虛擬儀器技術在汽車工程測試的應用

何欣

摘 要：儀器驅動程序是完成對某一特定儀器控制與通信的程序， 是虛擬儀器系統的核心。應用程序開發的目的是最終將儀器驅動程序和計算機的數據分析顯示功能一體化，為使用者自行開發虛擬儀器給出了基本的軟件基礎。

關鍵詞：虛擬技術；汽車工程測試；發動機檢測系統一、數據采集系統構成方法

典型的數據采集控制系統由四大部分組成。

由于可編程儀器放大器技術、即插即用技術、告訴數據采集技術、多層電路板技術等最新技術的運用，讓我們的數據采集卡很好的保證了和儀器一樣的性能（精度、可靠性），該解決方案的使用讓用戶可以建立功能更加靈活，性能高但成本并不高的數據采集控制系統。

（一）基于GPIB 接口的虛擬儀器

GPIB （ General Purpose Interface Bus） 是一種8位并行數據通訊接口， 傳輸率達每秒鐘1MB以上， 有IEEE488 1 1987 和IEEE48821992 兩個標準。如圖所示，GPIB 構成的虛擬儀器系統由GPIB 接口卡和一臺計算機以及若干臺GPIB 儀器通過標準的GPIB電纜相互連接而成。利用VXI 總線實現虛擬儀器VXI是虛擬儀器比較具有代表性的硬件實施平臺，它的特點是數據傳送性能高，支持共享存儲器，擁有多處理器結構，在實際運用中可以同時操作和測量數個已獲得的數據通道，且可以實現對對個參數的高精度測量。一個基本的VXI 儀器系統可以有三種不同的配置方法。

1） GPIB 控制解決方案；

2） 嵌入式計算機控制方案；

3） MXI 總線控制方案；

從目前業界來說，比較主流的開發環境主要有2種：基于圖形編程語言設計的虛擬儀器，比如labview，另一種為編程語言設計的虛擬儀器，例如CVI等。其中labview是世界上首次使用圖形編程技術的開發系統，其本質是32位編譯型程序開發系統。

（二）虛擬儀器技術的關鍵以及發展

虛擬儀器的最關鍵最基本的技術為總線技術。

我們要用到電腦的幾種插槽（如PCI插槽、ISA以及各種擴展槽），在開發虛擬儀器之前，我們必須先確定用何種總線標準，PCI總線就是近年來一種比較先進和主流的總線規范。這種總線規范具有極好的兼容性，且功能全，傳輸效率也相對較高。在1998年，NT公司公開發布了PXI總線標準，這種標準可以看做是PCI在該領域的一次突破性擴展，有了這種新的標準，讓我們的硬件功能可以更加強勁，在處理虛擬儀器的數據時處理速度大幅度提升。

二、虛擬儀器技術的應用

在開發和推廣圖形化編程技術這方面，我們首先要提到的是總部位于美國的NI。該公司作為業界的領軍者，可以提供一個完成度非常高的虛擬儀器系統所需的所有硬件產品 （ 包括各種性能優良的的數據采集產品， 各種GPIB 儀器控制產品以及各種不同配置方案的VXI 儀器控制產品等） 。NI 的虛擬儀器的開發平臺LabVIEW 作為目前最常見的編譯型圖形化編程語言，將以往非常復雜且程序繁瑣的編程簡化為直觀、簡單的圖標或菜單，并運用線條將各個圖像相互連接起來的簡單編程方式。Labview中的源程序，非常類似于程序流程圖。因此，我們只需要將程序流程框圖做好，程序的編譯也大體完成。在查錯時也不必先編譯，而是找出語法的錯誤即可。在實際操作中，我們只需要簡單的點擊鼠標左鍵三次，立即可以找出錯誤的類別，和具體的位置。該特性使用起來非常方便也極大的降低了工作人員的工作量。

三、汽車發動機檢測系統

我國的清華大學利用虛擬儀器技術建立的汽車引擎檢測系統，對發動機的動態檢測如功率特性、負荷等特性進行檢測。以前我們都是在DOS下開發的開發程序，往往需要很多年才開發出的系統在實際的使用中都不理想，現在將系統移植到labview下，不但開發時間大大縮短，開發出的檢測系統其功能性、控制性能、擴展性能都大大的提高。

四、虛擬儀器技術在汽車測試實驗中的應用

現在我們使用labview所提供的基本模塊來制作簡易的實驗測試系統，便能夠相對比較形象的展示出實驗場景的搭建，并且可以對相關的控件進行操作，開展實驗。

下面本文將以汽車熱敏電阻傳感器作為例子來介紹如何使用該系統編制程序進行實驗。

名稱： 熱敏電阻特性曲線測定

要求： 實測PTC＼NTC 2種熱敏電阻的溫度曲線

工具： 一般配置的計算機（win7操作系統）、labview軟件

用公式節點給出隨溫度變化2種熱敏電阻阻值的變化關系

我們將溫度區間設定為20-120攝氏度，其中每5攝氏度為一個測試節點，每個溫度測量的時間間隔是1000ms用功能面板里的write to spread sheet file函數，將電阻值和溫度值保存成文本格式（.txt）。具體的文件名和保存路徑有用戶自己來設置。

具體順序如下，當程序啟動，先選擇類型為熱敏電阻，點擊電吹風加熱鍵，隨著溫度的持續增加，負溫度系數的熱敏電阻阻值直線降低，最終當溫度上升至120度時，畫出溫度特性曲線，這是計算機自動彈出保存按鍵，鍵入自定義的文件名予以保存。

與傳統實驗方式比較

優點總結

在傳統的實驗中，所需要的實驗設備非常多，具體有數熱敏電阻、萬用表、烤槍、溫度計等等，而在虛擬設備中，我們僅僅要用到的硬件是裝有labview軟件的計算機。相對來說實驗的經費投入大大減少，且極大的降低了實驗室日常維護保養得難度。

從實驗室的工作人員數量來講，一臺計算機一個操作人員便可以單獨操作而傳統的儀器則至少需要兩到三人同時配合實驗方可進行。