的设计

　　引言

      在竞争日益激烈的小家电领域，如何占有较高的市场占有率，很大程度上取决于产品开发上市周期。然而在产品开发中常规测试和寿命测试环节占了 70%以上的时间。本设计采用 NI 的数据采集卡和LabVIEW 软件搭建集成化测试平台。通过硬件采集卡采集电压、电流、温度等数据到 PXI控制器自动保存测试记录。终实现在无需人员干预的情况下完成样机不同环境的功能和性能测试，自动生成测试，并具有远程监控功能。

　　1 系统设计与实现

　　1.1 系统网络结构

　　系统网络结构：每个测试室有一台PXI总线计算机，可根据具体监控对象的数量配置相应的PXI数据采集卡，由PXI背板的网络接口接入以太网，实现数据的交换和远程控制命令的传送，从而实现总监控台对每个测试室各测试工位的测试数据实时监控、浏览历史曲线、并生成报单存储、上传以太网共享等功能。

　　1.2 系统硬件设计关键

　　1.2.1 信号调理

　　本系统要对电压、电流（mV级）信号，温湿度变送器的4-20mA电流信号，烟雾/粒子探测器（mV级）信号进行调理。我们选择NI公司的信号调理（SCXI）模块，其可与PXI紧密结合，提供高通道数、多种类型信号的调理。采用SCXI-1125模块对各测试信号进行隔离放大和滤波，利用自带的热敏电阻和IC敏感器进行冷端补偿，信号调整后使之变成适合采集卡量程的电压信号，同时对采集卡进行高压隔离保护。

　　1.2.2 数据采集和控制

　　对于本系统中的环境温度、湿度变量我们选择PXI-6052E采集卡实现多通道的采集，采样时差对信号特征的影响很小。采集上来的信号在上位机做运算。使用LabVIEW 8.2为平台，配合Control Design Toolkit工具包来实现温湿度变量的PID算法。其中PID整定参数在上位机设定，运算后的控制参数通过PXI-6704 16位多通道模拟输出卡输出到相应的温湿度调节器，从而实现测试温度、湿度闭环控制。 对于本设计中的测试电源电压信号通过PXI-6052E采集上来的数据在上位机与给定的参数进行比较来调节终的输出是否达到设定值，进过比较后的输出调节信号通过PXI-6704模拟输出卡传送到相应的程控电源，从而形成测试电源的闭环控制。

　　对于本设计中的电流、元器件温升、功率、功率因数等测试变量通过PXI-6052E采集卡传入上位机进行测试数据的记录、分析、保存等操作，从而实现测试数据的实时刷新记录，保存历史数据，自动生成测试的功能。

　　1.3 系统软件

　　系统软件开发是以LabVIEW 8.2为平台，配合Control Design Toolkit工具包进行结构模块化设计，主要有以下功能：

　　1.3.1 用户自定义系统界面

　　本系统实现了数据采集、参数设置、数据保存和打开等功能。使用LabVIEW图形化开发平台大大缩短了系统开发的时间，而且为以后界面的修改以及功能的增加提供了灵活、方便的解决方案。图1为测试总监控平台界面，图2为测试室监控界面，图3为测试历史数据界面。

图1 测试总监控平台界面

图2 常规测试室1监控界面

图3 测试历史数据界面

　　1.3.2 数据采集

　　利用LabVIEW中提供的数据采集PAC模块以及NI公司提供的众多程序实例，方便用户的开发，快速实现数据的连续采样和存盘。

　　1.3.3 PID算法实现

　　PID的基本算法为控制器的输出和控制器的输入（误差）成正比，与积分导数成正比且为这3个分量之和。U=Kc[e+（1/t）∫e*dt+Td  *de/dt]其中e是测量值与给定值之间的偏差；Ti是积分时间；Td是微分时间；Kc是控制器的放大系数。LabVIEW中内置了PID等控制算法的VI，以此为基础可以快速的开发智能PID的控制。图4是智能PID控制器部分LabVIEW程序。

图4 PID控制器部分LabVIEW程序

　　1.3.4 以太网的实现

　　LabVIEW 8.2为我们提供了丰富的例子供用户参考和使用，在以太网方面LabVIEW基于TCP/IP协议方面有大量的例程代码可以供我们参考和借鉴。

　　2 结论

　　本设计借助计算机的强大功能采用了PXI总线硬件平台，使用模块化的数据采集卡，在LabVIEW平台上开发出的智能型网络化小家电测控平台。该系统已经成功地应用于小家电测试系统中，且通过半年的应用结果显示完全达到设计要求，效益已凸显。总之，虚拟仪器技术使现代的测量系统更高效，更灵活，功能更强大。随着计算机技术和测控技术的发展，虚拟仪器技术将会在各领域中发挥更重要的作用。