基于LabVIEW的便携式汽车仪表检测仪的研制----硬件系统和软件部分

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3.2硬件系统的作用
          汽车仪表检测系统的硬件系统主要包括工控机、PXI板卡、信号接线盒、数据通信转换板卡、CAN卡、可编程网络电阻、供电电源以及被检测仪表等主要部分。在此硬件平台基础上，通过频率脉冲信号发生板卡产生不同频率的各种汽车仪表所需要的脉冲信号，给车速表和里程表，因为这两个表的指针偏转或显示数字变化的大小是根据不同幅值不同频率的脉冲信号变化而变化的，在根据相应的频率对应着相应的车速和里程，当我们测试时就可以按照标准的频率对应着车速和里程来判断仪表的准确度如何。
       
        整个测试系统硬件功能框图如图3-13所示。
         
         
       
        在硬件系统中我们利用LabVIEW产生一待测仪表可以接受的在量程范围内的信号给待测仪表，同时我们用同一信号给我们LabVIEW中的虚拟仪表，看它们的差异，如果在国家标准的误差范围内我们就认为待测的仪表是合格产品，如果大于国家标准误差范围的就是合格产品。
       
        要测各种仪表我们就要了解各个仪表的在工作中产生的是数字信号还是模拟信号，由以上研究我们知道燃油表、水温表、机油压力表等都是电阻传感器，由此可见它们产生的一定是模拟信号，从它们的工作中都有模拟信号在生产过程中模拟信号都对应着表上的刻度，我们就把这个模拟信号转换成我们工控机和LabVIEW能接受的信号，在检测过程中我们就把整个过程反过来，我们用LabVIEW中虚拟信号发生器给我们产生我们需要的信号经过板卡转换和总线传输送给我们的待测仪表来驱动把被测仪表来检测我们的仪表的准确度。其它的数字仪表也是同样的检测方法，它们不同的是数字信号工作的仪表在仪表的检测过程中所用的转换板卡不同罢了。
       
        第四章软件部分
          4.1虚拟仪器（LabVIEW）简介
          4.1.1引子
          最初只存在机器语言，计算机的世界里一片黑暗。可是不久，汇编语言问世了，给计算机的世界投下了一缕曙光。后来，Fortran的出现带来了光明。
       
        LabVIEW图形化编程语言的出现终于把人们尤其是工程师和科学家们从繁杂的编程工作中解放出来，使他们能够真正专心于自己所关注的事情。
       
        1、虚拟仪器的概念：
          虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件三大要素构成的。计算机与仪器硬件又称为VI的通用仪器硬件平台。软件技术是虚拟仪器的核心技术。常用的仪器用开发软件有LabVIEW、Labwindows/CVI、VEE等等，其中以LabVIEW应用最为广泛。
       
        2、什么是LabVIEW？
       
        LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbeneh）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。
       
        LabVIEW程序被称为VI（Virtual Instrumeni），即虚拟仪器。
       
        LabVIEW的核心概念就是“软件即是仪器”，即虚拟仪器的概念。
       
        LabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储等。
       
        如图4一1 LabVIEW图形化编程语言示意图
         
       
        3、LabVIEW可以做什么？
       
        LabVIEW在测试、测量和自动化等领域具有最大的优势，因为LabVIEW提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、显示和存储的自动化测试测量系统。它被广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领域。LabVIEW不仅可以用来快速搭建小型自动化测试测量系统，还可以被用来开发大型的分布式数据采集与控制系统。在美国LawrenceLivermore国家实验室，一个花费2000万美金的极为复杂的飞秒激光切割系统就是基于LabVIEW开发的。在北京正负电子对撞机二期工程北京谱仪慢控制系统中，大约有30种物理量共7000多点的现场数据点需要实时采集控制和分析记录等。
           
          图4一2数据采集与控制系统
         
       
        4.1.2LabVIEW总述
          虚拟仪器（Virtual Instrument）是由美国国家仪器公司(NationalInstrument，简称NI)于1986年首先成功研制出的。他是以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算机的运算、存储、回放、调用。虚拟仪器最有代表性的图形化编程软件是美国NI公司推出的LabVIEW是一种图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。
           
          传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序的执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。LabVIEW程序被称为vI（Virtualhistn卫nent）即虚拟仪器，这是因为它的很多界面控件与操作都模拟了现实世界中的仪器。LabVIEW提供了大量的工具箱和函数库，并集成了很多仪器硬件库。LabVIEW支持多种操作系统平台，在任何一个平台上开发的LabVIEW应用程序可直接移植到其它平台上。
       
        虚拟仪器的特点归纳起来有以下几点：
           
          （l）用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。
        （2）虚拟仪器强调“软件就是仪器，，的新概念，软件是虚拟仪器的核心。
        （3）虚拟仪器采用模块化的结构，各个功能模块结合在一起构成了虚拟仪器系统。
        （4）可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。
        （5）虚拟仪器具有图形用户界面，体现“所见即所得”的思想。传统仪器的控制面板在虚拟仪器中被相应设置选项和结果输出控制的软面板所代替。
        4.2系统软件设计
          本检测系统软件采用NI公司的LabVIEW平台进行设计，汽车仪表检测系统的软件总体功能框图如图4一3所示
           
         
         
       
        仪表测试系统软件采用NI公司的LabVIEW平台进行设计，本系统采用LabVIEW的图形化程序语言，以一种很直观的方法建立前面板人机界面和程序框图。前面板是用户可见的，类似传统仪器的操作面板，利用工具模板从控制模板中添加输入控制器和输出指示器，控制器和指示器种类可选择〔36j.程序框图是支持虚拟仪器实现其功能的核心，对程序框图的设计涉及节点、数据端口和连线的设计。连线代表数据走向，节点则是函数、VI子程序、结构或代码接口。本测试系统考虑到仪表整体功能测试和模块功能测试的需要，整个系统主要包括界面模块和各个功能测试模块，根据信号类型将仪表功能测试分为：车速表测试模块、发动机转速表测试模块、燃油表测试模块、水温表测试模块、开关量测试模块、CAN通信测试模块以及参数设置模块等主要功能模块。
       
        主界面如图4-4所示。
         
       
        界面模块
          测试平台左侧是各种模块功能测试的切换按键，可以切换到单个功能模块的测试项目。右侧主界面模拟汽车仪表板的显示界面，如车速表、转速表、水温表、燃油表、里程指示以及各种报警和开关信号等信息显示。在进行测试实验中，工作人员通过主界面即可观测到仪表测试的整体功能，点击前面板转换按键可自动进行功能测试。每个测试项都封装成一个子VI，方便与主VI和Teststand调用，可在不同点火开关状态下进行测试，在测试前和测试过程中可根据需要更改一些变量值，如发动机转速、车速、仪表亮度等。仪表检测系统测试流程图如图4-5所示。
           
         
         
       
        汽车仪表测试系统的主界面功能控制框图4-6所示
       
        模块测试设计：车速表的测试需要预先了解设定目标车型的特征参数，如车辆特征系数、车速传感器的传感系数等，然后通过数据通信卡（CAN总线信号）将特征参数下载到被测仪表，按照测试要求产生脉冲信号，信号的幅值、频率可以通过手动进行调整，车速信号具备超速报警提示功能，根据设定的超速门限值，高于该门限值时，通过主界面前面板上的超速报警灯闪烁提示。测试过程也可以手动进行，测试结果存档以备查询。
       
        车速表测试模块的设计模式，主要分为开始、获取参数、手动选择、采集、检查时间、输出信号和停止等状态。其中参数的获取主要是获取前面板上特征系数和传感系数的参数值，通常，这两个值在仪表参数标定的时候需要在线修改。检查时间是指按照程序规定的时间输出规定的信号，车速测试模块窗口图4-7.
           
         
         
       
        发动机转速表测试模块类似于车速表测试模块，区别在于它的特征参数不同，根据特定车型的情况，通过数据通信卡（CAN总线信号）将发动机转速比下载到被测仪表，然后对其进行测试。
       
        燃油表的测试需要预先设定目标车型的燃油测试范围以及燃油门限报警值，通过数据通信卡（CAN总线信号）将参数值下载到被测仪表，然后按照测试要求开始测试跟据设定的燃油门限值，低于该门限值时，通过主界面前面板上的燃油报警灯闪烁提示。测试过程可以手动进行。燃油表的测试采用状态机的设计模式，主要分为开始、获取参数、手动、采集、检查报警、输出信号等状态。水温表的测试同燃油表，在此不做具体说明。
       
        燃油表测试模块的设计模式，主要分为开始、获取参数、手动选择、采集、检查时间、输出信号和停止等状态。其中参数的获取主要是获取前面板上特征系数和传感系数的参数值，通常，这两个值在仪表参数标定的时候需要在线修改。检查时间是指按照程序规定的时间输出规定的信号，如图4一8是燃油表测试模块控制窗口。
           
         
       
        CAN通信测试模块所有的模块测试之前首先需要对该模块的参数进行初始化，如进行特征系数、传感系数、发动机速比、超速门限、燃油门限、水温门限以及测量范围等参数的设置。数据通信采用CAN协议，鉴于成本方面考虑，我们在LabVIEW上对串口进行操作，然后通过数据转换板卡输出CAN信号，CAN信号直接与被测仪表进行数据通信，因此，需要定义一个简单的CAN通信协议。测试系统作为CAN网络上的一个节点，节点ID号可以根据需求自行设定，数据区域由命令字、数据长度、数据、校验位组成。如图4一9 CAN通信测试前面板。
           
         
         
       
        测试结果分析：通过对现有车辆安装的仪表进行测试，各项关键指标如速度传感器和发动机转速传感器的测量误差均满足国标QC/T727-2004的要求。同时作为CAN节点，根据特定的CAN应用协议，能够有效实现汽车仪表的参数设定及CAN网络通信。
       
        本系统采用虚拟仪器技术，通过工控机加NI的数字I/O、数据采集、CAN等板卡的硬件设计，结合LabV正W的图形化软件编程，构建了汽车数字仪表检测系统.系统弥补了汽车仪表厂传统测试方法的不足，增加了测试方便性，能及早的发现汽车仪表潜在的缺陷和不足，提高了测试效率，为最终整车集成提供了便利。