虛擬儀器在汽車(chē)自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

龐敏

摘 要：在汽車(chē)自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)中采用虛擬儀器技術(shù)，創(chuàng)造了具有使用靈活、可配置性強(qiáng)和易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)的汽車(chē)性能檢測(cè)系統(tǒng)。本文對(duì)虛擬儀器進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)虛擬儀器在汽車(chē)自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用背景、測(cè)控技術(shù)、實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；汽車(chē)；自動(dòng)化測(cè)控

引言

隨著計(jì)算機(jī)、軟件及電子技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用已突破了最初的儀器控制盒數(shù)據(jù)采集的范疇，還常常用于控制系統(tǒng)，構(gòu)建大型的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。在電子電氣、裝備自動(dòng)化、能源電力、汽車(chē)等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

1 虛擬儀器簡(jiǎn)介

美國(guó)國(guó)家儀器有限公司于20世紀(jì)80年代成功研制出了虛擬儀器，它的主要思想是利用模塊化硬件載體，結(jié)合靈活高效軟件通過(guò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)儀器功能，用戶(hù)可以通過(guò)友好的圖形界面與一起進(jìn)行交互作用，組建計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，完成測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用，使測(cè)控領(lǐng)域充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展。在虛擬系統(tǒng)中，虛擬儀器軟件具有主導(dǎo)地位，另外還包括計(jì)算機(jī)、硬件接口、傳感器和電纜等。硬件設(shè)備與接口部分主要由虛擬儀器系統(tǒng)與傳感器的接口電路和數(shù)據(jù)傳輸總線組成。虛擬儀器系統(tǒng)的靈活性與可配置性要求傳感器的接口電路能夠適應(yīng)不同的傳感器信號(hào)，當(dāng)需要接入新的傳感器時(shí)只需要通過(guò)編程設(shè)置就可使接口電路能夠滿足傳感器信號(hào)的要求。

虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的對(duì)比如表1：

2 虛擬儀器在汽車(chē)自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用背景

作為虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，Labview在數(shù)據(jù)采集、顯示、信號(hào)處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫嬗袕?qiáng)大的功能，突破了傳統(tǒng)儀器的物理結(jié)構(gòu)和功能限制，對(duì)測(cè)試、測(cè)量領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響。在汽車(chē)電子領(lǐng)域，經(jīng)常需要進(jìn)行各種測(cè)試、測(cè)量實(shí)驗(yàn)。采用傳統(tǒng)儀器進(jìn)行臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，不僅需要投入大量的人力、物力和事件，而且效率低，還有可能造成與實(shí)際汽車(chē)工況不符合的情況。虛擬儀器技術(shù)的研究和應(yīng)用，對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)、制造及測(cè)試具有非常重要的意義。

3 汽車(chē)測(cè)控技術(shù)

通過(guò)基于虛擬儀器的測(cè)控系統(tǒng)對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性能、安全性能、操作性能等進(jìn)行檢測(cè)，并得出檢測(cè)數(shù)據(jù)。汽車(chē)測(cè)控系統(tǒng)的原理：被檢測(cè)物理量（溫度、振動(dòng)、液位、壓力等）通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電量，然后經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路的處理，形成NI數(shù)據(jù)采集模塊能夠接收的電壓、電流或頻率信號(hào)，最后通過(guò)基于Labview的工控系統(tǒng)軟件，利用虛擬儀器面板對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，將數(shù)據(jù)處理結(jié)果反饋給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

4 虛擬儀器在汽車(chē)自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 用于儀表檢測(cè)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷提高，汽車(chē)工業(yè)的得到了快速發(fā)展，汽車(chē)制造量連年增長(zhǎng)，同時(shí)，汽車(chē)儀表的生產(chǎn)也越來(lái)越多，這就帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題：如何解決大批量汽車(chē)儀表的檢測(cè)工作。另外，由于汽車(chē)儀表的更新?lián)Q代很頻繁，新舊儀表同時(shí)出現(xiàn)的情況很普遍。鑒于汽車(chē)儀表在汽車(chē)整體性能和質(zhì)量中的重要作用，設(shè)計(jì)針對(duì)不同汽車(chē)儀表的檢測(cè)設(shè)備成為當(dāng)務(wù)之急。汽車(chē)儀表檢測(cè)系統(tǒng)的組成如下：硬件組成：包括工控機(jī)、數(shù)字I/O通道、信號(hào)接線盒、數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換板卡、自制的可編程網(wǎng)絡(luò)電阻、供電電源以及被檢測(cè)的汽車(chē)各種儀表等；軟件組成：采用Labview平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)；測(cè)試平臺(tái)組成：由各功能模塊切換鍵和汽車(chē)儀表板的模擬顯示界面（如速度表、轉(zhuǎn)速表、水溫表、燃油表、里程指示以及各種報(bào)警和開(kāi)關(guān)信號(hào)等信息顯示）兩部分組成。

4.2 用于車(chē)內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)。

虛擬儀器用于車(chē)內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)后，改變了傳統(tǒng)車(chē)內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試范圍，使車(chē)內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)不僅僅停留在記錄一般數(shù)據(jù)和報(bào)警的水平，還能記錄和分析車(chē)內(nèi)各種傳感器所傳輸?shù)男畔?，這就需要汽車(chē)制造公司加強(qiáng)對(duì)車(chē)內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)可靠性、便捷性等研究與開(kāi)發(fā)。美國(guó)B&B公司通過(guò)將各種不同信號(hào)調(diào)理模塊嵌入相應(yīng)的SCXI機(jī)箱，然后經(jīng)過(guò)Labview程序?qū)⒉杉男盘?hào)采集并處理、整合，這充分顯示了虛擬儀器在測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)用的靈活性。美國(guó)B&B公司在Labview和PXI/SCXI的研究基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出的車(chē)內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)，它秉承了PXI/SCXI的靈活性和可升級(jí)性，使虛擬儀器在車(chē)內(nèi)測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值得到充分體現(xiàn)。

4.3 用于汽車(chē)安全檢測(cè)領(lǐng)域

目前，國(guó)內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行將虛擬儀器應(yīng)用在汽車(chē)安全性能檢測(cè)領(lǐng)域的研究工作，這些機(jī)構(gòu)所研究的儀器往往只是針對(duì)汽車(chē)安全性能檢測(cè)的某一具體方面，并沒(méi)有真正體現(xiàn)出虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，而且，大多還處于實(shí)驗(yàn)室研制階段。伴隨著虛擬儀器技術(shù)的逐漸成熟以及汽車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)功能需求的不斷擴(kuò)大，將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)檢測(cè)領(lǐng)域?qū)⒃诤艽蟪潭壬洗龠M(jìn)檢測(cè)設(shè)備的發(fā)展。具體應(yīng)用實(shí)施如下：

首先分析汽車(chē)安全性能檢測(cè)項(xiàng)目的要求，然后根據(jù)需要確定總體設(shè)計(jì)方案。

基于虛擬儀器設(shè)計(jì)思想對(duì)系統(tǒng)硬件單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)的選擇、數(shù)據(jù)采集硬件單元的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸硬件單元的設(shè)計(jì)以及硬件系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)等。

確定軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，利用Labview進(jìn)行虛擬儀器應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)以及利用C語(yǔ)言完成單片機(jī)程序的開(kāi)發(fā)。

利用所研制的多功能汽車(chē)安全性能檢測(cè)虛擬儀器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)制動(dòng)性能和汽車(chē)玻璃透光率的檢測(cè)功能，對(duì)所研制的虛擬儀器系統(tǒng)的實(shí)用性進(jìn)行驗(yàn)證。

對(duì)硬件系統(tǒng)的調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行校準(zhǔn)與標(biāo)定；對(duì)利用所研制的虛擬儀器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的汽車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)和玻璃透光率檢測(cè)進(jìn)行校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

虛擬儀器技術(shù)與汽車(chē)測(cè)試技術(shù)的結(jié)合，具有極大的發(fā)展空間。汽車(chē)測(cè)試不斷向多量化、高精度、高效率、自動(dòng)化方向發(fā)展，而基于虛擬儀器的各種測(cè)試系統(tǒng)也正在不斷被提出并應(yīng)用和完善。虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用將對(duì)汽車(chē)測(cè)試系統(tǒng)的研究提供更大的便利和發(fā)展空間。

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