基于LabVIEW的電阻式油位傳感器質量檢測裝置

夏麟， 王少娜

（1.上海科學技術職業學院機電工程系，上海 201800；2.上海市嘉定區成人教育學院，上海 201800；3.上海工商職業技術學院機電工程系，上海 201806）

基于LabVIEW的電阻式油位傳感器質量檢測裝置

夏麟1，2， 王少娜3

（1.上海科學技術職業學院機電工程系，上海 201800；2.上海市嘉定區成人教育學院，上海 201800；3.上海工商職業技術學院機電工程系，上海 201806）

介紹了一種基于LabVIEW的電阻式油位傳感器質量檢測裝置，該裝置采用步進電動機的均勻移動，帶動電阻式油位傳感器轉動，實時模擬油位在不同高度的變化，從而實現對油位傳感器的全量程動態性能測試。該檢測裝置已用于產品最終出廠質檢環節，測試結果表明，該裝置具有精度高、效率高、操作簡單、性能穩定等特點。關鍵詞：LabVIEW；油位傳感器；數據采集

0 引 言

隨著社會經濟的發展，汽車技術的進步，人們生活水平的不斷提高，汽車越來越普及。據中國汽車工業協會公布的數據:2010年,中國的汽車產銷量為1806萬輛，2011年,中國的汽車產銷量突破了1840萬輛。以每輛汽車用一個油位傳感器計算,每年新增的油位傳感器就會超過1800萬只。由此可見油位傳感器會隨著汽車工業的發展而有著廣泛的市場需求[1]。汽車油位傳感器主要用于檢測發動機油量及其最低油位，避免發動機在潤滑不良的狀況下繼續工作，從而有效防止發動機損壞，油位計傳感器精度的高低、質量優劣將直接影響到汽車行駛的安全，所以油位傳感器質量的檢驗是一個重要的環節。

然而，當前油位傳感器的生產企業在對油位傳感器的功能進行測試的時候，大多采用的是靜態測試方法，需要人工操作，檢測速度慢，精度低，人為誤差較大，無法實現對油位傳感器全量程進行動態的性能測試。文中提出了一種基于LabVIEW的電阻式油位計質量檢測裝置，該檢測裝置不僅能檢測出油位傳感器質量的好環，而且能根據測試結果準確地判斷出錯誤原因，以便對產品進行維修和后續產品的改進。

1 檢測裝置的工作原理和總體方案設計

1.1 檢測裝置的工作原理

電阻式油位傳感器作用就是感測油箱里油量的多少，通過油箱內浮子的上下浮動來帶動油位傳感器的電子元件滑動電阻器的移動。隨著油量的變化，滑動電阻的阻值會發生相應的變化，由油位傳感器將產生的電信號傳遞給油表，再按照一定的比例轉換成為汽油的油量，最終將油量顯示在油表上[2]。然而在實際產品質量檢測中不可能把油位傳感器浸入到油箱中，該檢測裝置通過采用步進電動機的均勻轉動，來帶動油位傳感器的電子元件滑動電阻器的均勻滑動，實時模擬油箱內浮子的上下浮動。通過AD采樣檢測油位傳感器在起點、1/4點、1/2點、3/4點、終點5個特征點的電阻值是否在閾值范圍內，來判斷被測油位傳感器質量的好壞。

圖1 油位傳感器測試原理圖

油位傳感器測試原理如圖1所示，VCC為直流電源電壓，由5 V電源轉換模塊提供的；R2為精密采樣電阻；油位傳感器的滑動電阻器R1的兩端連接在測試夾具的兩端，并且兩根引線沒有正負極性的要求。根據分壓原理，油位傳感器的接入測試電路中的電阻理論值為

式中：V1為5 V轉換電源實時電壓輸出值；V2為標準精密采樣電阻R2的實時輸出電壓值，由STC單片機采樣得到。

1.2 系統的總體方案設計

該系統利用STC12C5628AD單片機作為下位機控制的核心，該CPU作為STC新一代產品，具有高速、低功耗、抗干擾能力強等特點，而且指令代碼能完全兼容傳統8051單片機，內置1路通用全雙工異步串行口，4路PWM，8路高速10位A/D轉換，并且支持ISP編程，負責連續采集該傳感器每0.75°時的電阻信息，并將數據通過RS232總線傳遞給上位機，上位機軟件采用LabVIEW進行開發，是集數據通信、數據分析、報表統計于一體的油位器質量檢測系統。

圖2 系統總體設計框圖

系統的總體方案設計框圖如圖2所示，系統主要包括以下幾個部分：1）STC單片機控制模塊。用于實現外圍電路的控制、步進電動機運動的控制、油位傳感器電壓信號和電源電壓信號的采集、與上位機的通信等。2）步進電動機驅動模塊。用于將單片機的脈沖信號轉化為步進電動機的旋轉運動，保證步進電動機穩定工作。3）步進電動機。用于帶動油位傳感器的電子元件滑動電阻器的移動，實時模擬油箱內浮子的上下浮動。4）光電傳感器。用于尋找被檢測油位傳感器的測試起始參考點。5）旋轉夾持平臺。用于固定和夾持被測油位傳感器，以配合電動機轉動。6)報警和蜂鳴器模塊。用于給出錯誤警報。7）LabVIEW上位機軟件。負責與下位機STC單片機的串口通訊，采集數據的處理、顯示和存儲。

2 測試系統硬件平臺設計

2.1 測試夾持平臺方案設計

圖3 旋轉夾持平臺的結構示意圖

圖4 旋轉夾持平臺的實物圖

旋轉夾持平臺的固定夾持裝置結構示意圖和實物圖分別如圖3、圖4所示，它包括1個圓形可自由轉動卡槽和2個平行放置的帶有矩形凹槽的支架，以旋轉夾持平臺的底端邊沿起始，用旋轉螺釘分別以20 cm、10 cm、10 cm為間隔依次固定在旋轉夾持平臺的正中心直線上，并且圓形卡槽和2個凹槽支架的凹槽高度相等，用于固定放置待測油位傳感器。圓形轉動卡槽中心處也正是步進電動機的轉動軸固定孔。光電傳感器固定在旋轉夾持平臺的最左端光電傳感器固定孔處，與旋轉夾持平臺最右端的邊沿的角度大于105°。一根定位指針固定連接步進電動機的轉動軸上，用以配合光電傳感器尋找油位傳感器的零電阻參考位置。

2.2 測試系統硬件電路設計

圖5 檢測系統硬件電路圖

測試系統硬件電路圖如圖5所示，它主要由按鍵復位電路、晶振電路、MAX232電平轉換電路、光纖傳感器接入電路、AD采集電路和步進電動機驅動器接入電路組成。復位電路、晶振電路和5 V電源構成STC單片機的最小系統；MAX232電平轉換電路將TTL電平轉換為RS232電平，經串行通信接口與上位機相連，實現數據的傳輸和與上位機的通訊；光纖傳感器輸出信號經光隔離電路后接入STC單片機的外部中斷引腳，用于檢測油位傳感器的起始位置；油位器在步進電動機的帶動下均勻旋轉，STC單片機自帶AD采集電路即可采集到這個變化的信號，從而實現AD轉換；STC單片機的P2.6和P2.7分別與步進電動機控制器的CP脈沖信號和DIR方向信號相連，實現對步進電動機速度和方向的控制。

圖6 單片機控制程序流程圖

3 測試系統軟件平臺設計

該檢測裝置的軟件系統包括基于LabVIEW開發的上位機軟件和單片機嵌入式軟件。基于LabVIEW開發的上位機軟件主要實現數據的顯示、存儲及查詢等功能，同時向下位機發送指令；而下位單片機軟件主要負責中斷信號判斷、電動機運動控制、AD信號采集、與上位機信號通信等。

3.1 單片機軟件設計

單片機軟件使用C語言進行模塊化編程，主要包含主程序、中斷子程序、AD轉換子程序、RS232通信子程序和電動機控制子程序等。單片機控制程序工作流程如圖6所示，首先對串口進行初始化設置，接收到上位機開始指令后控制電動機空轉3個來回，每個行程均為105°，以模擬油位傳感器的“勻油”的過程。然后再次控制步進電動機緩慢運轉，同時采集油位傳感器電阻值，并實時把AD采樣數據上傳給上位機進行后續處理和判斷，完成后控制步進電動機回到初始位置，等待下次測試開始。

3.2 LabVIEW上位機軟件設計

3.2.1 LabVIEW上位機軟件設計流程

圖7 LabVIEW上位機軟件設計流程圖

LabVIEW上位機軟件設計流程如圖7所示，首先利用VISA打開PC機串口，并對波特率、數據位、奇偶校驗位等進行初始化設置，等待電動機勻油過程完成，接著讀取下位機上傳的數據，并實時進行數據保存和顯示。然后進行數據分析處理，得出油位傳感器的5個特征點的阻值，并與設定標準阻值進行比較，判斷是否在閾值范圍內。如果在閾值范圍內，產品質量測試通過，如果不在閾值范圍內，發出報警信號，給出錯誤代碼，提醒測試人員產品不良，等待后續維修和改進。

3.2.2 LabVIEW上位機軟件主界面設計

圖8 檢測系統上位機主界面圖

圖9 ActiveX的Excel數據保存程序框圖

LabVIEW具有良好人機交互界面就是通過前面板的設計體現的，如圖8所示為油位計質量檢測系統的主界面前面板。在界面前面板中，可以方便地輸入操作人員信息、所測產品型號信息，能統計 PASS產品數量、NG（不良）產品數量、Total產品總數以及通過率，并直觀地以進度條的形式顯示出來。能實時顯示測試的油位傳感器電阻值曲線，并且對接收到的數據和油位器5個特征點的設定標準值進行比較，如果超過標準值閾值范圍，對應特征點的指示燈發出報警，主界面最下端的綠色“PASS”條塊變成紅色“NG”高亮顯示，提示操作人員所測產品不合格。其中的“測試”按鈕用于啟動檢測系統，“OK”按鈕用于修改產品型號，“RESET”按鈕用于復位夾持平臺上的定位指針。

3.2.3 LabVIEW上位機數據保存模塊設計

為了方便對產品質量進行管理，該系統需具有報表功能，存儲產品關鍵信息，如產品類型編碼、測試人員、生產日期、錯誤類型編碼等，此外還需具有數據統計功能，能夠統計在一定時間內生產的產品數量、合格率等。

在LabVIEW軟件中，本系統通過運用ActiveX技術訪問MS Excel的方法，便于操作人員制作各種表格，進而實現Excel表格的數據存儲、圖表生成、數據管理等二次操作[3，5]。利用ActiveX的Excel報表生成的LabVIEW后面板程序框圖如圖9所示，主要包括以下步驟：獲取Excel引用句柄、打開Excel工作簿、確定寫入位置、存儲數據、保存工作簿、釋放句柄、錯誤判斷等。

4 結論

文中介紹的電阻式油位傳感器質量檢測裝置是基于LabVIEW軟件平臺建立起來的，方案設計了一套可靠的油位傳感器固定夾持裝置，采用步進電動機的均勻移動，帶動電阻式油位傳感器轉動，實時模擬油位在不同高度的變化，實現對油位傳感器的全量程動態性能測試，減少測試過程中的人為誤差。本檢測裝置已用于產品最終出廠質檢環節，測試結果表明，此裝置具有精度高、效率高、操作簡單、性能穩定等特點。

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LabVIEW-based Quality Testing Device for the Test of Resistance-type Oil Level Sensor

XIA Lin1,2,WANG Shaona3
(1.Department ofElectrical and Mechanical Engineering,Shanghai Vocational College ofScience and Technology,Shanghai 201800,China;2.Shanghai JiadingDistrict Adult Education Institute,Shanghai 201800,China;3.Department ofElectrical and Mechanical Engineering,Shanghai Industrial and Commercial Polytechnic,Shanghai 201806,China)

This paper presents a kind of LabVIEW-based testing device to test the quality of the resistance-type oil level sensor.This device adopts uniformly moving of stepper motor to drive the resistance type oil level sensor to rotation,which can simulate the change of oil level in different height real-timely.This device can get dynamic performance of the oil level sensor in full range.The test device has been used in the final product quality inspection.Practical test shows that the test device has advantage of high accurate and test speed,simple operation and stable performance.

LabVIEW;oil level sensor;data acquisition

U 463.7

B

1002－2333（2018）01－0151－04

（編輯昊 天）

夏麟（1984—），男，碩士，講師，從事機電液控制技術方面工作。

2017-03-21