Beetle 树莓派RP2350 - 步进电机的 LabVIEW 控制与应用

Beetle 树莓派RP2350 - 步进电机的 LabVIEW 控制与应用

🧭 本文先容了 DFRobot Beetle RP2350 开辟板使用 LabVIEW 上位机串口发送指令，实现步进电机 单步 和 连续 旋转指定角度的项目设计。进一步联合具体的应用场景，设计了开辟板与仪器的团结调用、进而实现数据自动收罗的应用案例。
项目先容

🌎 在前面关于串口发送 json 指令使 RP2350 通过 ULN2003 驱动 28BYJ-48 步进电机旋转指定角度的项目设计的根本上，使用 LabVIEW 上位机串口发送指令，实现步进电机旋转指定角度。
LabVIEW 先容

🗺️ LabVIEW （Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是 National Instruments（NI）公司开辟的一种图形化编程语言。重要用于数据收罗、仪器控制、工业自动化以及测试丈量体系的开辟。
🔊 2023年，NI 被艾默生电气（Emerson）收购。
⭐ 关键组件

• 前面板（Front Panel）
  用户交互界面，包罗按钮、图表、指示灯等控件。
  
• 步伐框图（Block Diagram）
  图形化编程地区，通过连线连接函数、布局和子VI。
  
• VI（Virtual Instrument）
  LabVIEW步伐的根本单元，每个VI包罗前面板和步伐框图，可嵌套使用。
  
• 工具包与模块
  
  
  
  • DAQmx：数据收罗驱动；
    
  • Vision Development Module：呆板视觉处置惩罚；
    
  • LabVIEW NXG：新一代Web化设计工具。
    
  
  

详见：艾默生旗下测试和丈量体系 - NI .
情况设置

✏️ 下载并安装最新完整版 LabVIEW ；
💡 安装时注意 VISA 串口驱动器的安装，后续测试将调用该模块。
工程设计

🛠️ 先容了 LabVIEW 软件工程创建与步伐设计的流程，实现上位机编写、旋转角度的串口发送、状态表现等。
1 单步控制

🎨 功能实现

• 串口发送 json 格式的角度值；
  
• 打印发送和吸收的数据至前面板；
  
• 表现旋转状态（静止或活动）等。
  

前面板

步伐框图

功能实现

🔔 步伐使用步调

• 选择目标串口对应的端标语，设置波特率等信息；
  
• 点击运行按钮，自动打开串口；
  
• 输入目标旋转角度值，点击 Send 发送按钮；
  
• 字符面板表现发送和吸收的信息；
  
• State 指示灯将在完成旋转任务后（收到 OK）闪灼一次；
  

🐳 参考：Labview 自动化测试信息转JSON字符串 、基于LabView开辟的串口助手 、利用VISA举行串口通讯 .
2 连续控制

✈️ 在实现单步控制的根本上，先容了循环发送旋转角度指令，进而实现连续旋转的控制。
子VI界说

🐠 为了方便连续控制并旋转指定角度，接纳模块化设计，界说步进电机旋转子 VI 步伐。
前面板

步伐框图

功能实现

• 输入端口：串口设置参数 (波特率等)、步进电机的旋转速率 velocity 和目标旋转角度 angle ；
  
• 运行步伐；
  
• 待检测到串口反馈回 OK 字样，表明任务实行完毕；
  
• 打印字符串，点亮 State 状态指示灯。
  

连续运行

🌻 利用模块化设计的旋转子 VI 步伐，联合 while 循环实现连续旋转控制。
前面板

步伐框图

功能实现

• 串口设置参数 (波特率等)；
  
• 运行步伐；
  
• 单步运行：
  
  
  
  • 输入旋转速率 velocity 和目标旋转角度 angle ；
    
  • 点击 Go To 按钮；
    
  • 待字符串面板表现 OK ，完成单步运行流程 .
    
  
  
• 连续运行：
  
  
  
  • 在步长 Step（单次旋转的角度）、最终必要的角度值 End 、延时 Delay 栏分别输入对应的数值；
    
  • 点击 START 按钮，开始运行步伐；
    
  • Position 表现当前位置、loop 指示灯表现连续运行状态，同时输出提示字符串；
    
  • 待循环竣事，到达目标角度，loop 指示灯熄灭，表明连续运行竣事。
    
  
  
• 点击 Terminate 按钮停止步伐。
  

应用案例

☘️ 先容了开辟的 LabVIEW 上位机步进电机控制体系 的应用案例。
案例一：自动数据收罗装置

实行中通常使用二分之一波片或中性密度滤光片（Neutral Density, ND）实现光束的强度和光功率的调治。
   也可以通过旋转起偏器或检偏器实现光强的精细调治
  

    参考：二分之一波片的四种用法 .
  方案先容

使用 LabVIEW 上位机通过串口向单片机循环发送指令，精确控制步进电机的旋转角度，进而呆板驱动波片旋转，实现光强的精确控制。
🍆 先容了两种实现光功率调治的方案，分别是接纳二分之一波片和 ND 滤波片的办理方案。
工作原理

先容旋转二分之一波片实现光强控制的根本原理。
🍓 马吕斯 (E. L. Malus) 定律
                                    I                         =                                   I                            0                                  ⋅                                              cos                               ⁡                                      2                                  θ                               I = I_0\cdot \cos^2{\theta}                   I=I0​⋅cos2θ

联合本项目设计，使用 LabVIEW 控制单片机驱动步进电机，进而旋转波片，实现光强的精确控制。
中性密度滤光片

ND 滤光片大抵分为两种

• 不连续变革 🍿
  

详见：Round, Step-Variable, Metallic Neutral Density Filters

• 连续变革 🍟
  

详见：Round Continuously Variable Metallic Neutral Density Filters .
🍸 两种滤波片均可通过控制旋转角度，调解光斑入射至 ND 的相对位置，进而实现光强的精确调控。
数据收罗

实行室中的光强数据收罗通常由 光敏探头 联合 光功率计 完成

参考：Power Meter Kits - Thorlabs .
🍦 或使用光电探测器(PD)、雪崩探测器 (APD)、光电倍增管 (PMT)、CCD 传感器等。

参考：平衡光电探测器 、光电倍增管 、雪崩光电二极管 、CCD .
💡 这里使用混入噪声的锯齿波模仿旋转 ND 时，光强信号的变革。
项目工程

🛎️ 先容了 LabVIEW 上位机团结调用装备实现自动化数据收罗的项目设计，包罗面板设计、步伐框图、功能实现等。
前面板

步伐框图

功能实现

• 选择目标串口对应的端标语，设置波特率等信息；
  
• 点击运行按钮，自动打开串口；
  
• 单次运行：
  (1)输入目标旋转角度值；
  (2)点击 Go To 按钮，字符面板表现发送和吸收的信息；
  (3) Running 指示灯表现旋转状态（运行时点亮，静止时熄灭）；
  
• 连续运行：
  (1)输入步长、目标角度、延时、文件生存路径；
  (2)点击 START 按钮开始运行；
  (3)及时表现位置、循环状态、提示字符串；
  (4)表现数据与角度演化曲线；
  (5)运行竣过后，曲线数据自动生存至目标路径。
  
• 点击 Terminate 按钮停止步伐。
  

效果演示

🎸 参数设置完成后点击 START 按钮运行步伐

数据生存样式

🌌 至此完成了 RP2350 开辟板联合 LabVIEW 上位机实现自动数据收罗的项目。
案例二：自动雨刷（自动撑伞装置、自动浇水器、自动换水鱼缸）

❄️联合雨滴传感器、土壤湿度传感器、水位传感器、光强传感器等，当检测到传感器模仿信号变革或到达阈值，旋转步进电机实现力矩通报和呆板驱动目标装置，实现摆动、进动、旋动、开关等操作，自动完成设定任务。

总结

⛱️ 本文先容了 DFRobot Beetle RP2350 开辟板使用 LabVIEW 上位机串口发送指令，实现步进电机 单步 和 连续 旋转指定角度的项目设计。
🎯 进一步联合具体的应用场景，设计了开辟板与仪器的团结调用、进而实现数据自动收罗的应用案例。
🎨 联合其他应用场景，有针对性地提出了工程设计思绪与办理方案。
上述体系性的测试为电机驱动等相关类似项目提供了新思绪，也为该型号开辟板的应用提供了具有 LabVIEW 上位机控制的一系列有代价的参考。