基于Labview的車輛模擬量信號量采集系統

宋 燁

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

1 引言

1.1 選題背景

隨著汽車電子產品更新速度的加快，汽車電子控制單元的測試方法，周期和可靠性也被稱為影響市場響應速度的重要因素。在最初的測試方法中，測試設備是手動操作的。一方面，測試需要重復操作。這些操作需要精確細致的工作，既笨拙也不具創新性，且工作量比較大，手工測試不能在短時間內完成大量的測試案例，另一方面，手工測試很難捕捉到很多死鎖，資源沖突等錯誤，并且手動測試難以模擬系統較長時間運行來驗證系統穩定性。

隨著國內自主品牌汽車公司和國內外眾多知名汽車電子企業如西門子、威迪歐在中國的加速發展，中國汽車電子產業發展已成為不可逾越的重要紐帶。如何保證生產質量，開發一套用于車輛模擬數字信號采集和檢測的軟件尤為重要。

1.2 發展現狀

國內自動測試系統在通用性，多樣性和綜合能力方面的考慮較少。它缺乏標準化的設計標準和系統的頂層設計分析。標準化和模塊化的基礎相對較差。但經過多年的學習和吸收國外先進的自動測試技術，中國先后成功開發了大量自動測試設備，如雷達性能綜合檢測系統，現代汽車自動檢測系統，大型發電機組檢測設備等，我國在自動化測試技術方面取得了一定成效。

2 程序設計

2.1 軟件平臺

NI公司的labview軟件用來作為圖形化軟件開發平臺，它具有許多強大的動能，包括數字功能操作、數據采集、信號處理等等。它不僅僅是門編程語言，也可以用于開發數據采集系統、分析軟件以及儀器控制。

2.2 數據采集流程

程序開始后，電信號通過信號調理設備后輸入給數據采集硬件設備，再經過數據傳輸總線的傳遞將信號傳遞給計算機，計算機的數據采集軟件將信號進行記錄和運算。詳見圖1程序流程圖。

圖1 程序流程圖

2.3 系統前面板設計

數據采集系統界面設計的合理性和人性化，使得大大地增加駕駛員或檢測者觀察數據的效率。本次設計使用選項控制卡，將幾大功能模塊規劃于一個選項卡中，可以簡單快捷地進入系統中，而且還可方便于其他功能模塊的擴充。如圖2在前面板設置三個參數表：油量表、轉速表以及車速表給駕駛員直觀地提供此時汽車各參數值，并相應設置三個報警燈，紅燈亮起表示數值此時未在合理范圍內。設置波形圖表顯示此時測得的電壓，縱坐標則設置為幅值。

圖2 采集系統前面板設計

2.4 系統組成

2.4.1 數據采集程序

電壓信號的采集。從測量 I/O-DAQmx-數據采集子選板上選用“DAQ助手expressVI”，將其放置到程序框圖面板上，DAQ助手將會自行起動；選擇采集信號-模擬輸入-電壓，選擇物理通道，本文針對USB-6009，遂選擇USB-6009的物理通道，而后彈出express任務，保持默認設置，點擊完成。

頻率信號的采集。對于頻率信號的采集，就是在設定時間內采集的脈沖電壓個數。此時使用另一個 DAQ助手，使用計數器輸入-邊沿計數，使用默認設置，點擊完成。

將電壓及頻率信號在程序框圖通過“合并信號”輸入于波形圖表，使波形圖表能夠同時顯示電壓及頻率信號。

2.4.2 數據轉換

將電壓信號轉換為油壓信號，將頻率信號轉換為轉速及車速信號并顯示于前面板控件，利用“判定范圍并強制轉換”設置信號上下限，若超過信號上限，報警燈會發生響應并發出報警聲。

電壓轉換為油壓信號。轉換成轉速信號。一個脈沖信號即一轉，即測量出一定時間內的脈沖信號的個數，使用“脈沖測量”VI的周期輸出端，取其倒數，測出脈沖轉速。

2.4.3 報警裝置

設置信號合理范圍，若超出設定閥值報警燈響應并且發出聲音。利用“判定范圍及強制轉換”設置各參數的上下限，并且能夠在前面板自由調節，使用“非”函數，若參數值超過上限值，報警燈響應；利用“或”函數，將各個參數值輸入于其中并連接于“條件結構”，在“條件結構”的“假”分支中添加“蜂鳴聲”VI，實現若參數值不在范圍內立刻發出報警聲。

3 硬件方案與實驗測試

3.1 硬件介紹

本次試驗采用的是NI USB-6009數據采集卡，它是一款用于USB的14位、48K/S的多功能數據采集卡，它采用方便而便于攜帶的總線型設計，擁有8路12位模擬輸入通道、14位數字I/O線、2路模擬輸出通道和1個計數器。

與傳統的頻譜儀直接掃描相比，該數據采集卡的優點有三方面：第一是它有更高的采樣率，這樣使得頻譜圖的數據點大幅增加，以此來繪制出更加精確的頻譜圖；二是多通道可以同時工作，因而可以對多臺頻譜儀或其他設備進行數據采集，進而形成一套強大的數據采集系統；三是它具有強大的數據處理能力，可以結合VC++對數據進行進一步的加工，從而可以得到滿足用戶要求的圖形。

3.2 硬件連接

將NI USB-6009通過USB接口與PC機相連接，連接后數據采集卡USB-6009會有綠燈閃爍，PC機顯示的是程序前面板測試界面，可以清晰地看到前面板是類似于汽車儀表盤的界面，直觀地給測試人員提供各個參數值。

圖3 硬件連接

3.3 系統測試

本次使用的 NI USB-6009有個信號線，黑色線線端為GND，用于連接負極，紅色線線端位則為 ai 0通道，通過DAQ助手添加NI USB-6009的物理通道ai 0的電壓采集任務。

點擊前面板運行，程序開始運作，前面板波形圖表開始顯示電壓值，并且各個參數表開始輸出相應的值，且可以在前面板自由設置各參數值的最大最小值。若想要停止程序，只需點擊前面板的圖“停車”即可。詳見圖4測試結果。

圖4 測試結果

4 結語

本文利用Labview作為系統開發平臺，采用NI USB-6009信號采集卡作為硬件，在labview中調用DAQ助手實現電壓及頻率的采集，利用計算公式實現將電壓及頻率轉換為各個參數，設置參數值合理范圍，超出上限值，將導致報警燈與報警聲響應。結果表明，Labview比其它文本語言更加簡單直觀可靠，且該系統具有良好的可移植性，通過擴展采集卡通道及重新編程，可以滿足對不同數據的采集要求。