基于LabVIEW的汽車燃油流量模擬監測系統設計

楊亞萍，田國望

（西安航空學院 車輛工程學院，陜西 西安 710077）

基于LabVIEW的汽車燃油流量模擬監測系統設計

楊亞萍，田國望

（西安航空學院 車輛工程學院，陜西 西安 710077）

文章提出基于LabVIEW的汽車燃油流量模擬監測系統，利用水泵模擬燃油泵，通過調節水泵流量的大小，將流量傳感器檢測信號通過數據采集卡傳輸給計算機進行數據處理，實現汽車燃油流量大小的實時顯示，便于駕駛員及時改變駕駛方法，從而達到降低油耗的目的。

汽車燃油流量；監測系統；流量傳感器；LabVIEW

Abstract:The proposed analog monitoring system for vehicle fuel flow utilize water pump to simulate the oil pump. By adjusting the pump flow, the volume of vehicle fuel flow can be displayed in real-time after the signal from flow sensor was transferred to the computer through the data acquisition card. The system can help driver change their driving styles in time for the purpose of reducing fuel consumption.

Keywords: Vehicle Fuel Flow; Analog Monitoring System; LabVIEW; flow sensor

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-13-03

引言

目前大多數轎車上使用的汽車燃油表仍然是三刻度式儀表，由于使用的油量傳感器的限制，只能讓駕駛人員定性地了解油箱內剩余的燃油量，毫無精度可言。基于 LabVIEW的汽車燃油流量監測系統可讓駕駛員根據顯示屏上的瞬時油量數值確認實時油量的變化情況，及時改變駕駛方法，從而達到降低油耗的目的。

LabVIEW 是基于虛擬儀器技術的圖形化編程語言和專業的仿真測控開發環境。虛擬儀器的出現可以說是儀器發展的一次飛躍，它是電子儀器與計算機技術更深層次的結合。利用該技術，可以更好的發揮計算機強大的信息處理功能和圖形界面功能，大大簡化測試設備，方便觀察測試結果，并可對采集到的信息進行各種分析、處理，也有利于系統進一步擴展和完善。

1 虛擬儀器技術概述

虛擬儀器的本質是通過計算機所編寫的軟件程序將智能化計算機軟件和高效功能化的模塊硬件緊密的聯系在一起，由計算機、模塊化功能硬件和應用軟件三部分組成。計算機是通用計算機，包括微處理器、儲存器和顯示器等，主要用來提供實時高效的數據處理；硬件是虛擬儀器工作的基礎，主要是完成對被測信號的采集、傳輸和測量。

虛擬儀器技術的核心就是利用計算機的硬/軟件資源，使本來需要硬件實現的技術軟件化（虛擬化），最大限度地降低了系統成本，增強了系統的功能性和靈活性。使用者能夠隨時通過圖形的界面來操作計算機，定義自己實驗所需要使用的儀器和控件功能。

2 模擬監測系統的設計

2.1 系統硬件組成與設計

系統硬件組成如圖1所示，利用水泵模擬燃油泵對燃油進行輸送，通過調節開關控制水泵的流量大小。用霍爾式流量傳感器采集由調節開關控制下的不同流量信號，并將其輸送給數據采集卡。數據采集卡將傳感器采集到的脈沖信號傳輸給計算機。利用 LabVIEW 虛擬面板實時顯示流量傳感器的信號和流量的大小。同時，在實時流量超過設置流量上限的時候發生報警。

圖1 系統硬件組成框圖

2.2 流量信號測試

YF-S401霍爾式流量傳感器是一種新型先進的液體流量監測敏感元器件，它采用的是霍爾效應原理，其參數如表 1所示。在管路中接通霍爾式流量傳感器，使其供電工作，水流通過傳感器時會帶動其磁性轉子轉動，產生旋轉磁場，轉子切割磁力線，輸出高、低脈沖電平，由于磁性轉子的轉速與水流量大小成正比關系，單位時間內霍爾元件輸出脈沖信號的個數與磁性轉子的轉速成正比關系，因此，只要測出單位時間內輸出脈沖信號的個數，就可以得到流量大小。具體設計思路如圖2所示。

圖2 系統設計思路圖

表1 YF-S401傳感器參數

2.3 數據采集卡

本設計采用USB-6009數據采集卡，它具備8路模擬輸入通道，14位分辨率，12條數字I/O線，2路模擬輸出通道，1個計數器，完全滿足本測試系統的硬件要求。

3 LabVIEW編程

LabVIEW是一種圖形化編程語言，是用圖標代碼來代替編程語言創建應用程序的執行，它使用數據流編程方法來描述程序的執行，用圖標和連線來代替文本的形式編寫程序。編程簡單，操作方便。

3.1 虛擬面板設計

前面板的設計分為了兩部分，如圖3所示。左邊為輸入，右邊為輸出。輸入部分主要完成DAQ通道的設置，設定PFI0端口為計數器觸發端，下降沿有效，計數方向選擇向上計數。輸出部分，主要顯示傳感器的測試信號、油量變化、總油量等。

同時為了使駕駛員能夠更好的實時了解汽車燃油流量的變化情況，及時改變汽車的駕駛方法，添加一個實時流量的報警裝置，其作用是當實時流量超過設定的流量值時，報警燈就會發生報警。

圖3 汽車燃油流量監測系統虛擬面板設計

3.2 系統程序設計

1）通道設置

圖4 通道設置

如圖4所示，通過“函數”→“測量I/O”→“DAQmx-數據采集”→“DAQmx創建虛擬通道”→“計數器輸入”→“邊沿計數”，在DAQmx中創建虛擬通道。

2）信號采集子程序

采用 while循環結構，可以實時地采集脈沖信號，并經過計算顯示流量和總油量，單位時間為0.1s。

①總油量的計算：由傳感器的參數得知，流過 1L液體所得到的脈沖個數是5880個，所以總的油量就是采集到的脈沖個數除以5880。

②流量的計算：流過1L液體的脈沖個數是5880個，因此用所采集到當前循環內所產生的脈沖個數除以 5880就是在0.1s內所流過液體的體積。

當進行下一個循環的時候，通過移位寄存器用下一個循環采集到的脈沖個數減去上一個循環的脈沖個數，就是當前循環所產生的脈沖個數。程序如圖5所示。

圖5 信號采集子程序

③報警子程序

當流量超過設置的上限（1.5L）時，報警燈變紅，自動實現報警。

圖6 報警子程序

4 系統調試

連接硬件電路，傳感器接5V電源，水泵接12V電壓，水泵輸出端口與傳感器的輸入端連接，傳感器的輸出端接數據采集卡的PFI0端，將采集卡輸出通過USB口與計算機連接。調節水泵開關，接通電源，傳感器的輸出脈沖波形、流量實時曲線、總流量實時曲線波形圖如圖7所示。

圖7 正常工作虛擬面板顯示圖

適時調節水泵開關，增大流量，單位時間內傳感器輸出波形個數增加，一旦超過流量設置上限，報警燈會自動報警。波形顯示如圖8所示。

圖8 增大流量虛擬面板顯示圖

5 結論

基于 LabVIEW的汽車燃油流量模擬監測系統，充分發揮了虛擬技術的優勢，使系統具有友好的人機界面，操作簡單、功能完善、界面直觀、性價比高等特點，可實現數據的實時測量和顯示、數據的監控報警等功能，便于駕駛員及時了解燃油量情況，并做出及時反應，從而降低燃油的油耗。

[1] 徐磊,翟文濤,嚴利民.基于LabVIEW的流量測試系統設計[J].儀器儀表用戶,2010(05):14-15.

[2] 李曉波.基于LabVIEW的汽車水溫傳感器檢測系統[J].儀表技術與傳感器,2013,28(1):59-61.

[3] 孟武勝,金敏,張元.基于LabVIEW的流量信號采集與處理[J].機電一體化,2011(09):78-81.

[4] 李海娟.基于 Labview的汽車發動機實驗臺參數測試系統[J].計量與測試技術,2012, 39（10）:38-39.

[5] 龔立雄,吳旭,黃敏.基于虛擬儀器的汽車儀表盤仿真設計[J].湖北工程學院學報,2014,34（6）:33-38.

[6] 何玉鈞,高會生.LabVIEW 虛擬儀器設計教程[M].北京:人民郵電出版社,2012:1-150.

[7] 李明陽,彭億強.基于 LabVIEW 的汽車數據采集系統設計[J].四川省汽車工程學會2013年學術年會論文,2013:407-411.

The Design of Analog Monitoring System for Vehicle Fuel Flow Based On LabVIEW

Yang Yaping, Tian Guowang
( School of vehicle engineering, Xi'an aviation college, Shaanxi Xi'an 710077 )

U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-13-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.005

楊亞萍（1972-），女，碩士，副教授，就職于西安航空學院 車輛工程學院。從事測控技術研究。