基于LabVIEW的便携式汽车仪表检测仪的研制----设计方案与硬件结构（一）

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2.2设计方案
          2.2.1设计内容
          本文要研究的内容是要研制出基于LabVIEW的便携式汽车仪表测试系统。所以首先要对仪表的种类和构造进行研究，了解和分析汽车中车速表、转速表、水温表、燃油表、里程表、各种LED报警灯、LCD等的结构原理以及他们的显示原理，分析它们工作时的参数以及这些表的国家标准等。
       
        本文其次要研究的是LabVIEW，在本课题中用LabVIEW作为便携式汽车仪表检测系统的软件平台，所以在研究中我们把LabVIEW用作仪表测试结果的显示和仪表信号的输入。所以LabVIEW也本课题要研究的重要内容之一。
       
        本文研究内容还包括汽车中的通信模块，在本论文中用到CAN总线以及PXI板卡，所以在研究中我们要研究它们在汽车中是怎样通信的，研究出怎么连接才能使我们最快最准确的数据。
       
        2.2.2研究方法
          本文在实验室研究，由本文研究负责人对整个方案的硬件和软件所需的数据进行收集整理，再对收集回来的相关参数进行分析，接着就是硬件平台的搭建，硬件平台的搭建就在论文负责人能够使用的各个汽车相关实验室之间进行搭建，论文用到的软件平台由实验室提供的LabVIEW，它作为软件平台为硬件提供测试参数和用来校准的仪表，测试系统的通信模块用来连接我们的硬件和软件并在其中传送信息。测试模块中用到的总线，要我们在实验室测试过程中进行选择，这就是整个方案的研究方法。
       
        2.2.3技术路线
          汽车仪表测试系统的开发要求针对不同的车型，能够模拟产生出仪表所需的各种采集信号信息，并且能够通过CAN接口与被测仪表进行通信。本文介绍的测试系统包括以下主要功能：
           

       

•                 车速里程表的脉冲信号模拟产生采集对比；        
  
•                 发动机转速表的脉冲信号模拟产生采集对比；        
  
•                 车辆燃油表信号模拟产生采集对比；        
  
•                 车辆水温表信号模拟产生采集对比；        
  
•                 各种车灯、车窗、车门等车身开关信号模拟产生采集对比。        
  
•                 数字仪表具有CAN通信接口，作为一个CAN节点，可以与车上CAN网络上的其他节点进行通信。
  

         
        本文利用NI公司的软硬件系列产品和一块自己研发的数据通信转换卡，根据便携式汽车仪表检测系统所需要的各种模拟、数字、开关、CAN等各种信号参数，采用NI的PXI板卡和数据通信转换卡连接好硬件电路，在此硬件基础上，通过NI公司的LabVIEW软件平台对整个测试系统进行开发，最终研发出一个完整的便携式汽车仪表检测系统的方案。
       
        1、汽车仪表测试系统的硬件系统主要包括工控机（是整个控制系统的大脑）、PXI板卡（PXI6528是一块静态数字I/O板卡，专门针对某些变化缓慢的数字信号，并且具有24路输入和24路输出，既可以采集数字信号，又可以向外输出）、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，其组织结构图如图2-4所示。
           
         
         
       
        2、仪表检测系统软件采用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，其组织结构图如图2一5所示。
           
         
         
       
        3、仪表的测试平台分为两个部分：其中一部分是各种模块功能测试的切换按键；另一部分是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。
       
        第三章硬件结构
          3.1硬件简介
          3.1.1工控机
          工控机即工业控制计算机，但现在的叫法是产业电脑或工业电脑，英文简称IPC，全称IndustrialPersonalcomputer.工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机。如图3一1工控机机箱图
         
       
        IPC的技术特点：
          1、采用符合“ElA”，标准的全钢化工业机箱，增强了抗电磁干扰能力。
          2、采用总线结构和模块化设计技术。CPU及各功能模块皆使用插板式结构，并带有压杆软锁定，提高了抗 冲击、抗振动能力。
        3、机箱内装有双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网用以防尘。
        4、配有高度可靠的工业电源，并有过压、过流保护。
        5、电源及键盘均带有电子锁开关，可防止非法开、关和非法键盘输入。
        6、具有自诊断功能。
        7、可视需要选配I/O模板。
        8、设有“看门狗”定时器，在因故障死机时，无需人的干预而自动复位。
        9、开放性好，兼容性好，吸收了PC机的全部功能，可直接运行PC机的各种应用软件。
        10、可配置实时操作系统，便于多任务的调度和运行。
        11、可采用无源母板（底板），方便系统升级。
       
        IPC的主要结构：
          1、全钢机箱
          IPC的全钢机箱是按标准设计的，抗冲击、抗振动、抗电磁干扰，内部可安装同PC一bus兼容的无源底板。
       
        2、无源底板
          无源底板的插槽由ISA和PCI总线的多个插槽组成，ISA或PCI插槽的数量和位置根据需要有一定选择，该板为四层结构，中间两层分别为地层和电源层，这种结构方式可以减弱板上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种板卡，包括CPU卡、显示卡、控制卡、I/O卡等。
       
        3、工业电源
          为AT开关电源，平均无故障运行时间达到250000小时。
       
        4、CPU卡
          IPC的CPU卡有多种，根据尺寸可分为长卡和半长卡，根据处理器可分为386、486、586、Pll、PIH主板，用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是：工作温度O一60℃；装有“看门狗”计时器；低功耗，最大时为5V/2.5A.
          5、其他配件
          IPC的其他配件基本上都与PC机兼容，主要有CPU、内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。
       
        国内生产工控机的厂家有研祥、华北工控、研华、爱雷丝等。国外的工控机西门子的很出名。工控机箱标准长度为19英寸，高度为4U.
           
          6、适用领域
          目前，IPC已被广泛应用于工业及人们生活的方方面面。
       
        例如：控制现场、路桥收费、医疗、环保、通讯、智能交通、监控、语音、排队机、POS、数控机床、加油机、金融、石化、物探、野外便携、环保、军工、电力、铁路、高速公路、航天、地铁等等。
       
        7、工控机特点
          工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机，而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁场力干扰等特点，且一般工厂均是连续作业即一年中一般没有休息。因此，工控机与普通计算机相比必须具有以下特点：
       
        l）机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。
        2）机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。
        3）机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。
        4）要求具有连续长时间工作能力。
        5）一般采用便于安装的标准机箱（4u标准机箱较为常见）
       
        目前工控机的劣势：
          尽管工控机与普通的商用计算机机相比，具有得天独厚的优势，但其劣势也是非常明显的一数据处理能力差，具体如下：
           
          1）配置硬盘容量小；
          2）数据安全性低；
          3）存储选择性小：
          4）价格较高。
       
        工控机箱内部结构：硬盘架、光驱架：硬盘架一般分两种，一种是分拆式，一种是压卡式。
       
        品质优异的机箱一般都带金属弹簧防震功能；安装硬盘数量一般从4-15个。
       
        底板：底板的规格有多种；主要以主板的规格来划分。普通的主板一般都可以安装；其中52Omm以下长度的机箱是安装不了12*13的强大板的主板的，必须要520mm长度的机箱才能安装。
       
        压卡条：主要起固定作用。有安防监控的安装视频长卡，或者是工业CPU长卡时，必须要固定长卡，以免使用过程中出现晃动，不牢固等现象。
       
        后槽的扩展：有7槽或14槽两种；14槽的背板主要的用途是安装多路视频卡，比如有些大型的监控系统，则要64路，或者128路时，必须要换成14槽的背板。
       
        工控机箱的导热：散热结构的合理性是关系到计算机能否稳定工作的重要因素。目前最有效的机箱散热解决方案是利用互动散热通道结构散热：外部低温空气由机箱前部12Omm高速滚珠风扇和机箱两侧散热孔吸入进入机箱，经过硬盘架、南北桥芯片、各种板卡、北桥芯片，最后到达CPU附近，在经过CPU散热器后，热空气一部分从机箱后部的两个80mm高速滚珠排气风扇抽出机箱，另外一部分通过电源风扇排出机箱。机箱风扇采用滚珠风扇，其优点是风量大、转速高、发热少、寿命长、噪音低，避免了过大的噪音，真正实现了“绿色”散热。
       
        8.工控机箱的抗震
          工控机箱在工作的时候，由于机箱内部的光驱、硬盘、机箱里的多个风扇在高速运转的时候都会产生震动，而震动很容易导致光盘读错和硬盘磁道损坏以至丢失数据，所以机箱的抗震性也是我们机箱关键的一个结构设计方案。因为考虑到机箱的抗腐蚀、导电、导热等的内部要求，我们的机箱减震系统全部采用金属材料制成，这比起用橡胶材料做减震不但能达到上述要求，还能起到抗老化，耐热等作用。这套减震系统的解决方案得到了国内外客户的好评。
       
        工控机箱的电磁屏蔽：主机在工作的时候，主板、CPU、内存和各种板卡都会产生大量的电磁辐射，如果不加以防范也会对人体造成一定伤害。这个时候机箱就成为了屏蔽电磁辐射，保护我们健康的一道重要防线。
       
        屏蔽良好的机箱还可以有效地阻隔外部辐射干扰，保证计算机内部配件不受外部辐射影响。工控机箱为了增加散热效果，机箱上必要的部分都会开孔，包括箱体侧板孔、抽气扇进风孔和排气扇排风孔等等，所以孔的形状必须符合能阻挡辐射的技术要求。机箱上的开孔要尽量小，而且要尽量采用阻隔辐射能力较强的圆孔。其次，要注意各种指示灯和开关接线的电磁屏蔽。比较长的连接线需要设计成绞线，线两端的裸露的焊接金属部分必需用胶套包裹，这样也避免了机箱内用电线路产生的电磁辐射。
       
        工控机在基于LabVIEW便携式汽车仪表检测仪中的是起到总体控制整个检测系统的作用，它就相当于人体的大脑一样，所有仪表信息的采集、处理、对比、反馈都由它来完成。