設(shè)計(jì)了基于虛擬儀器技術(shù)的新型電子秤測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用虛擬儀器語言LabVIEW 語言設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對物體重量的精密測量并能實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的自動采集、保存、處理。該電子秤的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，精密精確，經(jīng)曲線擬合后能夠獲得理想與實(shí)際關(guān)系曲線，并具有超限報(bào)警功能。

0.引言

虛擬儀器技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和測試技術(shù)共同孕 育和發(fā)展的產(chǎn)物，它是充分利用計(jì)算機(jī)的軟、硬件資 源，借助一定的模塊化功能插卡和軟件模塊來完成 傳統(tǒng)電測功能的一類全新概念的智能化儀器系統(tǒng)， 該系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)作為儀器統(tǒng)一的硬件平臺，充分 利用計(jì)算機(jī)獨(dú)具的運(yùn)算、存儲、調(diào)用、顯示以及文件 管理等功能，同時(shí)把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板 控件軟件化，使之與計(jì)算機(jī)結(jié)合起來融為一體，這樣 便構(gòu)成了 一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器 相同，同時(shí)又充分利用計(jì)算機(jī)智能資源的全新的儀器 系統(tǒng)。該研究就是利用LabVIEW軟件開發(fā)醫(yī)用虛擬 電子秤，其測量精度為0.05 g，測量范圍是0-500 g。

1.電子秤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該電子枰是基于應(yīng)變效應(yīng)設(shè)計(jì)的，即通過貼在 懸臂梁上全橋應(yīng)變式電阻傳感器測重，應(yīng)變電橋輸出毫伏級電壓信號，經(jīng)差動放大后，通過數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)采集數(shù)據(jù)后輸人計(jì)算機(jī)，運(yùn)用LabVIEW程序進(jìn)行 數(shù)據(jù)計(jì)算顯示和曲線擬合。該電子秤還設(shè)有超值報(bào) 警功能。測量系統(tǒng)按照信號流程主要分為以下4部 分:1)稱重傳感器以及輸出電壓信號;2)差動電壓 放大部分;3)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);4)數(shù)據(jù)處理和顯示部 分(含超值報(bào)警），如圖1所示。

2.電子秤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電子枰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于懸臂梁設(shè)計(jì)，將4只高精 度FB型應(yīng)變片（阻值350Ω)組成全橋方式，上下 表面各貼2片，如圖2所示。當(dāng)托盤上的物體作用 于懸臂梁（鋁質(zhì)）的末端時(shí)，懸臂梁發(fā)生微小彎曲， 其上表面產(chǎn)生拉應(yīng)變，下表面產(chǎn)生壓應(yīng)變，上下表面 的應(yīng)變大小相等符號相反，粘貼在上下表面的應(yīng)變 片也隨之拉伸和縮短，所以能夠得到正負(fù)相間的電 阻值的變化。

3.測量轉(zhuǎn)換電路

電阻應(yīng)變式稱重傳感器包括2個(gè)主要部分，一 個(gè)是彈性敏感元件懸臂梁，利用它將被測的重量轉(zhuǎn) 換為彈性體的應(yīng)變值;另一個(gè)是電阻應(yīng)變片，它作為 傳感元件將彈性體的應(yīng)變，同步地轉(zhuǎn)換為電阻值的 變化。電阻變化量很小，用一般測量電阻的儀表很 難測出，必須采用一定形式的測量電路將微小的電 阻變化率轉(zhuǎn)變成電壓或電流的變化，才能用二次儀 表顯示出來。測量轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。R1、R2、 R3、R4是應(yīng)變片是限流電阻是電橋調(diào)零電 阻。應(yīng)變?nèi)珮蜉敵鲭妷海?/span>

4.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集是電子秤設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。其硬件基礎(chǔ)是 基于PC機(jī)和內(nèi)置其PCI插槽中的高性能數(shù)據(jù)采集 卡 PCI-6204E。PCI-6204E 是美國 NI 公司 E 系 列12位精度數(shù)據(jù)采集卡，最高采樣速率為200 X103 次/秒，它能完成信號采集和轉(zhuǎn)換（A/D)，數(shù)字信號 的模擬輸出（D/A)，以及定時(shí)/計(jì)數(shù)功能，共有16個(gè) 模擬量輸人通道，8位數(shù)字輸人輸出端口，個(gè)24位 計(jì)數(shù)器（用于計(jì)數(shù)和定時(shí)功能），信號調(diào)理器采用的 是 NI 公司的 SCXI( Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation)系列，主要由信號調(diào)理機(jī)箱SCXI - 1000DC，信號調(diào)理模塊SCXI - 1520和前端接口模 塊SCXI-1314構(gòu)成。其連接方式如圖4所示。由 于應(yīng)變?nèi)珮蜉敵龊练夒妷海渲羞€包含靜電和電 磁耦合等共模干擾，而SCXI -1520具有很高的共模 抑制比以及高增益、低噪聲和高輸人阻抗，而且防止 形成零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。它是NI公司的8通道信號調(diào) 理模塊，提供電流激勵、濾波與放大、應(yīng)變組橋等功 能，可以連接熱電阻應(yīng)變計(jì)和直流電壓信號等。前 端接口模塊SCXI - 1314是SCXI -1520信號的前端 接口 。

5.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要基于LabVffiW語言進(jìn)行編 程實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)采用了模塊化子程序設(shè)計(jì)方案。優(yōu) 點(diǎn)是:無論是硬件還是軟件，每一模塊都相對獨(dú)立， 獨(dú)立地進(jìn)行設(shè)計(jì)、研制、調(diào)試和修改，從而使復(fù)雜的 工作得以簡化。各種軟、更件模塊的調(diào)試完成后，再 將它們按照要求連接起來，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳 輸、處理和輸出等功能。該系統(tǒng)子程序有:數(shù)據(jù)采集 子程序、曲線擬合子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子 程序及超限報(bào)警子程序等。程序設(shè)計(jì)流程如圖 5所示。

6.結(jié)論

該醫(yī)用電子秤設(shè)計(jì)完成后，通過增加不同重量的 砝碼來校準(zhǔn)，同時(shí)通過曲線擬合顯示不同砝碼重量和 實(shí)際測量重量的差值，測量對比曲線如圖6所示。結(jié) 果表明，該醫(yī)用電子秤不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對物體重量的精 密測量，并能實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的自動采集、保存、處理， 而且結(jié)構(gòu)簡單，測量準(zhǔn)確，測量精度高，誤差可以控制 在0.05 g，完全可以滿足醫(yī)院稱量中藥制劑所用。