基于LabVIEW 的發(fā)動(dòng)機(jī)電控傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃曉飛，申榮衛(wèi)

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 汽車(chē)與交通學(xué)院，天津 300222）

基于LabVIEW 的發(fā)動(dòng)機(jī)電控傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃曉飛，申榮衛(wèi)

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 汽車(chē)與交通學(xué)院，天津 300222）

基于LabVIEW通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制傳感器、信號(hào)處理電路、研華數(shù)據(jù)采集卡PCI-1712以及PC機(jī)等對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行信號(hào)采集，而且成功設(shè)計(jì)出了發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器采集信號(hào)系統(tǒng)。并進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證了系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定。

數(shù)據(jù)采集；LabVIEW；曲軸位置傳感器

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.035

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988（2016）11-95-02

1、LabVIEW簡(jiǎn)介

LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是美國(guó)NI公司推出的一種圖形化的編程語(yǔ)言，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，易學(xué)易用，特別適用于硬軟件工程師、測(cè)試技術(shù)職員、流水線工藝技術(shù)人員的進(jìn)修和應(yīng)用，可在很短的時(shí)刻內(nèi)學(xué)會(huì)并應(yīng)用到實(shí)踐中去。LabVIEW集成了GPIB、PCI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能，它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)[1]。圖形化的程序語(yǔ)言，又稱(chēng)為“G”語(yǔ)言。這種語(yǔ)言很方便程序員開(kāi)發(fā)軟件，主要是用流程圖來(lái)代替程序代碼，可以高效率縮短開(kāi)發(fā)周期而且也大大的簡(jiǎn)化了復(fù)雜的程序代碼[2]。這是一款功能強(qiáng)大且靈活的軟件。

2、發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制傳感器的信號(hào)采集系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)的總體方案是測(cè)試和研究了采集到的發(fā)動(dòng)機(jī)的傳感器信號(hào)，PCLD-8710接線板接受虛擬儀器采集到的數(shù)字量，然后通過(guò)數(shù)據(jù)總線連接到PCI-1712型數(shù)據(jù)采集卡上，依據(jù)LabVIEW程序，對(duì)采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算以及處理等，并實(shí)現(xiàn)對(duì)其數(shù)據(jù)分析的顯示以及對(duì)采集到的傳感器信號(hào)實(shí)現(xiàn)圖形化顯示。

2.1發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1.1傳感器的選擇

發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器主要有：節(jié)氣門(mén)位置傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、爆震傳感器、氧傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、油門(mén)踏板位置傳感器等。

2.1.2數(shù)據(jù)采集卡選擇

依據(jù)實(shí)際傳感器信號(hào)的采集參數(shù)要求和成本的控制的多項(xiàng)思考，本文采納了研華公司產(chǎn)品中的PCI-1712。

PCI-1712數(shù)據(jù)采集卡主要特點(diǎn)如下：

1）板卡自身A/D內(nèi)存為1K FIFO buffer 和D/A輸出的32K FIFO buffer。

2）1MHz的采樣速率，12位A/D變換器并且采納PCI數(shù)據(jù)總線傳輸[3]。

3）16路單端或8路差分模擬量輸入（AI0～AI15），或組合方法輸入[4]。

4）模擬量輸入輸出自動(dòng)校準(zhǔn)。每個(gè)通道輸入增益可編程等。

2.1.3調(diào)理電路

信號(hào)調(diào)理的主要作用就是放大較弱信號(hào)使之變換成為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)以滿足插入式采集設(shè)備的模擬電壓輸入范圍要求；阻斷計(jì)算機(jī)與傳感器信號(hào)以保護(hù)測(cè)試信號(hào)不被共模電壓的干擾；在測(cè)試信號(hào)中濾出不需要信號(hào)等。

2.1.4PC機(jī)的選擇

本套系統(tǒng)采用現(xiàn)有的聯(lián)想臺(tái)式機(jī)，可以滿足實(shí)驗(yàn)的要求。

2.2發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.2.1軟件結(jié)構(gòu)

應(yīng)用程序主要實(shí)現(xiàn)功能：采集參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)實(shí)時(shí)顯示以及信號(hào)儲(chǔ)存四大功能模塊。

2.2.2信號(hào)采集模塊

模擬輸入、模擬輸出、計(jì)時(shí)器以及數(shù)字輸入/輸出是LabVIEW數(shù)據(jù)采集的主要幾種功能。而模擬輸入方式是其中最常用一種方式。一個(gè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程的模擬信號(hào)是主要通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡多路開(kāi)關(guān)，A / D轉(zhuǎn)換芯片和數(shù)據(jù)緩存若干組件將單個(gè)信道的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)高速緩存中，而研華數(shù)據(jù)采集卡中的若干組件是被電腦利用虛擬儀器中的代碼進(jìn)行操作的。電腦和數(shù)據(jù)采集之間則是通過(guò)PCI總線進(jìn)行相互的信息轉(zhuǎn)換、通信和控制。本模塊對(duì)傳感器信號(hào)的實(shí)時(shí)采集主要是利用了研華數(shù)據(jù)采集卡實(shí)施的。信號(hào)采集的程序框圖如圖1。

2.2.3參數(shù)設(shè)置模塊

此部分主要是數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的多種參數(shù)進(jìn)行配置。主要包括取樣速率、取樣通道的選擇、開(kāi)始取樣時(shí)間以及取樣數(shù)的配置。為了簡(jiǎn)化框圖的復(fù)雜，采納了局部變量將配置好的參數(shù)傳達(dá)到后續(xù)，并保持前后一致及同步。

2.2.4信號(hào)顯示模塊

良好的人機(jī)交互界面使儀器的操作非常簡(jiǎn)單。采集完的數(shù)據(jù)以一維數(shù)組的形式輸入為SplitDArray.vi，轉(zhuǎn)換為二維數(shù)組后進(jìn)過(guò)索引數(shù)組，根據(jù)之前條件結(jié)構(gòu)中給出的索引值索引出相應(yīng)的子數(shù)組。然后再輸入給創(chuàng)建波形作為波形中的Y值，通過(guò)創(chuàng)建數(shù)組在波形圖表中顯示出來(lái)。

3、實(shí)例應(yīng)用

以TSI發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速感器為例進(jìn)行說(shuō)明。曲軸位置傳感器又稱(chēng)轉(zhuǎn)速傳感器，一般是霍爾效應(yīng)式，分布在分電器內(nèi)，用以檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，為電腦的點(diǎn)火時(shí)刻和噴油時(shí)刻供應(yīng)電信號(hào)。

豐富的數(shù)據(jù)圖形化顯示控件是LabVIEW的最大優(yōu)勢(shì)之一，而且使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單[5]。測(cè)試結(jié)果以及分析結(jié)果可以用圖表的形式顯示出來(lái)，便于觀察被測(cè)目標(biāo)的改化趨向，同時(shí)也使前面板顯示的結(jié)果倍加形象直接。利用設(shè)計(jì)好的程序測(cè)得轉(zhuǎn)速傳感器的波形如圖2所示，通過(guò)對(duì)比驗(yàn)證可知本系統(tǒng)可靠。

4、結(jié)束語(yǔ)

本文基于LabVIEW的圖形化程序語(yǔ)言，完成了對(duì)電子控制發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器信號(hào)的采集系統(tǒng)的配置，而且整個(gè)系統(tǒng)完成了對(duì)傳感器信號(hào)的取樣及顯示，并通過(guò)系統(tǒng)對(duì)比驗(yàn)證，證明本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集儀器相比，基于虛擬儀器LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有價(jià)格低廉、維護(hù)方便、操作簡(jiǎn)單及開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。

圖1　信號(hào)采集程序框圖

圖2　轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)

[1]石博強(qiáng), 趙德永, 李暢, 雷振山. LabVIEW6.1 編程技術(shù)實(shí)用教程[M]. 北京:中國(guó)鐵道出版社, 2002

[2]吳新華. 虛擬儀器在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用[J]. 萍鄉(xiāng)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào), 2011

[3]嚴(yán)航明. 虛擬儀器基本原理及其應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用, 2011

[4]PCI-1712PCI-1712L.[2016-1-4].http://downloadt.advantech.com.cn/ productFile/Downloadfile2/1-1u20mi/PCI-1712_1712L_DC_CHS.p df.

[5]趙易彬,周以琳.基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005(10).

Engine electronic control sensor signal acquisition system design based on LabVIEW

Huang Xiaofei, Shen Rongwei
( Tianjin vocational technology normal university, Tianjin 300222 )

Based on LabVIEW through electronic engine control sensors, signal processing circuit, Advantech PCI-1712 data acquisition card and PC machine the engine signal acquisition, and successfully designed an engine sensor signal acquisition systems. And compared to verify the system is reliable and stable.

Data acquisition; LabVIEW; Crankshaft position sensor

U463.6 文獻(xiàn)表示碼：A

1671-7988（2016）11-95-02

黃曉飛 （1988—），男，碩士研究生。就讀于天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)。研究方向：汽車(chē)電子控制技術(shù)。

申榮衛(wèi) （1971—），男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師。就職于天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)。研究方向：汽車(chē)新能源與電子控制技術(shù)。