基于LabVIEW的便攜式汽車儀表檢測儀的研制

　　本文研究的內(nèi)容是基于LabviEW的便攜式汽車儀表測試系統(tǒng)。所以首先要對儀表的種類和構(gòu)造進行研究，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，分析它們工作時的參數(shù)以及這些表的國家標準等，然后搭建硬件平臺，設(shè)計軟件程序，再讓軟件和硬件連接，進行參數(shù)設(shè)置，進行測試。
　　
　　本文要研究的是基于LabVIEW測試系統(tǒng)，因此在本文中用LabviEW作為便攜式汽車儀表檢測系統(tǒng)的軟件平臺，在研究中我們把LabVIEW用作儀表測試結(jié)果的顯示和儀表信號的輸入，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在汽車中是怎樣通信的，怎么連接才能使我們獲得zui快zui準確的數(shù)據(jù)。
　　
　　主要工作：
　　
　　1、調(diào)研，便攜式汽車儀表檢測系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及其存在的問題。對各種汽車儀表進行分析，然后對數(shù)據(jù)進行分析、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系統(tǒng)相關(guān)硬件和軟件平臺。
　　
　　1）硬件平臺：汽車儀表測試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要包括工控機（是整個控制系統(tǒng)的大腦）、PXI板卡（PXI6528是一塊靜態(tài)數(shù)字FO板卡，專門針對某些變化緩慢的數(shù)字信號，并且具有24路輸入和24路輸出，既可以采集數(shù)字信號，又可以向外輸出）、信號接線盒、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儀表等主要部分。
　　
　　2）軟件平臺：儀表檢測系統(tǒng)軟件采用Nl公司的LabVIEW平臺進行設(shè)計，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界面和程序框圖。
　　
　　3、反復(fù)的實驗，與其他的汽車儀表測試系統(tǒng)做比對，結(jié)合實際試驗的結(jié)果，反復(fù)驗證評價檢測系統(tǒng)的正確性及評價軟件的有效性。
　　
　　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系統(tǒng)所需要的各種模擬、數(shù)字、開關(guān)、CAN等各種信號
　　
　　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軟件平臺對整個測試系統(tǒng)進行開發(fā)，zui終提出一個完整的便攜式汽車儀表檢測系統(tǒng)理論。
　　
　     2、設(shè)計方案
　　
　　2.1可行性分析
　　
　　2.1.1虛擬儀器的結(jié)構(gòu)與優(yōu)勢
　　
　　虛擬儀器的出現(xiàn)是測量儀器領(lǐng)域的一個突破，它*改變了傳統(tǒng)的儀器觀點，從根本上更新了測量儀器的概念，帶給了人們一個全新的儀器觀念。虛擬儀器代表著測量儀器發(fā)展的方向和潮流。它是基于計算機的軟件儀器，以計算機為核心，將儀器功能裝入計算機，通過計算機實現(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（簡稱硬件平臺）和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成：
　　
　　1、通用儀器硬件平臺
　　
　　構(gòu)成虛擬儀器的硬件平臺有兩部分：一部分是計算機，一般為一臺PC或者工作站，它是硬件平臺的核心；另一部分為1/0接口設(shè)備，主要完成被測輸入信號的采集、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等。可以根據(jù)實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)*脫離了原有的單個儀器的概念，并不是在計算機上實現(xiàn)某一臺儀器的功能，而是形成了一個虛擬儀器系統(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)動程序，這類程序用來完成特定外部硬件設(shè)備的擴展、驅(qū)動與通信。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++、VISualBasie、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)工具為我們設(shè)計虛擬儀器應(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)進行遠程測試的軟件開發(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*的標準數(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，可以通過編程對前面板上的對象進行控制，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，這是因為它的很多界面控件與操作都模擬了現(xiàn)實世界中的儀器，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（VMEbusextensionsforinstrumentation），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等軟件標準的庫函數(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種獨立儀器和上千種傳感器、攝像頭和運動控制驅(qū)動器。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、機械控制和機電一體化、水利檢測等多種領(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、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集硬件及驅(qū)動和應(yīng)用軟件等。美國國家儀器提供了zui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
　　
　　（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*“繼承”了以現(xiàn)成即用的PC技術(shù)為主導(dǎo)的商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點，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)入磁盤的同時就能實時地進行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越快的計算機網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強大的優(yōu)勢。
　　
　　（2）擴展性強
　　
　　這些軟硬件工具使得工程師和科學(xué)家們不再圈囿于當前的技術(shù)中。得益于軟件的靈活性，只需更新計算機或測量硬件，就能以zui少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進整個系統(tǒng)。在利用科技的時候，可以把它們集成到現(xiàn)有的測量設(shè)備，zui終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時間。
　　
　　（3）開發(fā)時間少
　　
　　在驅(qū)動和應(yīng)用兩個層面上，Nl的軟件構(gòu)架能與計算機、儀器儀表和通訊方面的技術(shù)結(jié)合在一起。設(shè)計這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時還提供了靈活性和強大的功能，使您輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護和修改高性能、低成本的測量和控制解決方案。
　　
　　（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測量設(shè)備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費大量的時間。虛擬儀器軟件平臺為所有的FO設(shè)備提供了標準的接口，幫助用戶輕松地將多個測量設(shè)備集成到單個系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。
　　
　　2.1.2汽車儀表檢測系統(tǒng)的重要性
　　
　　汽車儀表是駕駛員和汽車進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行參數(shù)、故障、里程等信息，是每一輛汽車*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、指示燈及報警器是駕駛員了解汽車狀態(tài)的*的部件。汽車電子儀表隨時反映出汽車各機件的運行狀態(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)動機的轉(zhuǎn)速、油壓、水溫和燃油的儲量，燈光和發(fā)電機的工作狀態(tài)，車輛的現(xiàn)時速度和行駛里程等。有的儀表板還能顯示變速檔位、時鐘、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)注汽車儀表的檢測系統(tǒng)，只有檢測系統(tǒng)的改進我們儀表的準確度和儀表的質(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集感覺、識別、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)計美觀等優(yōu)點。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速，單位為km/h（公里/小時）。車速里程表實際上由兩個表組成，一個是車速表，另一個是里程表。常見的一種是從變速箱上安裝的里程傳感器上獲取信號，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，通過模塊（如ABS模塊）轉(zhuǎn)換成CAN信號或者其它信號再給組合儀表。里程表的信號來源與車速表的信號相同，電子式里程表累積的里程數(shù)字存儲在非以失性存儲器內(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)動機每分鐘轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速表單位是1/minX1000.轉(zhuǎn)速信號取自轉(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)動機在各個工況下的轉(zhuǎn)速，駕駛員可以隨時知道發(fā)動機的運轉(zhuǎn)情況，配合變速箱檔位和油門位置，使之保持*的工作狀態(tài)，對減少油耗，延長發(fā)動機壽命有好處；燃油表是顯示油箱內(nèi)油量的多少，單位是L（升）。現(xiàn)公司的燃油信號是燃油泵輸出的阻值信號。一般儀表表牌上有燃油低報警指示符號，起輔助的提示作用；水溫表是顯示發(fā)動機冷卻液溫度的儀表，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，指示符號亮?xí)r表示冷卻液溫度高或者冷卻液位低。