基于Labview的車輛模擬量信號量采集系統(tǒng)

宋 燁

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

1 引言

1.1 選題背景

隨著汽車電子產(chǎn)品更新速度的加快，汽車電子控制單元的測試方法，周期和可靠性也被稱為影響市場響應(yīng)速度的重要因素。在最初的測試方法中，測試設(shè)備是手動操作的。一方面，測試需要重復(fù)操作。這些操作需要精確細致的工作，既笨拙也不具創(chuàng)新性，且工作量比較大，手工測試不能在短時間內(nèi)完成大量的測試案例，另一方面，手工測試很難捕捉到很多死鎖，資源沖突等錯誤，并且手動測試難以模擬系統(tǒng)較長時間運行來驗證系統(tǒng)穩(wěn)定性。

隨著國內(nèi)自主品牌汽車公司和國內(nèi)外眾多知名汽車電子企業(yè)如西門子、威迪歐在中國的加速發(fā)展，中國汽車電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為不可逾越的重要紐帶。如何保證生產(chǎn)質(zhì)量，開發(fā)一套用于車輛模擬數(shù)字信號采集和檢測的軟件尤為重要。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)自動測試系統(tǒng)在通用性，多樣性和綜合能力方面的考慮較少。它缺乏標準化的設(shè)計標準和系統(tǒng)的頂層設(shè)計分析。標準化和模塊化的基礎(chǔ)相對較差。但經(jīng)過多年的學(xué)習(xí)和吸收國外先進的自動測試技術(shù)，中國先后成功開發(fā)了大量自動測試設(shè)備，如雷達性能綜合檢測系統(tǒng)，現(xiàn)代汽車自動檢測系統(tǒng)，大型發(fā)電機組檢測設(shè)備等，我國在自動化測試技術(shù)方面取得了一定成效。

2 程序設(shè)計

2.1 軟件平臺

NI公司的labview軟件用來作為圖形化軟件開發(fā)平臺，它具有許多強大的動能，包括數(shù)字功能操作、數(shù)據(jù)采集、信號處理等等。它不僅僅是門編程語言，也可以用于開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、分析軟件以及儀器控制。

2.2 數(shù)據(jù)采集流程

程序開始后，電信號通過信號調(diào)理設(shè)備后輸入給數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備，再經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸總線的傳遞將信號傳遞給計算機，計算機的數(shù)據(jù)采集軟件將信號進行記錄和運算。詳見圖1程序流程圖。

圖1 程序流程圖

2.3 系統(tǒng)前面板設(shè)計

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)界面設(shè)計的合理性和人性化，使得大大地增加駕駛員或檢測者觀察數(shù)據(jù)的效率。本次設(shè)計使用選項控制卡，將幾大功能模塊規(guī)劃于一個選項卡中，可以簡單快捷地進入系統(tǒng)中，而且還可方便于其他功能模塊的擴充。如圖2在前面板設(shè)置三個參數(shù)表：油量表、轉(zhuǎn)速表以及車速表給駕駛員直觀地提供此時汽車各參數(shù)值，并相應(yīng)設(shè)置三個報警燈，紅燈亮起表示數(shù)值此時未在合理范圍內(nèi)。設(shè)置波形圖表顯示此時測得的電壓，縱坐標則設(shè)置為幅值。

圖2 采集系統(tǒng)前面板設(shè)計

2.4 系統(tǒng)組成

2.4.1 數(shù)據(jù)采集程序

電壓信號的采集。從測量 I/O-DAQmx-數(shù)據(jù)采集子選板上選用“DAQ助手expressVI”，將其放置到程序框圖面板上，DAQ助手將會自行起動；選擇采集信號-模擬輸入-電壓，選擇物理通道，本文針對USB-6009，遂選擇USB-6009的物理通道，而后彈出express任務(wù)，保持默認設(shè)置，點擊完成。

頻率信號的采集。對于頻率信號的采集，就是在設(shè)定時間內(nèi)采集的脈沖電壓個數(shù)。此時使用另一個 DAQ助手，使用計數(shù)器輸入-邊沿計數(shù)，使用默認設(shè)置，點擊完成。

將電壓及頻率信號在程序框圖通過“合并信號”輸入于波形圖表，使波形圖表能夠同時顯示電壓及頻率信號。

2.4.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

將電壓信號轉(zhuǎn)換為油壓信號，將頻率信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速及車速信號并顯示于前面板控件，利用“判定范圍并強制轉(zhuǎn)換”設(shè)置信號上下限，若超過信號上限，報警燈會發(fā)生響應(yīng)并發(fā)出報警聲。

電壓轉(zhuǎn)換為油壓信號。轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速信號。一個脈沖信號即一轉(zhuǎn)，即測量出一定時間內(nèi)的脈沖信號的個數(shù)，使用“脈沖測量”VI的周期輸出端，取其倒數(shù)，測出脈沖轉(zhuǎn)速。

2.4.3 報警裝置

設(shè)置信號合理范圍，若超出設(shè)定閥值報警燈響應(yīng)并且發(fā)出聲音。利用“判定范圍及強制轉(zhuǎn)換”設(shè)置各參數(shù)的上下限，并且能夠在前面板自由調(diào)節(jié)，使用“非”函數(shù)，若參數(shù)值超過上限值，報警燈響應(yīng)；利用“或”函數(shù)，將各個參數(shù)值輸入于其中并連接于“條件結(jié)構(gòu)”，在“條件結(jié)構(gòu)”的“假”分支中添加“蜂鳴聲”VI，實現(xiàn)若參數(shù)值不在范圍內(nèi)立刻發(fā)出報警聲。

3 硬件方案與實驗測試

3.1 硬件介紹

本次試驗采用的是NI USB-6009數(shù)據(jù)采集卡，它是一款用于USB的14位、48K/S的多功能數(shù)據(jù)采集卡，它采用方便而便于攜帶的總線型設(shè)計，擁有8路12位模擬輸入通道、14位數(shù)字I/O線、2路模擬輸出通道和1個計數(shù)器。

與傳統(tǒng)的頻譜儀直接掃描相比，該數(shù)據(jù)采集卡的優(yōu)點有三方面：第一是它有更高的采樣率，這樣使得頻譜圖的數(shù)據(jù)點大幅增加，以此來繪制出更加精確的頻譜圖；二是多通道可以同時工作，因而可以對多臺頻譜儀或其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，進而形成一套強大的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；三是它具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，可以結(jié)合VC++對數(shù)據(jù)進行進一步的加工，從而可以得到滿足用戶要求的圖形。

3.2 硬件連接

將NI USB-6009通過USB接口與PC機相連接，連接后數(shù)據(jù)采集卡USB-6009會有綠燈閃爍，PC機顯示的是程序前面板測試界面，可以清晰地看到前面板是類似于汽車儀表盤的界面，直觀地給測試人員提供各個參數(shù)值。

圖3 硬件連接

3.3 系統(tǒng)測試

本次使用的 NI USB-6009有個信號線，黑色線線端為GND，用于連接負極，紅色線線端位則為 ai 0通道，通過DAQ助手添加NI USB-6009的物理通道ai 0的電壓采集任務(wù)。

點擊前面板運行，程序開始運作，前面板波形圖表開始顯示電壓值，并且各個參數(shù)表開始輸出相應(yīng)的值，且可以在前面板自由設(shè)置各參數(shù)值的最大最小值。若想要停止程序，只需點擊前面板的圖“停車”即可。詳見圖4測試結(jié)果。

圖4 測試結(jié)果

4 結(jié)語

本文利用Labview作為系統(tǒng)開發(fā)平臺，采用NI USB-6009信號采集卡作為硬件，在labview中調(diào)用DAQ助手實現(xiàn)電壓及頻率的采集，利用計算公式實現(xiàn)將電壓及頻率轉(zhuǎn)換為各個參數(shù)，設(shè)置參數(shù)值合理范圍，超出上限值，將導(dǎo)致報警燈與報警聲響應(yīng)。結(jié)果表明，Labview比其它文本語言更加簡單直觀可靠，且該系統(tǒng)具有良好的可移植性，通過擴展采集卡通道及重新編程，可以滿足對不同數(shù)據(jù)的采集要求。