基于LabVIEW的便攜式汽車儀表檢測(cè)儀的研制----目的與基本名詞解釋

本文研究的內(nèi)容是基于LabVIEW的便攜式汽車儀表測(cè)試系統(tǒng)。所以首先要對(duì)儀表的種類和構(gòu)造進(jìn)行研究，了解和分析汽車中車速表、轉(zhuǎn)速表、水溫表、燃油表、里程表、各種LED報(bào)警燈、LCD等的結(jié)構(gòu)原理以及他們的顯示原理，分析它們工作時(shí)的參數(shù)以及這些表的國家標(biāo)準(zhǔn)等，然后搭建硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)軟件程序，再讓軟件和硬件連接，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行測(cè)試。

本文要研究的是基于LabVIEW測(cè)試系統(tǒng)，因此在本文中用LabVIEW作為便攜式汽車儀表檢測(cè)系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，在研究中我們把LabVIEW用作儀表測(cè)試結(jié)果的顯示和儀表信號(hào)的輸入，故LabVIEW也本文要研究的重要內(nèi)容之一。

本文研究內(nèi)容還包括汽車中的通信模塊，在本文中用到CAN總線以及PXI板卡，所以在研究中我們要研究它們?cè)谄囍惺窃鯓油ㄐ诺?，怎么連接才能使我們獲得最快最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

主要工作：

1、調(diào)研，便攜式汽車儀表檢測(cè)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及其存在的問題。對(duì)各種汽車儀表進(jìn)行分析，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、綜合。查閱相關(guān)資料，確定研究課題，并作可行性分析。

2、搭建基于LabVIEW的便攜式汽車儀表檢測(cè)系統(tǒng)相關(guān)硬件和軟件平臺(tái)。

1）硬件平臺(tái)：汽車儀表測(cè)試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要包括工控機(jī)（是整個(gè)控制系統(tǒng)的大腦）、PXI板卡（PXI6528是一塊靜態(tài)數(shù)字FO板卡，專門針對(duì)某些變化緩慢的數(shù)字信號(hào)，并且具有24路輸入和24路輸出，既可以采集數(shù)字信號(hào)，又可以向外輸出）、信號(hào)接線盒、數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換板卡、CAN卡、可編程網(wǎng)絡(luò)電阻、供電電源以及被檢測(cè)儀表等主要部分。

2）軟件平臺(tái)：儀表檢測(cè)系統(tǒng)軟件采用Nl公司的LabVIEW平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)采用LabVIEW的圖形化程序語言，以一種很直觀的方法建立前面板人機(jī)界面和程序框圖。

3、反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，與其他的汽車儀表測(cè)試系統(tǒng)做比對(duì)，結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)的結(jié)果，反復(fù)驗(yàn)證評(píng)價(jià)檢測(cè)系統(tǒng)的正確性及評(píng)價(jià)軟件的有效性。

本文利用Nl公司的軟硬件系列產(chǎn)品和一塊自己研發(fā)的數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換卡，根據(jù)便攜式汽車儀表檢測(cè)系統(tǒng)所需要的各種模擬、數(shù)字、開關(guān)、CAN等各種信號(hào)

參數(shù)，采用Nl的PXI板卡和數(shù)據(jù)通信轉(zhuǎn)換卡連接好硬件電路，在此硬件基礎(chǔ)上，通過Nl公司的LabVIEW軟件平臺(tái)對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，最終提出一個(gè)完整的便攜式汽車儀表檢測(cè)系統(tǒng)理論。

第二章設(shè)計(jì)方案

2.1可行性分析

2.1.1虛擬儀器的結(jié)構(gòu)與優(yōu)勢(shì)

虛擬儀器的出現(xiàn)是測(cè)量儀器領(lǐng)域的一個(gè)突破，它徹底改變了傳統(tǒng)的儀器觀點(diǎn)，從根本上更新了測(cè)量儀器的概念，帶給了人們一個(gè)全新的儀器觀念。虛擬儀器代表著測(cè)量儀器發(fā)展的最新方向和潮流。它是基于計(jì)算機(jī)的軟件儀器，以計(jì)算機(jī)為核心，將儀器功能裝入計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。常見的虛擬儀器組建方案如圖2一1所示

虛擬儀器的構(gòu)成：虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(tái)（簡稱硬件平臺(tái)）和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成：

1、通用儀器硬件平臺(tái)

構(gòu)成虛擬儀器的硬件平臺(tái)有兩部分：一部分是計(jì)算機(jī)，一般為一臺(tái)PC或者工作站，它是硬件平臺(tái)的核心；另一部分為1/0接口設(shè)備，主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況采用不同的接口設(shè)備（卡）。如數(shù)據(jù)采集卡/板（DAQ），GPIB總線儀器、VXI總線儀器模塊、PXI總線儀器模塊、串口儀器等。虛擬儀器從硬件結(jié)構(gòu)上講，己經(jīng)完全脫離了原有的單個(gè)儀器的概念，并不是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)某一臺(tái)儀器的功能，而是形成了一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)的概念。虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2一2所示。

2.軟件結(jié)構(gòu)

虛擬儀器軟件由兩大部分構(gòu)成。一部分是應(yīng)用程序，主要實(shí)現(xiàn)虛擬面板功能的前面板軟件程序。另一部分為10接口儀器驅(qū)動(dòng)程序，這類程序用來完成特定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展、驅(qū)動(dòng)與通信。開發(fā)虛擬儀器，必須有適合的軟件工具。目前已有多種虛擬儀器的軟件開發(fā)工具。其中包括如C、visua1C++、VISual Basie、Labwindows/CVI等文本式編程語言，以及諸如LabvIEw、AgilentvEE等的圖形化編程語言。這些開發(fā)工具為我們?cè)O(shè)計(jì)虛擬儀器應(yīng)用軟件提供了良好的開發(fā)環(huán)境。目前NI等公司還開發(fā)出了應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試的軟件開發(fā)工具。

LabVIEW是美國國家儀器公司（NationalInstruments，IN）的軟件產(chǎn)品，是圖形化的編程語言和開發(fā)環(huán)境，是公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序執(zhí)行順序。用戶界面在LabVIEW中被稱為前面板，使用圖表和連線，可以通過編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制，這就是圖形化源代碼，又稱G（Graphies）代碼。LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于數(shù)據(jù)流流程圖，因此又稱作程序框圖代碼。LabVIEW程序被稱為VI（VirtualInstrument），即虛擬儀器，這是因?yàn)樗暮芏嘟缑婵丶c操作都模擬了現(xiàn)實(shí)世界中的儀器，它的核心概念就是“軟件即是儀器”即虛擬儀器的概念。LabV工EW不僅提供了與遵從GPIB（General-PurposeInterfaeeBus），VXI（VMEbusextensionsfor instrumentation），RS（ReeonunendStandard）一232和RS一485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡、圖像采集卡通信的全部功能，還內(nèi)置了支持TCP/IP，ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。其自帶的硬件1/0函數(shù)庫—除了即插即用式的開發(fā)方式，LabV工EW還提供了大量自帶的硬件工/0函數(shù)庫，包括NI一VISA和NI一DAQmx，可以支持幾乎所有總線和通信接口，以連接超過5000種獨(dú)立儀器和上千種傳感器、攝像頭和運(yùn)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)器。LabVIEW是真正的32位編譯器。目前虛擬儀器廣泛的應(yīng)用在汽車，航海、航空、電子電工、機(jī)械控制和機(jī)電一體化、水利檢測(cè)等多種領(lǐng)域。

LabVIEW能夠與任意數(shù)據(jù)采集組件相連，包括：換能器與傳感器、信號(hào)、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集硬件及驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用軟件等。美國國家儀器提供了最完整的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，支持桌面設(shè)備、便攜式設(shè)備、嵌入式設(shè)備、以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，并提供了多種總線形式，包括：pCI、pexExpress、PXI、PeMeIA、uSB、eompaetFlash、Ethernet/LAN及工EEE1394.利用LabVIEW高度集成的各類功能，包括：交互式DAQ助手。、全面的NI一DAQmx工/0函數(shù)及傳感器即插即用TEDS技術(shù)，您可以快速開發(fā)各類數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)如圖2一3所示。

虛擬儀器技術(shù)的四大優(yōu)勢(shì)

（1）性能高

虛擬儀器技術(shù)是在PC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成即用的PC技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件1/0，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。

（2）擴(kuò)展性強(qiáng)

這些軟硬件工具使得工程師和科學(xué)家們不再圈囿于當(dāng)前的技術(shù)中。得益于軟件的靈活性，只需更新計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間。

（3）開發(fā)時(shí)間少

在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上，Nl高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使您輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。

（4）無縫集成

虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來滿足完整的測(cè)試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí)間。虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的FO設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助用戶輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。

2.1.2汽車儀表檢測(cè)系統(tǒng)的重要性

汽車儀表是駕駛員和汽車進(jìn)行信息交流的重要接口和界面，為駕駛員提供所需的汽車運(yùn)行參數(shù)、故障、里程等信息，是每一輛汽車必不可少的部件。每輛汽車上都裝備有一定數(shù)量的汽車儀表。不同的車型，不同的生產(chǎn)年代，這些電子儀表的數(shù)目與類型有很大的變化。各種儀表、指示燈及報(bào)警器是駕駛員了解汽車狀態(tài)的不可缺少的部件。汽車電子儀表隨時(shí)反映出汽車各機(jī)件的運(yùn)行狀態(tài)和汽車上各種系統(tǒng)的有用信息，汽車電子儀表為駕駛員正確使用汽車及安全駕駛提供了保證。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，新型傳感器、新型電子顯示器件的出現(xiàn)，汽車電子儀表得以迅速發(fā)展。儀表板是安裝指示器的主體，集中了全車的監(jiān)察儀表，通過它們揭示出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、油壓、水溫和燃油的儲(chǔ)量，燈光和發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)，車輛的現(xiàn)時(shí)速度和行駛里程等。有的儀表板還能顯示變速檔位、時(shí)鐘、車內(nèi)外環(huán)境溫度、路面傾斜和地面高度等信息。由于汽車儀表對(duì)我們的汽車的安全行駛有如此重要的作用我們就更應(yīng)該關(guān)注汽車儀表的檢測(cè)系統(tǒng)，只有檢測(cè)系統(tǒng)的改進(jìn)我們儀表的準(zhǔn)確度和儀表的質(zhì)量才能得以提高。由此可見汽車儀表檢測(cè)系統(tǒng)的重要性。

現(xiàn)代轎車多數(shù)將空調(diào)，音響等設(shè)備的控制部件安裝在副儀表板上，這樣既顯得整體布局緊湊合理，也能方便駕駛員的操作。汽車電子儀表將成為一個(gè)集感覺、識(shí)別、分析、信息庫、適應(yīng)和控制六大功能于一體的，提供車輛行駛信息、保障安全駕駛的智能化系統(tǒng)。汽車電子儀表具有能提供大量、復(fù)雜的信息；具有高精度和高可靠性；具有一表多用的功能；外形設(shè)計(jì)美觀等優(yōu)點(diǎn)。此外，汽車電子儀表還能適應(yīng)各種傳感器或控制系統(tǒng)的電子化，節(jié)約有限的車內(nèi)空間，滿足汽車儀表小型、輕量化的要求。

不同汽車儀表板的儀表不盡相同，但是一般汽車的常規(guī)儀表有車速里程表、轉(zhuǎn)速表、機(jī)油壓力表、水溫表、燃油表、充電表等。車速里程表，它表示汽車行駛的時(shí)速，單位為km/h（公里/小時(shí)）。車速里程表實(shí)際上由兩個(gè)表組成，一個(gè)是車速表，另一個(gè)是里程表。常見的一種是從變速箱上安裝的里程傳感器上獲取信號(hào)，通過脈沖頻率的變化使指針偏轉(zhuǎn)或者顯示數(shù)字。另一種常見的就是在車輪上取信號(hào)，通過模塊（如ABS模塊）轉(zhuǎn)換成CAN信號(hào)或者其它信號(hào)再給組合儀表。里程表的信號(hào)來源與車速表的信號(hào)相同，電子式里程表累積的里程數(shù)字存儲(chǔ)在非以失性存儲(chǔ)器內(nèi)（如EEPROM），在無電狀態(tài)數(shù)據(jù)也能保存；轉(zhuǎn)速表是顯示發(fā)動(dòng)機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速表單位是1/minX1000.轉(zhuǎn)速信號(hào)取自轉(zhuǎn)速傳感器（一般經(jīng)過ECU模塊處理再給儀表）。轉(zhuǎn)速表能夠直觀地顯示發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)工況下的轉(zhuǎn)速，駕駛員可以隨時(shí)知道發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，配合變速箱檔位和油門位置，使之保持最佳的工作狀態(tài)，對(duì)減少油耗，延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命有好處；燃油表是顯示油箱內(nèi)油量的多少，單位是L（升）。現(xiàn)公司的燃油信號(hào)是燃油泵輸出的阻值信號(hào)。一般儀表表牌上有燃油低報(bào)警指示符號(hào)，起輔助的提示作用；水溫表是顯示發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度的儀表，單位是℃（攝氏度）。

一般儀表表牌上有冷卻液溫高或者冷卻液位低的指示符號(hào)，指示符號(hào)亮?xí)r表示冷卻液溫度高或者冷卻液位低。