骆莉梦++李相越++李柳江++卢崇雨++周庆红

[摘 要]通过以LabVIEW为控制中心的系统，进行声卡信号的采集传输与放大，并用从声卡输出的脉冲信号来控制机械臂的运作，可在平台上绘制图形，通过改进使其能够进行精密度要求不高的激光打标及切割，来达到其他昂贵大型设备器件的应用功能，与传统单片机控制系统相比，缩减了成本，提高了性价比。

[关键词]LabVIEW 声卡 平面控制系统

中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0037-02

引言：目前大部分的平面控制系统都使用c语言进行编写，程序复杂，而且控制硬件成本也比较高。所以使用便于操作的语言，和使用较低的硬件成本来控制将会很有优势。本文所介绍的系统将在autoCAD中设计好的轨迹图形转换成运动控制数据，由labview按照设计的轨迹控制步进电机。使用G语言编程，代替繁杂的c语言，并运用声卡信号导出，减少了控制芯片等价格昂贵的硬件设施，有很好的推广前景。

1、LabVIEW简介

LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW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LabVIEW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。

2、声卡简介

声卡从话筒中获取声音模拟信号，通过模数转换器（ADC），将声波振幅信号采样转换成一串数字信号，存储到计算机中。重放时，这些数字信号送到数模转换器（DAC），以同样的采样速度还原为模拟波形，放大后送到扬声器发声，这一技术称为脉冲编码调制技术（PCM）[1]。

将声卡作为数据采集设备， 可以组成一个高性价比的数据采集系统， 并通过计算机对结果进行分析。声卡的主要技术参数包括采样位数、 采样频率、 缓冲区、 基准电压等[2]。

3、平面控制系统组成

一个典型的运动控制系统主要由运动部件、运动控制器和驱动器、执行机构及编程操作软件构成。本系统首先将图形轨迹在AutoCAD中绘制出来，提取出坐标信息，并形成LabVIEW能够识别的数据类型。LabVIEW提取出数据之后运用G语言编程，分别形成2列信号，关联到图形的x，y坐标，从计算机声卡导出，最后在数字示波器中显示，形成李萨如图形。最后设计LabVIEW控制系统，设计运动参数，与步进电机进行联系，在平面上绘制出目标图形。具体框架见图1。

4 控制系统硬件模块

L293驱动电路

L293是美国德州仪器（Texas Instruments）生产的微型电机驱动集成电路芯片，支持Vcc 4.5～36V，最大输出电流为1A。由于其驱动能力有限，多应用于小型机器。

步进电机的运动必须要使用到驱动电路，在本系统中使用的驱动芯片是L293。L293在电机控制中有灵活应用，如对电机输出能力的控制，对电机转速的精确控制等。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

4.2控制系统软件模块

4.2.1 LabVIEW对图形读取

本系统软件设计以NI公司的LabVIEW为开发平台，与图形开发软件AutoCAD和数据库Access结合， 通过设置运动控制器的相关参数和调用 NI-Motion 驱动软件的运动控制函数， 完成从 “设计、 绘图～运动轨迹实现” 的运动控制系统一体化任务。

在 LabVIEW 平台上可以实现与 Auto CAD VBA 和 Access 的程序接口。首先在 Auto CAD 上绘制运动的轨迹图形， 通过 Auto CAD VBA 将 Auto CAD 图形数据转换为文本文件生成轨迹数据；通过LabVIEW将文本数据存储到Access数据库中， 实现对轨迹数据的有效管理和存储[3]。 在 LabVIEW中操作数据库， 即可将轨迹数据导入 LabVIEW， 方便准确地得到轨迹的起点坐标、 终点坐标、 图形形状等参数， 完成人机界面管理、 信息显示和预处理等非实时处理任务。

LabVIEW对jpg图片的读取是整个程序很重要的一部分，我们采用的方法是首先将图片用LabVIEW读取进去，然后设定一个阈值，这样就把没用的数据点排除，最后使用逐点比较的方法对数据进行排序，就可得到轨迹图形；

4.3.2 LabVIEW NI-Motion

LabVIEW NI-Motion模块可对自定义运动控制应用程序进行图形化开发。借助LabVIEW NI-Motion，可以使用LabVIEW项目来配置所有的运动轴设置、测试配置、调试电机并快速集成自定义运动控制与应用。

本系统通过控制 X 轴和 Y 轴上的步进电机，使连接在两台步进电机上的机械臂按照直线和圆弧构成的轨迹图运动。

控制软件分为轨迹控制和轨迹显示两部分。轨迹控制部分利用 “NI-Motion”运动控制模块编程，通过前面板设置运动板卡、运动速度、加速度等参数，完成步进电机运动控制。通过读取 Access数据库，获取每一条轨迹曲线的数据包。根据数据包中线条的“半径” 值判断线条是直线或圆弧[3]；根据轨迹曲线的绘制序号，依次加载轨迹参数。每加载完一条轨迹数据之后即启动电机运行轨迹。

5、结果分析

通过LabVIEW程序输出的图像轨迹可知基于LabVIEW和声卡的平面控制系统能在平面上绘出图形轨迹。

6、结束语

过去想要实现激光切割，通常都需要使用一系列以价格高昂的激光控制系统为核心的硬件设备。通过以LabVIEW为控制中心的系统，进行声卡信号导出，降低了对控制芯片等昂贵硬件设施的需求 。现在充分利用LabVIEW软件上的控制模块 NI-Motion来尝试控制机械臂的操作，达到在平台上绘制出图形的目的。如果这个控制系统的完成在未来更加的完善，那么就有望实现激光打标、激光切割等大型器件的的应用功能，应用到工业上能够减少大量的成本，进而实现激光控制系统的量产化、普遍化，在工业科技的发展与应用上具有十分重大的意义。

参考文献

[1]周爱军 马海瑞 基于声卡的LabVIEW数据采集与分析系统设计 微计算机信息 2005年第21卷第9-1期

[2]王珍宁 吴先球 张诚 陈俊芳 基于声卡的远程数据采集系统 PLC技术应用200例 1008-0570（2007）04-1-0141-02

[3]凤俊翔，刘维亭，薛铭刚 基于 LabVIEW 和 AutoCAD VBA 的运动控制系统 计算机工程与设计 2010，31（23）

[4]潘海彬 周哲 李伯全 LabVIEW下使用普通数据采集卡方法研究 微计算机信息 2007年23卷10-1期

通讯作者 周庆红，1982.05，男，理学博士，四川中江人，讲师，激光物理。