普通運(yùn)動(dòng)控制卡在LabVIEW平臺(tái)上的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：LabVIEW;運(yùn)動(dòng)控制卡;動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

一、引言

　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments）推出一種基于圖形語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境，編程非常方便，人機(jī)交互界面直觀友好，用戶可以創(chuàng)建獨(dú)立的可執(zhí)行文件，能夠脫離開發(fā)環(huán)境而單獨(dú)運(yùn)行，是目前最流行的虛擬儀器編程平臺(tái)，廣泛應(yīng)用于測(cè)試測(cè)量、過(guò)程控制、實(shí)驗(yàn)室研究與自動(dòng)化等方面。

　　在運(yùn)動(dòng)控制方面，LabVIEW有專門的運(yùn)動(dòng)控制模塊，并且NI公司為其所有的運(yùn)動(dòng)控制卡配備相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，可以方便實(shí)現(xiàn)即插即用功能。如果用戶所使用的板卡不是NI公司的產(chǎn)品，又沒有提供與LabVIEW兼容的驅(qū)動(dòng)程序，就不能為L(zhǎng)abVIEW所用。但是LabVIEW能夠通過(guò)調(diào)用Windows32動(dòng)態(tài)連接庫(kù)（Dynamic Link Library，簡(jiǎn)稱DLL）來(lái)編寫與LabVIEW兼容的驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)控制卡在LabVIEW環(huán)境下二次開發(fā)，不僅可以大大降低成本、縮短開發(fā)周期，而且可以使界面美觀。

二、應(yīng)用背景

　　筆者在參與某二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)仿真項(xiàng)目的研制過(guò)程中，選用深圳眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的ADT850型四軸運(yùn)動(dòng)控制卡，該型號(hào)的卡提供多種版本W(wǎng)indows下的驅(qū)動(dòng)程序和在BorlandC++3.1、VB和VC等多種環(huán)境下開發(fā)所需的函數(shù)庫(kù)。雖然在這些編程環(huán)境中很容易實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)控制，但是，如果要開發(fā)出一個(gè)美觀的人機(jī)交互界面，將會(huì)有很大一部分時(shí)間花在程序主界面的編寫上。為此，我們利用LabVIEW強(qiáng)大的界面編輯功能以及它能夠調(diào)用Windows32動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的特點(diǎn)，首先在VC編譯環(huán)境中編譯出運(yùn)動(dòng)控制所需要的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件，然后在LabVIEW環(huán)境中編寫程序主界面，最后在LabVIEW框圖程序中調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件來(lái)編寫所需的運(yùn)動(dòng)控制程序。其主要過(guò)程如圖1所示。

圖1 DLL生成與LabVIEW調(diào)用

三、程序設(shè)計(jì)

　　LabVIEW具有強(qiáng)大的外部接口能力，可用的外部接口包括：DDE、CIN、DLL、MATLAB Script以及HiQ Script等，其中DLL是其常用的外部接口。

　　3.1 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）的編寫

　　DLL是基于Windows程序設(shè)計(jì)的一個(gè)非常重要的組成部分。DLL的編制與具體的編程語(yǔ)言及編譯器無(wú)關(guān)，只要遵守DLL的開發(fā)規(guī)范和編程策略，并安排正確的調(diào)用接口，不管用何種編程語(yǔ)言編制的DLL都具有通用性，這就給我們編寫通用的DLL帶來(lái)了很大的方便。

　　針對(duì)LabVIEW調(diào)用DLL的特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)控制的復(fù)雜性，我們所編寫的通用DLL中必須包含多個(gè)可供調(diào)用的函數(shù)，這些函數(shù)都調(diào)用運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)庫(kù)中的一個(gè)或多個(gè)函數(shù)，DLL中每個(gè)可供調(diào)用的函數(shù)都對(duì)應(yīng)著某一具體任務(wù)，稱其為功能函數(shù)。DLL中的功能函數(shù)主要有：板卡初始化函數(shù)、運(yùn)行條件初始化函數(shù)、兩軸運(yùn)行狀態(tài)函數(shù)、兩軸位置函數(shù)、脈沖發(fā)送函數(shù)、兩軸伸長(zhǎng)計(jì)算函數(shù)、停止運(yùn)行函數(shù)、歸零函數(shù)以及板卡結(jié)束運(yùn)行函數(shù)等，每個(gè)功能函數(shù)一般都有自己獨(dú)立的接口。

　　功能函數(shù)確定以后，在Visual C++6.0編譯器中建立一個(gè)Win32 Dynamic-Link Library文件，添加上運(yùn)動(dòng)控制卡隨帶的運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)庫(kù)文件后，即可編譯成我們所需要的DLL文件。

　　3.2 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的調(diào)用

　　LabVIEW中動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的調(diào)用是通過(guò)CLF（Call Library Function）節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的，CLF節(jié)點(diǎn)位于LabVIEW功能模板中的Advanced子模板中。

　　在LabVIEW中調(diào)用DLL時(shí)，則應(yīng)根據(jù)應(yīng)用程序的需要，確定參數(shù)個(gè)數(shù)和參數(shù)類型及調(diào)用規(guī)則，然后在LabVIEW中正確地配置DLL。首先從Advanced子模板中選擇Call Library Function Node圖標(biāo)并將其拖放到Diagram面板中適當(dāng)位置，然后右鍵單擊它，在彈出的菜單選項(xiàng)中選擇Configer…彈出Call Library Function對(duì)話框。在此對(duì)話框中，第一個(gè)參數(shù)Library Name or Path中填入需要調(diào)用的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)文件的文件名和路徑;第二個(gè)參數(shù)Function Name是連接庫(kù)中要調(diào)用的函數(shù)名稱;第三個(gè)參數(shù)Calling Conventions是對(duì)DLL的調(diào)用規(guī)則，可選擇C或stdcall，該項(xiàng)的選擇應(yīng)與用C++語(yǔ)言編寫的動(dòng)態(tài)庫(kù)的編譯模式相一致。如果C++的調(diào)用方式為extern “C” declspec（dllexport），那么Calling Conventions的選項(xiàng)為“C”，如果調(diào)用方式為extern declspec（dllexport）stdcall，則Conventions的選項(xiàng)為默認(rèn)值“stdcall”，否則發(fā)生不可預(yù)見的錯(cuò)誤而退出程序。接下來(lái)的Parameter和Type分別是參數(shù)名稱和參數(shù)類型，表示函數(shù)返回類型。左擊Add a Parameter After按鈕，又多出了Data Type和Pass兩項(xiàng)，它們分別是數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換和參數(shù)傳遞方式，這是配置所調(diào)用函數(shù)形參所必須的選項(xiàng)。

　　3.3 程序?qū)崿F(xiàn)

　　根據(jù)以上所編寫的功能函數(shù)配置好CLF節(jié)點(diǎn)的參數(shù)個(gè)數(shù)及其數(shù)據(jù)類型后，也就設(shè)置好了CLF節(jié)點(diǎn)的輸入輸出端口。每一個(gè)功能函數(shù)對(duì)應(yīng)著相應(yīng)功能的CLF節(jié)點(diǎn)，我們可是像使用其它函數(shù)節(jié)點(diǎn)一樣來(lái)應(yīng)用這些CLF節(jié)點(diǎn)。針對(duì)某型二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制的特殊性，要求這兩個(gè)自由度完全獨(dú)立，互不相關(guān)，這就不能采用多軸插補(bǔ)函數(shù)進(jìn)行脈沖輸出控制，只能是兩軸分別控制。

　　整個(gè)LabVIEW框圖程序的結(jié)構(gòu)采用順序結(jié)構(gòu)（Sequence Structure），每一順序框都對(duì)應(yīng)某項(xiàng)固定的任務(wù)。圖2中三個(gè)順序框是整個(gè)框圖程序的前三框，從左到右其任務(wù)分別是板卡初始化、板卡驅(qū)動(dòng)成功與否和相關(guān)參數(shù)的初始化及其顯示，相關(guān)參數(shù)初始化順序框中采用While循環(huán)模式等待輸入，只有當(dāng)參數(shù)設(shè)定完成并按下確定鍵后程序才能繼續(xù)往下運(yùn)行。

圖2 程序初始化階段框圖

　　圖3所示是緊接在圖2后面的順序框，也是程序框圖的第四個(gè)順序框，這是整個(gè)框圖程序的主體部分。順序框中嵌入一個(gè)While循環(huán)，While循環(huán)中又嵌入一個(gè)順序結(jié)構(gòu)，其前一框的作用是運(yùn)動(dòng)模式選擇及運(yùn)動(dòng)控制，這也是整個(gè)程序框圖的核心部分，后一框的作用是數(shù)據(jù)顯示部分。

　　運(yùn)動(dòng)模式選擇包括自由度的選擇和自動(dòng)與手動(dòng)模式選擇。自由度選擇和運(yùn)行模式選擇均采用選擇結(jié)構(gòu)（Case Structure），自由度的選擇結(jié)構(gòu)框內(nèi)又嵌入了運(yùn)行模式選擇結(jié)構(gòu)框，即每個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)都有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式。選擇手動(dòng)方式時(shí)，手動(dòng)位移可以通過(guò)拖動(dòng)前面板上的手動(dòng)進(jìn)度條來(lái)確定，而選擇自動(dòng)方式時(shí)，其運(yùn)行軌跡是一正弦曲線，這條曲線的形狀由所設(shè)定的幅度值、頻率值和相角值來(lái)確定。另外，無(wú)論在哪一種模式下運(yùn)行，都可以通過(guò)調(diào)節(jié)前面板上速度系數(shù)進(jìn)度條來(lái)調(diào)節(jié)兩軸各自的運(yùn)行速度。每個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)控制部分都包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩部分，且都可以按照一般編譯器中的邏輯關(guān)系和數(shù)據(jù)關(guān)系通過(guò)調(diào)用不同的CLF節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)顯示部分主要是實(shí)時(shí)顯示兩自由度的值和對(duì)應(yīng)軸的伸長(zhǎng)值。

圖3 程序核心部分框圖

　　圖4是整個(gè)框圖程序的最后三個(gè)順序框，其中，前一框的任務(wù)是得到停止指令后返回兩軸的當(dāng)前位置，并立即發(fā)出返回零點(diǎn)位置的指令;中間一框中嵌入了一個(gè)While循環(huán)，目的是循環(huán)檢測(cè)并顯示兩軸的運(yùn)行狀態(tài)以及當(dāng)前位置，一旦檢測(cè)到所有軸已經(jīng)回到零點(diǎn)位置并已全部停止運(yùn)行，就自動(dòng)跳出While循環(huán)，開始執(zhí)行最后一框程序，即執(zhí)行板卡結(jié)束運(yùn)行函數(shù)。

圖4 程序結(jié)束階段框圖

　　圖5為程序的前面板，這是程序正常運(yùn)行時(shí)的主控界面也是唯一的界面。在這個(gè)界面上，可以進(jìn)行自由度的選擇、手動(dòng)自動(dòng)的選擇、手動(dòng)位移設(shè)定、自動(dòng)運(yùn)行模式下的正弦軌跡曲線的設(shè)定、兩軸運(yùn)行速度的設(shè)定以及運(yùn)行控制。另外，界面上的兩個(gè)Grphy圖還能實(shí)時(shí)顯示兩自由度變化曲線和兩軸運(yùn)行軌跡曲線，板卡驅(qū)動(dòng)狀態(tài)和兩軸運(yùn)行狀態(tài)的正常與否以三個(gè)指示燈的形式顯示出來(lái)。

圖5 程序主界面

四、結(jié)束語(yǔ)

　　一般來(lái)講，很多運(yùn)動(dòng)控制卡的二次開發(fā)多采用VC++、VB或C++ Builder等編譯軟件編寫，有時(shí)編寫界面就占了程序編寫工作的很大一部分，不利于提高效率。本文利用LabVIEW界面開發(fā)簡(jiǎn)單以及LabVIEW可以調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)等功能，實(shí)現(xiàn)了在LabVIEW平臺(tái)下快速開發(fā)普通運(yùn)動(dòng)控制卡的運(yùn)動(dòng)控制程序。這種方法不僅可以采用價(jià)格相對(duì)較低的普通運(yùn)動(dòng)控制卡，而且能避免繁瑣的界面編程，縮短周期，提高效率，降低成本。本文所引用的程序已在某二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)上通過(guò)測(cè)試并已得到應(yīng)用，運(yùn)行平穩(wěn)、準(zhǔn)確。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：利用LabVIEW調(diào)用通用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的功能，采用新的方法來(lái)對(duì)普通運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行二次開發(fā)，這種新方法不僅可以縮短開發(fā)周期，而且可以降低成本。

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