基于VI的工程機械整機性能測試系統

摘要：該設計是為了對36路工程機械整機性能模擬（溫度、壓力、油耗、車速及輪邊轉速、發動機轉速、扭矩、增壓器轉速、牽引力、液壓流量、噪音、煙度、排放）信號進行采集和處理。該設計以動態數據采集模塊PXI系列及前端調理適配設備SH系列為硬件平臺，以流行的虛擬儀器（VI）軟件Lab VIEW為運行平臺，開發了擁有系統配置模塊、參數配置模塊、狀態檢測模塊、標定系統模塊、自校準模塊、數據采集模塊、數據處理模塊七個模塊組成的系統軟件。最后通過應用證明了該系統的實用性、先進性、經濟性和可靠性的特點。

關鍵詞：虛擬儀器；動態采集模塊PXI；SH適配器；數據采集

中圖分類號：TP206 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2011)04-0898-02

Project Mechanical Complete Machine Performance Test System Based on VI

CAO Guo-zhen1， GUO Lei2

(1.Department of Students Career Guidance Center， Xi'an Aerotechnical College， Xi'an 710077， China; 2.Department of Computer Engineering， Xi'an Aerotechnical College， Xi'an 710077， China)

Abstract: This design is for 36 road engineering mechanical performance simulation (temperature， pressure and oil consumption， speed and wheel edges speed， engine speed， torque and speed， traction， hydraulic supercharger flow， noise， meet， discharge) signal acquisition and processing. The design of dynamic data acquisition module and the front-end conditioning PXI Series SH Series Adapter device hardware platform to the popular virtual instrument (VI) software platform for running Lab VIEW. developed had the parameter disposition module， the condition examination module， the calibration system module， the data acquisition and the signal output module， the calibration system module， the data processing module seven module composition system software. Finally has proven this system's usability， the sophistication， the efficiency through the application and the reliable characteristic.

Key words: virtual instruments; dynamic acquisition module PXI; SH adapter; data acquisition

1 概述

對數據信號進行采集和處理是信號分析與處理的一個重要環節，在許多領域都被用到。本文主要研究針對36路工程機械整機性能模擬（溫度、壓力、油耗、車速及輪邊轉速、發動機轉速、扭矩、增壓器轉速、牽引力、液壓流量、噪音、煙度、排放）信號進行采集和處理的計算機虛擬儀器（VI）模塊化測試系統。

2 硬件部分設計[1-3]

2.1 系統總體結構框圖

系統的總體框架圖如圖1。

從總體上來說，系統可分為三個部分：

1）便攜式加固工程機（動態數據采集），主要完成數據的分析處理、顯示表達，

并且完成對PXI數據采集設備和信號調理適配設備的控制。

2）PXI數據采集設備，主要完成從SH系列調理轉接適配器傳過來的標準信號進行采集和分析。

3）SH調理適配設備，主要完成兩個方面的功能：由前端傳感器輸出的信號，經過SH系列調理轉接適配器，對橋路信號進行配橋、調零；對信號進行放大、濾波等。

2.2 系統組成及配置

2.2.1 動態參數數據采集分析系統結構框圖

如圖2所示。

2.2.2 動態數據采集分析系統實物圖

如圖3所示。

表1所示的該測試系統具體介紹如下：

由于該系統對36路工程機械整機性能模擬（溫度、壓力、油耗、車速及輪邊轉速、發動機轉速、扭矩、增壓器轉速、牽引力、液壓流量、噪音、煙度、排放）信號進行采集和處理。對以上模擬信號的采集：首先由前端傳感器輸出的13種類型信號，經過SH-2120調理轉接適配器，對橋路信號進行配橋、調零；對信號進行放大、濾波等，待調理為標準信號后，在由后端采集卡PXI-6224和PXI-6220來完成對36路信號的采集。板卡是NI公司一款多功能數據采集卡，具備32通道或16通道；250KS/s采集速率；16位分辨率。

3 軟件部分設計[4-6]

Lab VIEW是美國NI公司推出的一種用于虛擬儀器軟件開發的圖形化編程語言。與傳統的文本編程語言相比，它簡單易學、開發效率高，在測試領域得到了廣泛的應用。因此本系統在虛擬儀器開發平臺的基礎上，開發專用的測控軟件。該系統的軟件包含了七個功能模塊，它們是：系統配置模塊、參數配置模塊、狀態檢測模塊、標定系統模塊、自校準模塊、數據采集模塊、數據處理模塊。

3.1 系統配置模塊

在某型號測試軟件的系統配置功能模塊中，工作人員可根據自己的要求選擇串口及波特率，并可以檢測每個機箱和機箱內模塊的狀態。因此，這個功能對于由多個調理適配設備搭建的測試系統來說是十分必要的。

3.2 參數配置模塊

在某型號軟件中的系統參數配置模塊具備對每個通道的激勵電壓、配橋方式、靈敏度系數和導線電阻進行設定，同時該模塊還具備自動恢復和通道拷貝等功能。

3.3 狀態檢測模塊

狀態檢測的主要目的是驗證系統硬件的實際工作狀態是否與參數配置表的設置一致。也就是說，為了讓用戶能清楚的知道硬件的配置狀態。

3.4 標定系統模塊

標定系統模塊專門用于對系統各部分進行硬件標定，或者利用高精度源對系統進行標定的一種軟件平臺。

標定系統模塊包括標定設置、開始采集、信號輸出、選點、確認選點、打印結果、實時監視、狀態提示、修改誤操作等功能。

圖4為標定系統模塊界面示意。

3.5 自校準模塊

校準系統是為了提高系統的測量精度和長期穩定性而設計的。通過定期或不定期的對系統進行自校準，不斷修正系統內部的微小偏差，可以使得測量更加準確。

因為自校準涉及到對系統本身測量精度的修正，所以進入自校準時需要進行密碼確認。也就是說，一般情況下不允許對系統進行修正，一方面是因為操作不正確會使系統測量出現較大的誤差或測量的是錯誤數據；另一方面如果不熟悉系統操作的人員可能會破壞系統測量的準確性。

3.6 數據采集模塊

數據采集模塊是本軟件的核心，是以動態測量為主要應用的測量記錄系統。該數據采集系統主要包括：試驗前設置（Ⅰ）、狀態跟蹤（Ⅱ）、曲線顯示（Ⅲ）、采集方式選擇（Ⅳ）、瀏覽數據（Ⅴ）等五個部分。

3.7 數據處理模塊

數據處理是主要用于對測試數據的分析、處理。例如：可以對信號進行均值、概率密度、峰值、均方根、自相關、互相關、相干函數、相干分析、自譜、互譜、數字濾波等時域、頻域和幅域等各項分析。同時還可以根據用戶提供相關數據和處理方法，為用戶留有進一步開發的空間，進行專業的數據處理。

同時，此模塊還具備TXT、EXCEL等格式的報表輸出功能。

4 結束語

該系統是基于虛擬儀器技術的測試系統與測控網絡的結合，使整個測試系統具有更強大的功能。測試數據首先進入計算機，由它來完成數據的實時采集和初步分析。通過以太網和控制計算機之間的連接，通過光纖網、Internet的TCP/IP協議，可以遠距離連接，完成遠程網絡傳輸。它的特點是：采用美國NI公司基于虛擬儀器技術的PCI測試板卡及美國ACME公司先進的便攜式加固機共同完成該系統信號的采集及控制任務，該系統具備體積小巧、安裝方便、功能強大、集成度高、便于搭建等特性。

此外，系統具有良好的擴展性，使其在保持體積不變的情況下通道數量得以擴充，最多完成256通道模擬信號的測試任務。為試驗任務的復雜化、系統功能擴展化做好了硬件準備。

該系統已經在某單位投入使用，運行結果證明系統具備了實用性、先進性、經濟性和可靠性的特點。

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