基于LabVIEW的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黎輝，李長(zhǎng)剛

（攀枝花學(xué)院智能制造學(xué)院，四川攀枝花，617000）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人民的生活水平得到提高，駕駛或乘坐汽車成為普遍的出行方式。隨著汽車的普及，汽車行車安全得到重視及研究。由相關(guān)數(shù)據(jù)可知，高速行駛時(shí)由于汽車爆胎造成的交通事故占總事故數(shù)的50%。因此，汽車輪胎壓力數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成為汽車廠商避免交通事故的發(fā)生，維護(hù)駕駛?cè)藛T的生命安全的重要技術(shù)手段之一[1]。車輛與地面唯一有接觸的部件就是輪胎，輪胎胎壓的變化，將影響到整車行駛的舒適性、安全性以及燃油經(jīng)濟(jì)性等綜合性能。利用相關(guān)傳感器設(shè)計(jì)胎壓監(jiān)測(cè)裝置，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎的壓力值，可以有效的掌握各個(gè)輪胎的工作狀態(tài)，減小爆胎情況發(fā)生概率。

本文設(shè)計(jì)了一種基于Lab VIEW虛擬軟件開發(fā)的汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其基于維特智能科技研發(fā)的BMP-280型氣體壓力傳感器，利用BMP-280型氣體壓力傳感器監(jiān)測(cè)輪胎的壓力數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，可以通過上位機(jī)軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎胎壓，及時(shí)掌握胎壓狀態(tài)。汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)軟件，采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在胎壓對(duì)汽車性能影響研究具有重要的使用價(jià)值。

1 胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

■1.1 胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)汽車胎壓監(jiān)測(cè)裝置時(shí)首先要了解傳感器的功能及工作原理，同時(shí)還要運(yùn)用程序設(shè)計(jì)軟件，成功設(shè)計(jì)出上位機(jī)軟件，以確保最大程度采集到的汽車實(shí)際環(huán)境的行駛時(shí)輪胎胎壓數(shù)據(jù)，胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的信號(hào)要有足夠的真實(shí)性以及合理性?；贚abVIEW軟件對(duì)胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)輪胎壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和顯示，該過程中被測(cè)信號(hào)由氣體壓力傳感器轉(zhuǎn)換為電參數(shù)，通過信號(hào)調(diào)理模塊轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)串口模塊傳輸至上位機(jī)進(jìn)行處理、儲(chǔ)存和顯示。胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

■1.2 傳感器模塊

采用深圳維特智能科技有限公司自主研發(fā)的BMP-280型氣壓傳感器，該傳感器使用的壓阻式壓力傳感器技術(shù)具有精度高、線性度以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性和魯棒性高的電磁兼容。許多設(shè)備操作選項(xiàng)提供靈活性，優(yōu)化的功耗的裝置，分辨率和濾波器的性能。模塊內(nèi)部自帶穩(wěn)壓電路，兼容3.3V的嵌入式系統(tǒng)，連接簡(jiǎn)單。該傳感器采用先進(jìn)的數(shù)字濾波技術(shù)，能有效降低測(cè)量噪聲，提高測(cè)量精度。

■1.3 Lab VIEW軟件介紹

目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和相關(guān)學(xué)科知識(shí)的不斷更新，現(xiàn)代考試技術(shù)不斷向集成化、數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化等方向發(fā)展。以前的傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)逐漸被淘汰，虛擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)逐漸取而代之。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于檢測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性、開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)、成本高、使用方便等缺點(diǎn)，無法實(shí)時(shí)提供可靠的振動(dòng)狀態(tài)信號(hào)。目前，在實(shí)驗(yàn)室分析、測(cè)試、測(cè)量和工業(yè)自動(dòng)化等科學(xué)研究領(lǐng)域，越來越多的研究者使用“虛擬儀器”來構(gòu)建各種系統(tǒng)[2]。傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器在一些重要參數(shù)中的不同之處如表1、表2所示，通過對(duì)比充分說明了虛擬儀器的優(yōu)勢(shì)。

表1 傳統(tǒng)儀器參數(shù)

表2 虛擬儀器參數(shù)

系統(tǒng)連接 系統(tǒng)封閉，不便連接價(jià)格 昂貴技術(shù)更新周期 5-10年開發(fā)、維護(hù)費(fèi)用 高

LabVIEW是國(guó)家儀器公司提供的圖形化編程語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。Lab VIEW平臺(tái)可以方便地完成軟硬件之間的連接和操作，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，并將處理結(jié)果直觀地顯示給用戶。為用戶利用虛擬儀器設(shè)計(jì)和研究測(cè)試儀器的功能提供了一個(gè)非常方便的基本條件，使技術(shù)人員能夠高效地完成相應(yīng)的工作[3]。它由VI前面板的測(cè)試接口部分和內(nèi)部程序框圖操作處理程序部分組成。它是一個(gè)開發(fā)工具，它使用VI圖標(biāo)和連線來代替原始的計(jì)算機(jī)語言文本代碼來創(chuàng)建應(yīng)用程序[4]。

■1.4 Lab VIEW上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

為滿足設(shè)計(jì)需求，要求設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠滿足傳感器控制，數(shù)據(jù)讀取以及數(shù)據(jù)處理并以波形圖顯示，所以在設(shè)計(jì)程序框圖時(shí)，需要注意設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系。軟件部分設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。

圖2 軟件部分設(shè)計(jì)原理圖

胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮汽車胎壓信號(hào)采集方法，通過傳感器采集到的胎壓信號(hào)，用于分析胎壓數(shù)據(jù)，最后作為胎壓對(duì)汽車制動(dòng)性能影響的評(píng)判依據(jù)。同時(shí)為了能夠便捷的讀取到采集的數(shù)據(jù)，通過程序設(shè)計(jì)將采集到的信號(hào)以波形圖顯示出來?；贚abVIEW虛擬軟件設(shè)計(jì)的上位機(jī)程序框圖，要符合胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集邏輯關(guān)系，胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)串口程序框圖設(shè)計(jì)如圖3所示，數(shù)據(jù)采集模塊程序框圖如圖4所示，串口狀態(tài)控制程序框圖如圖5所示。

圖3 串口設(shè)置

圖4 數(shù)據(jù)采集模塊

圖5 串口狀態(tài)模塊設(shè)計(jì)

汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用測(cè)試裝置設(shè)計(jì)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過虛擬儀器系統(tǒng)控制傳感器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，Lab VIEW 能夠提供許多函數(shù)和信號(hào)分析與處理等控件，同時(shí)，其控制方式與傳統(tǒng)儀器類似。由于計(jì)算機(jī)有超強(qiáng)的運(yùn)算能力和超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，結(jié)合 Lab VIEW 強(qiáng)大的圖形化設(shè)計(jì)功能，進(jìn)行胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)程序設(shè)計(jì)[5]。

2 胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試

■2.1 胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自測(cè)

胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)系統(tǒng)硬件軟件進(jìn)行自測(cè)，檢查胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否存在問題。在進(jìn)行自測(cè)時(shí)，完成系統(tǒng)連接后，檢查連接并將傳感器波特率及串口號(hào)輸入基于Lab VIEW設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件，檢查無誤后，開始測(cè)試系統(tǒng)能否進(jìn)行信號(hào)的采集，線路連接是否存在問題，確定該胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能正常工作。

■2.2 胎壓監(jiān)測(cè)模擬測(cè)試

將胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接并檢查連接無誤后，將傳感器串口和波特率數(shù)據(jù)輸入到上位機(jī)軟件；啟動(dòng)上位機(jī)監(jiān)測(cè)程序，讀取胎壓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。完成采集后，能夠在上位機(jī)軟件中讀取到胎壓信號(hào)數(shù)據(jù)，將胎壓數(shù)據(jù)以波形圖顯示，方便觀察胎壓變化。上位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 胎壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

■2.3 測(cè)試結(jié)果

在模擬測(cè)試過程中，胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無異常，傳感器及上位機(jī)工作狀況正常。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集到的胎壓數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)能正常保存，期間無異常狀況，能穩(wěn)定進(jìn)行胎壓數(shù)據(jù)采集。所以該胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能滿足設(shè)計(jì)要求及研究需要，可以通過采集到的胎壓數(shù)據(jù)分析胎壓對(duì)汽車制動(dòng)性能的影響。試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

圖7 胎壓數(shù)據(jù)波形圖

3 結(jié)束語

針對(duì)輪胎調(diào)壓?jiǎn)栴}，結(jié)合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求和胎壓監(jiān)測(cè)的試驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)了一款適用于胎壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本功能，利用LabVIEW軟件對(duì)胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了編程設(shè)計(jì)，對(duì)編程得到的上位機(jī)軟件進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)行了模擬試驗(yàn)驗(yàn)證，可以實(shí)現(xiàn)胎壓監(jiān)測(cè)，為胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案提供了一種思路和方法。