LabVIEW 做脈衝輸入及後端處理介紹

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是由 National

Instrument 公司所推出的一套圖控式程式語言，它是一套應用於實驗室中，作為儀表設 計或式控制之用，因次我們常稱 LabVIEW 程式為虛擬儀表(Virtual Instrument,VI)應用程 式，舉凡工廠監工、醫學工程、航太工程等皆有應用的例子，於本研究中，讓伺服機轉 動以及量測數值讀取及處理的功能也可以利用 LabVIEW 來達到。一般整個應用程式的 架構，包含了三個主要的部份：

(1) 前置面板(Front Panel)視窗 (2) 程式方塊(Block Diagram)視窗 (3) 圖像與連接器(Icon/Connector)

這三個部分建構出完整的 LabVIEW 應用程式。在前置面板視窗中，我們可以執行資料 或是命令的輸入，以及顯示相關資料運算、監控或是擷取的結果，彷彿像是在這視窗中 執行訊號產生器、示波器等儀器的操作，因此被視為虛擬儀表，而設計這個前置面板的 相關應用程式，則稱為程式方塊視窗，程式方塊視窗包含 Visual C/C++或是 Visual Basic 中常應用的資料結構，如常數、陣列、迴圈、Case 結構等，差別在於內部皆為圖形化程 式，因此比一般的程式語言更為人性化。而 National Instrument 公司也為 LabVIEW 程式 製作了資料擷取卡(Data Acquisition Card, DAQ Card)，藉由擷取卡及 LabVIEW 本身的擷 取程式就可以將硬體量測結果擷取到 LabVIEW 程式中，也能將在 LabVIEW 設定的參 數藉由擷取卡傳送到硬體上面做控制與操作，因此 LabVIEW 也讓於本研究的資料後端 處理更為方便許多。

本實驗用的資料擷取卡為 National Instrument 的 USB-6212，圖 4-5 所示為此資料擷 取卡的實體圖，而圖 4-6 為此擷取卡的腳位圖，擷取卡腳位通常分做類比腳位(腳位名稱 開頭為 A)以及數位腳位，而數位腳位又能分做一般的數位訊號輸出入(腳位名稱開頭為 D)以及計數訊號輸出入(腳位名稱開頭為 ctr)，因此在本實驗中，無論是要從硬體輸入類

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比直流訊號到程式中或是程式輸出一脈波(在此卡為計數訊號)到伺服器上，皆能透過本 擷取卡完成。

圖 4-5 USB-6212 實體圖

圖 4-6 USB-6212 腳位圖

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本實驗程式分為兩部分，第一部分為伺服機控制程式，第二部分為資料讀取並處理 程式。本程式的流程圖為圖 4-7，首先先設定量測的參數，接下來經由角度換算成 duty cycle 的值之後，從程式輸出到伺服機上面使其轉動到某個角度，接下來讀值、運算、

存值後，再轉到下一個角度，用迴圈連續重複同樣的動作後，若設定解度全部掃描完，

再看當初的參數決定要掃幾遍，再重複以上的動作；待全部動作都結束後，就在前置面 板把量測結果圖畫出來，並將值儲存在 Excel 裡，以備以後的資料整理。

圖 4-7 程式流程圖

而以上流程圖寫成 LabVIEW 程式整體圖顯示於圖 4-8 及圖 4-9，圖 4-8 顯示前置面 板視窗，圖 4-9 顯示程式方塊視窗，程式分成伺服機控制與資料處理兩部分，圖 4-10 顯 示的是利用 LabVIEW 程式產生一個周期性脈衝波，並藉由輸入轉動角度來算出它的 duty cycle，並將周期固定後藉由此脈衝波讓角度轉至使用者設定的角度，圖 4-11 則是

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資料處理的程式，它藉由 DAQ 卡讀取程式方塊將 I 和 Q 的電壓值讀取下來後，將它經 過演算換成角度，並藉由 X-Y 圖程式方塊將結果顯示在前置面板的虛擬示波器上。而資 料運算則是利用式 3-10 的公式，資料運算方塊圖顯示在圖 4-12 上，在此要注意的是，

因為 tan^-1(．)所定義的角度範圍為-90⁰~90⁰，也就是說它原本定義區間只是在第一象限 以及第四象限，因此如果我們要讓定義範圍變成-180⁰~180⁰，也就是四個象限都要被定 義到的話，第二和第三象限的值就必須要做轉換，經過推導之後，第二象限必須要讓輸 出值再加 180 度，而第三象限則是必須要讓輸出值再減 180 度，這樣才能讓定義範圍變 成-180⁰ ~180⁰。

最後我們在將原本的系統裝在伺服機上，為了重心平衡，底部再用木頭製作底盤，

並利用鐵釘、螺絲、螺帽、L 型固定片等材料將木頭、伺服機與此單脈衝偵測系統互相 結合，以防止整個系統不平衡倒下，再利用排線將系統與直流供應器以及擷取卡相連，

擷取卡再跟電腦相連，這樣全部的系統就全部組裝起來了。整體系統組裝後實體圖顯示 在圖 4-13。

圖 4-8 系統整體 LabVIEW 程式圖—Front Panel 視窗

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圖4-9 系統整體LabVIEW程式圖—Block Diagram視窗

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圖4-10 脈衝操作伺服機LabVIEW程式圖

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圖4-11資料讀取及處理LabVIEW程式圖

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圖 4-12 資料運算方塊圖

圖 4-13 整體系統組裝後實體圖