基于LabVIEW的汽車燃油流量模擬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊亞萍，田國望

（西安航空學(xué)院 車輛工程學(xué)院，陜西 西安 710077）

基于LabVIEW的汽車燃油流量模擬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊亞萍，田國望

（西安航空學(xué)院 車輛工程學(xué)院，陜西 西安 710077）

文章提出基于LabVIEW的汽車燃油流量模擬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用水泵模擬燃油泵，通過調(diào)節(jié)水泵流量的大小，將流量傳感器檢測(cè)信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集卡傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)汽車燃油流量大小的實(shí)時(shí)顯示，便于駕駛員及時(shí)改變駕駛方法，從而達(dá)到降低油耗的目的。

汽車燃油流量；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；流量傳感器；LabVIEW

Abstract:The proposed analog monitoring system for vehicle fuel flow utilize water pump to simulate the oil pump. By adjusting the pump flow, the volume of vehicle fuel flow can be displayed in real-time after the signal from flow sensor was transferred to the computer through the data acquisition card. The system can help driver change their driving styles in time for the purpose of reducing fuel consumption.

Keywords: Vehicle Fuel Flow; Analog Monitoring System; LabVIEW; flow sensor

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-13-03

引言

目前大多數(shù)轎車上使用的汽車燃油表仍然是三刻度式儀表，由于使用的油量傳感器的限制，只能讓駕駛?cè)藛T定性地了解油箱內(nèi)剩余的燃油量，毫無精度可言?；?LabVIEW的汽車燃油流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可讓駕駛員根據(jù)顯示屏上的瞬時(shí)油量數(shù)值確認(rèn)實(shí)時(shí)油量的變化情況，及時(shí)改變駕駛方法，從而達(dá)到降低油耗的目的。

LabVIEW 是基于虛擬儀器技術(shù)的圖形化編程語言和專業(yè)的仿真測(cè)控開發(fā)環(huán)境。虛擬儀器的出現(xiàn)可以說是儀器發(fā)展的一次飛躍，它是電子儀器與計(jì)算機(jī)技術(shù)更深層次的結(jié)合。利用該技術(shù)，可以更好的發(fā)揮計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理功能和圖形界面功能，大大簡(jiǎn)化測(cè)試設(shè)備，方便觀察測(cè)試結(jié)果，并可對(duì)采集到的信息進(jìn)行各種分析、處理，也有利于系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展和完善。

1 虛擬儀器技術(shù)概述

虛擬儀器的本質(zhì)是通過計(jì)算機(jī)所編寫的軟件程序?qū)⒅悄芑?jì)算機(jī)軟件和高效功能化的模塊硬件緊密的聯(lián)系在一起，由計(jì)算機(jī)、模塊化功能硬件和應(yīng)用軟件三部分組成。計(jì)算機(jī)是通用計(jì)算機(jī)，包括微處理器、儲(chǔ)存器和顯示器等，主要用來提供實(shí)時(shí)高效的數(shù)據(jù)處理；硬件是虛擬儀器工作的基礎(chǔ)，主要是完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的采集、傳輸和測(cè)量。

虛擬儀器技術(shù)的核心就是利用計(jì)算機(jī)的硬/軟件資源，使本來需要硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化（虛擬化），最大限度地降低了系統(tǒng)成本，增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能性和靈活性。使用者能夠隨時(shí)通過圖形的界面來操作計(jì)算機(jī)，定義自己實(shí)驗(yàn)所需要使用的儀器和控件功能。

2 模擬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件組成與設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件組成如圖1所示，利用水泵模擬燃油泵對(duì)燃油進(jìn)行輸送，通過調(diào)節(jié)開關(guān)控制水泵的流量大小。用霍爾式流量傳感器采集由調(diào)節(jié)開關(guān)控制下的不同流量信號(hào)，并將其輸送給數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡將傳感器采集到的脈沖信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)。利用 LabVIEW 虛擬面板實(shí)時(shí)顯示流量傳感器的信號(hào)和流量的大小。同時(shí)，在實(shí)時(shí)流量超過設(shè)置流量上限的時(shí)候發(fā)生報(bào)警。

圖1 系統(tǒng)硬件組成框圖

2.2 流量信號(hào)測(cè)試

YF-S401霍爾式流量傳感器是一種新型先進(jìn)的液體流量監(jiān)測(cè)敏感元器件，它采用的是霍爾效應(yīng)原理，其參數(shù)如表 1所示。在管路中接通霍爾式流量傳感器，使其供電工作，水流通過傳感器時(shí)會(huì)帶動(dòng)其磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子切割磁力線，輸出高、低脈沖電平，由于磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與水流量大小成正比關(guān)系，單位時(shí)間內(nèi)霍爾元件輸出脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)與磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，因此，只要測(cè)出單位時(shí)間內(nèi)輸出脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，就可以得到流量大小。具體設(shè)計(jì)思路如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路圖

表1 YF-S401傳感器參數(shù)

2.3 數(shù)據(jù)采集卡

本設(shè)計(jì)采用USB-6009數(shù)據(jù)采集卡，它具備8路模擬輸入通道，14位分辨率，12條數(shù)字I/O線，2路模擬輸出通道，1個(gè)計(jì)數(shù)器，完全滿足本測(cè)試系統(tǒng)的硬件要求。

3 LabVIEW編程

LabVIEW是一種圖形化編程語言，是用圖標(biāo)代碼來代替編程語言創(chuàng)建應(yīng)用程序的執(zhí)行，它使用數(shù)據(jù)流編程方法來描述程序的執(zhí)行，用圖標(biāo)和連線來代替文本的形式編寫程序。編程簡(jiǎn)單，操作方便。

3.1 虛擬面板設(shè)計(jì)

前面板的設(shè)計(jì)分為了兩部分，如圖3所示。左邊為輸入，右邊為輸出。輸入部分主要完成DAQ通道的設(shè)置，設(shè)定PFI0端口為計(jì)數(shù)器觸發(fā)端，下降沿有效，計(jì)數(shù)方向選擇向上計(jì)數(shù)。輸出部分，主要顯示傳感器的測(cè)試信號(hào)、油量變化、總油量等。

同時(shí)為了使駕駛員能夠更好的實(shí)時(shí)了解汽車燃油流量的變化情況，及時(shí)改變汽車的駕駛方法，添加一個(gè)實(shí)時(shí)流量的報(bào)警裝置，其作用是當(dāng)實(shí)時(shí)流量超過設(shè)定的流量值時(shí)，報(bào)警燈就會(huì)發(fā)生報(bào)警。

圖3 汽車燃油流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)虛擬面板設(shè)計(jì)

3.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

1）通道設(shè)置

圖4 通道設(shè)置

如圖4所示，通過“函數(shù)”→“測(cè)量I/O”→“DAQmx-數(shù)據(jù)采集”→“DAQmx創(chuàng)建虛擬通道”→“計(jì)數(shù)器輸入”→“邊沿計(jì)數(shù)”，在DAQmx中創(chuàng)建虛擬通道。

2）信號(hào)采集子程序

采用 while循環(huán)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)時(shí)地采集脈沖信號(hào)，并經(jīng)過計(jì)算顯示流量和總油量，單位時(shí)間為0.1s。

①總油量的計(jì)算：由傳感器的參數(shù)得知，流過 1L液體所得到的脈沖個(gè)數(shù)是5880個(gè)，所以總的油量就是采集到的脈沖個(gè)數(shù)除以5880。

②流量的計(jì)算：流過1L液體的脈沖個(gè)數(shù)是5880個(gè)，因此用所采集到當(dāng)前循環(huán)內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)除以 5880就是在0.1s內(nèi)所流過液體的體積。

當(dāng)進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的時(shí)候，通過移位寄存器用下一個(gè)循環(huán)采集到的脈沖個(gè)數(shù)減去上一個(gè)循環(huán)的脈沖個(gè)數(shù)，就是當(dāng)前循環(huán)所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)。程序如圖5所示。

圖5 信號(hào)采集子程序

③報(bào)警子程序

當(dāng)流量超過設(shè)置的上限（1.5L）時(shí)，報(bào)警燈變紅，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

圖6 報(bào)警子程序

4 系統(tǒng)調(diào)試

連接硬件電路，傳感器接5V電源，水泵接12V電壓，水泵輸出端口與傳感器的輸入端連接，傳感器的輸出端接數(shù)據(jù)采集卡的PFI0端，將采集卡輸出通過USB口與計(jì)算機(jī)連接。調(diào)節(jié)水泵開關(guān)，接通電源，傳感器的輸出脈沖波形、流量實(shí)時(shí)曲線、總流量實(shí)時(shí)曲線波形圖如圖7所示。

圖7 正常工作虛擬面板顯示圖

適時(shí)調(diào)節(jié)水泵開關(guān)，增大流量，單位時(shí)間內(nèi)傳感器輸出波形個(gè)數(shù)增加，一旦超過流量設(shè)置上限，報(bào)警燈會(huì)自動(dòng)報(bào)警。波形顯示如圖8所示。

圖8 增大流量虛擬面板顯示圖

5 結(jié)論

基于 LabVIEW的汽車燃油流量模擬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，充分發(fā)揮了虛擬技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單、功能完善、界面直觀、性價(jià)比高等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示、數(shù)據(jù)的監(jiān)控報(bào)警等功能，便于駕駛員及時(shí)了解燃油量情況，并做出及時(shí)反應(yīng)，從而降低燃油的油耗。

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The Design of Analog Monitoring System for Vehicle Fuel Flow Based On LabVIEW

Yang Yaping, Tian Guowang
( School of vehicle engineering, Xi'an aviation college, Shaanxi Xi'an 710077 )

U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)18-13-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.005

楊亞萍（1972-），女，碩士，副教授，就職于西安航空學(xué)院 車輛工程學(xué)院。從事測(cè)控技術(shù)研究。