基于虛擬儀器的車速表檢驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化檢定系統(tǒng)

張聰 袁雪松 吳湘

摘 要：為便于對(duì)滾筒式車速表檢驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢定，提高檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性，研制開(kāi)發(fā)一套基于虛擬儀器技術(shù)的自動(dòng)化檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件部分主要由激光光電開(kāi)關(guān)、數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī)PC構(gòu)成，上位機(jī)軟件基于LabVIEW平臺(tái)開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了參數(shù)設(shè)置、指令發(fā)送、過(guò)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)顯示以及測(cè)量報(bào)告輸出等功能。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器;LabVIEW;車速表;計(jì)量檢定;轉(zhuǎn)速測(cè)量;自動(dòng)化;

中圖分類號(hào)：TP21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2019）10-00-02

0 引 言

滾筒式機(jī)動(dòng)車車速表檢驗(yàn)臺(tái)是一種以滾筒模擬路面，利用車輪與滾筒在無(wú)相對(duì)滑移時(shí)線速度一致的原理，通過(guò)與滾筒同步的轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量機(jī)動(dòng)車車速，并與機(jī)動(dòng)車車速表指示值進(jìn)行比較的設(shè)備。

根據(jù)JJG 909-2009《滾筒式車速表檢驗(yàn)臺(tái)檢定規(guī)程》規(guī)定，在對(duì)滾筒式車速表檢驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行檢定時(shí)，需要將機(jī)動(dòng)車緩慢地駛?cè)胲囁贆z驗(yàn)臺(tái)，使機(jī)動(dòng)車驅(qū)動(dòng)輪置于前后滾筒之間，并與前后滾筒可靠地接觸，驅(qū)動(dòng)車速檢驗(yàn)臺(tái)滾筒使其穩(wěn)速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)車速檢驗(yàn)臺(tái)示值在30 km/h，40 km/h，60 km/h時(shí)，分別記錄車速檢驗(yàn)臺(tái)顯示儀表示值和轉(zhuǎn)速表（或測(cè)速儀）示值。顯然，滾筒轉(zhuǎn)速的測(cè)量是檢定方法中的關(guān)鍵步驟。在現(xiàn)行檢定方法中，往往使用單獨(dú)的轉(zhuǎn)速表，整個(gè)檢定過(guò)程/裝置整體性較差、智能化程度低。因此，有必要研發(fā)針對(duì)滾筒式車速表檢驗(yàn)臺(tái)的智能化檢定系統(tǒng)。

針對(duì)上述要求，本文研制開(kāi)發(fā)了基于虛擬儀器技術(shù)的車速表檢驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)由光電開(kāi)關(guān)觸發(fā)產(chǎn)生電信號(hào)，經(jīng)由數(shù)據(jù)采集卡采集，最終在上位機(jī)軟件上處理并輸出相應(yīng)格式的電子原始記錄文件。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及硬件配置

系統(tǒng)硬件主要包括激光光電開(kāi)關(guān)、數(shù)據(jù)采集卡以及上位機(jī)PC。系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖1所示。

其中，激光光電開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)速信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)理。該光電開(kāi)關(guān)采用4芯航空插頭，包含NC（空）、VCC（5 V電源）、GND（地）和TTL（信號(hào)輸出）4個(gè)引腳，可直接與后續(xù)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行連接。激光光電開(kāi)關(guān)的光束集中，可測(cè)距離達(dá)到米量級(jí)，提高了測(cè)量的方便性。當(dāng)未接收到反射光時(shí)，光電開(kāi)關(guān)TLL引腳持續(xù)輸出高電平;當(dāng)接收到反射信號(hào)時(shí)，輸出低電平。光電開(kāi)關(guān)測(cè)量轉(zhuǎn)速的輸出信號(hào)示意如圖2所示。

數(shù)據(jù)采集卡選型時(shí)兼顧車速表檢驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)檢定的便攜性以及測(cè)速系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，最終選擇NI公司USB-6341型板卡。該板卡是基于USB接口的NI X系列多功能DAQ設(shè)備，可同時(shí)雙向傳輸模擬、數(shù)字和計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)。在本文系統(tǒng)中，使用板卡中的引腳32（GND）、引腳77（板卡內(nèi)置計(jì)時(shí)器1的信號(hào)輸入）以及引腳96（5 V電源）。引腳96、引腳32分別與激光光電開(kāi)關(guān)的電源、地連接，引腳77與光電開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)相連。

上位機(jī)PC采用一款Windows平臺(tái)的平板電腦，整個(gè)系統(tǒng)比較輕便，其硬件組成如圖3所示。

2 上位機(jī)軟件

系統(tǒng)上位機(jī)軟件基于LabVIEW平臺(tái)開(kāi)發(fā)，采用基于“隊(duì)列”的模塊化設(shè)計(jì)思路，基本框圖如圖4所示。

主界面程序提供整個(gè)系統(tǒng)的UI界面，硬件參數(shù)配置模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集卡的硬件配置，可對(duì)普通用戶屏蔽。

基本信息模塊提供原始記錄基本信息的輸入界面，包括送檢單位、設(shè)備名稱、制造商、型號(hào)規(guī)格、檢定日期、檢定地點(diǎn)、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等。

轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊是軟件系統(tǒng)的核心部分，首先需要手動(dòng)輸入滾筒直徑的測(cè)量值，確認(rèn)后開(kāi)始測(cè)量轉(zhuǎn)速。檢定人員將零值誤差、零點(diǎn)漂移以及示值手動(dòng)輸入到軟件中，示值也可根據(jù)規(guī)程預(yù)置。車速臺(tái)滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，軟件實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)速并換算為速度，點(diǎn)擊按鈕用以記錄當(dāng)前速度值。完成三組測(cè)量點(diǎn)后，數(shù)據(jù)將被保存以供后續(xù)生成原始記錄調(diào)用。

生成原始記錄模塊則根據(jù)前述步驟存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的誤差計(jì)算，并以Excel文件形式輸出符合規(guī)程要求的電子原始記錄。上位機(jī)軟件界面如圖5所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文研制開(kāi)發(fā)的虛擬儀器自動(dòng)化檢定系統(tǒng)滿足了車速表檢驗(yàn)臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)檢定需求，通過(guò)激光光電開(kāi)關(guān)將轉(zhuǎn)速信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡以及上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢定和原始記錄自動(dòng)生成等，提高了檢定工作的效率與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

圖5 上位機(jī)軟件界面

參 考 文 獻(xiàn)

[1]華志超，周羊華，周遠(yuǎn)榮.滾筒式車速表檢驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)檢定裝置研究探索[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2019（4）：70-71.

[2]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG 909-2009，滾筒式車速表檢驗(yàn)臺(tái)檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2009.

[3]賈艷麗.基于虛擬儀器的功放參數(shù)測(cè)試儀設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012，2（5）：39-42.

[4]劉捷.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016，6（7）：83-85.

[5]楊藤.虛擬儀器在計(jì)量測(cè)試中的應(yīng)用[J].電子測(cè)試，2017（7）：88-89.

[6]馬渝翔，張向慧，弓宇.基于虛擬儀器的減速器試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2017（1）：98-102.

[7]王勇，王梨英.基于光電傳感器的速度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017，13（30）：242-243.

[8]鐘陽(yáng)，王勇.滾筒式車速表檢驗(yàn)臺(tái)示值誤差測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2013，40（11）：75-76.

[9]戴曉鋒.車速表檢驗(yàn)臺(tái)示值誤差測(cè)量值不確定度評(píng)定方法探究[J].汽車與安全，2016（9）：78-81.

[10]趙立增，王宏超，龐建輝，等.利用車速表鑒定車速問(wèn)題研究[J].中國(guó)刑警學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（3）：35-36.