基于LabVIEW的汽車散熱器風(fēng)扇自動(dòng)控制仿真

劉國中

摘要：傳統(tǒng)的汽車電控教學(xué)需要購買大量的設(shè)備，耗材、費(fèi)時(shí)。在LabVIEW環(huán)境下，建立汽車?yán)鋮s散熱器風(fēng)扇自動(dòng)控制的模型，實(shí)現(xiàn)仿真教學(xué)，利用LabVIEW軟件開發(fā)上位機(jī)應(yīng)用程序，并由PROTEUS軟件開發(fā)相應(yīng)的下位機(jī)程序，可以簡單明了地設(shè)置汽車散熱器風(fēng)扇自動(dòng)啟動(dòng)的觸發(fā)條件，觀看由下位機(jī)仿真程序?qū)崿F(xiàn)的風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

關(guān)鍵詞：汽車；LabVIEW；仿真

引言

現(xiàn)代汽車大量采用以發(fā)動(dòng)機(jī)智能管理系統(tǒng)、底盤、車身電控系統(tǒng)為代表的電子控制裝備，國內(nèi)汽車保有量的不斷提高，汽車維修服務(wù)人才的需求量也不斷增加。為適應(yīng)市場的需求，各類職業(yè)院校紛紛開設(shè)了汽車檢測(cè)與維修等專業(yè)。由于汽車維修專業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)，職業(yè)院校比較注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，對(duì)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)比較突出。而由于儀器設(shè)備、資金以及新車型技術(shù)更新快等限制，采用傳統(tǒng)汽車教學(xué)設(shè)備的專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)無法滿足要求。采用虛擬儀器技術(shù)開展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)，可以有效解決實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中面臨的上述問題。

本文通過LABVIEW仿真軟件，設(shè)計(jì)汽車散熱器風(fēng)扇自動(dòng)控制的LABVIEW應(yīng)用程序作為上位機(jī)控制端，結(jié)合PROTEUS軟件設(shè)計(jì)下位機(jī)端程序作為執(zhí)行器，使教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果，希望能為高職院校汽車電子專業(yè)課程仿真教學(xué)起到拋磚引玉的作用。

一、LABVIEW簡介

LabVIEW是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的縮寫，即實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)，是美國國家儀器公司（NI公司）推出的一種基于G語言（圖形化編程語言）的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，包括控制與仿真、高級(jí)數(shù)字信號(hào)處理、統(tǒng)計(jì)過程控制、模糊控制和PID控制等眾多附加軟件包。

LabVIEW軟件的優(yōu)點(diǎn)一是價(jià)格便宜，利用一個(gè)硬件，通過改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功能。二是采用LabVIEW軟件開發(fā)的課程，直觀方便，便于學(xué)生理解汽車電子教學(xué)中的原理。三是利用LabVIEW軟件開發(fā)課程簡單、方便。汽車電子電氣的控制主要是基于汽車上各種傳感器的信號(hào)對(duì)各種電子電氣執(zhí)行元件進(jìn)行控制。

二、汽車?yán)鋮s散熱器風(fēng)扇自動(dòng)控制原理

汽車?yán)鋮s系的功能是使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在適當(dāng)?shù)臏囟认鹿ぷ鳌?/p>

發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)混合氣燃燒后溫度約為2200—2800K。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，必須對(duì)氣缸加以冷卻。同時(shí)如果冷卻過度也會(huì)造成氣缸充氣量減少、燃燒不正常、功率下降、油耗增加及潤滑不良等影響。

目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)多采用強(qiáng)制循環(huán)水冷系統(tǒng)。通過冷卻水在發(fā)動(dòng)機(jī)水套中循環(huán)流動(dòng)而吸收多余的熱量，冷卻水吸熱后進(jìn)入車前端的散熱器（水箱）內(nèi)。通過自然對(duì)流和風(fēng)扇的抽吸，外界冷空氣通過散熱器，帶走冷卻水的熱量并送入大氣。當(dāng)散熱器中的冷卻水得到冷卻后，在水泵的作用下，再次進(jìn)入水套。如此循環(huán)不已地冷卻了發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件。

散熱器由風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)強(qiáng)制氣流在散熱器表面流動(dòng)來提高散熱效率。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫在95℃以下時(shí)，風(fēng)扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫在95～105℃范圍里，風(fēng)扇以一檔運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)水溫超過105℃時(shí)風(fēng)扇以最高檔運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)及運(yùn)行效果說明

項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)：采用一個(gè)溫度VI來模擬發(fā)動(dòng)機(jī)水溫，通過前面板上數(shù)值控件來設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作水溫范圍，報(bào)警燈及警報(bào)器來模擬報(bào)警。

項(xiàng)目工程運(yùn)行效果說明：運(yùn)行汽車?yán)鋮s散熱器風(fēng)扇自動(dòng)控制電路仿真vi文件后，可以從前面板上觀察到發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的變化情況，及到達(dá)上下邊界是報(bào)警燈的顯示情況，同時(shí)將控制命令通過串口送到執(zhí)行器控制器，由控制器再控制風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)水溫到達(dá)95度到105度范圍時(shí)，啟動(dòng)散熱器風(fēng)扇一檔；當(dāng)水溫超過105度時(shí)，報(bào)警燈閃爍、喇叭嘀嗒鳴叫，同時(shí)散熱器風(fēng)扇啟動(dòng)最高檔（二檔）。

（一）根據(jù)項(xiàng)目相關(guān)電路及工作原理的說明，建立汽車?yán)鋮s散熱器風(fēng)扇自動(dòng)控制電路的LABVIEW工程文件。

1.我們采用一個(gè)溫度VI來模擬汽車發(fā)動(dòng)機(jī)水溫傳感器測(cè)量的溫度，報(bào)警燈及警報(bào)器來模擬報(bào)警，建立此模型。

2.建立VI文件

1）繪制前面板，啟動(dòng)LABVIEW，點(diǎn)擊FIL->NEW VI，建立汽車?yán)鋮s散熱器風(fēng)扇自動(dòng)控制電路.VI如下圖

2）建立程序框圖，按CRL+E，切換到框圖，在窗口右擊彈出函數(shù)菜單，如下圖

在框圖上放置如下函數(shù)：

至此VI文件建立完畢。

1.建立PROTEUS汽車自動(dòng)空調(diào)控制仿真文件，如下圖：

2.編寫程序代碼：

int E1 =5； //連接風(fēng)扇電機(jī)1的使能端口到數(shù)字接口5

int M1 =4； //連接風(fēng)扇電機(jī)1的轉(zhuǎn)向端口到數(shù)字接口4

int E2 = 6； //連接風(fēng)扇電機(jī)2的使能端口到數(shù)字接口6

int M2 =7； //連接風(fēng)扇電機(jī)2的轉(zhuǎn)向端口到數(shù)字接口7

byte val[2]； //暫存上位機(jī)發(fā)送的四個(gè)字節(jié)的電機(jī)控制指令

void setup（）

{

Serial.begin（9600）； //設(shè)置串口波特率為9600 pbs

pinMode（M1，OUTPUT）； //設(shè)置引腳為輸出模式

pinMode（E1，OUTPUT）；

pinMode（M2，OUTPUT）；

pinMode（E2，OUTPUT）；

}

void loop（）

{

delay（10）； //延時(shí)10ms

if（Serial.available（）>0） //如果讀緩沖區(qū)有字節(jié)

{

for（int i=0；i<2；i++） //讀取上位機(jī)發(fā)送的2個(gè)字節(jié)的控制指令

{

val[i]= Serial.read（）；}

}

if（val[0]==0 && val[1]==0） //低于正常水溫

{

digitalWrite（M1，LOW）； //風(fēng)扇電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)

analogWrite（E1，0）；

digitalWrite（M2，LOW）；

analogWrite（E2，0）；

}

if（val[0]==0 && val[1]==1） //發(fā)動(dòng)機(jī)水溫在正常工作范圍（95～105），兩風(fēng)扇均以低速運(yùn)轉(zhuǎn)

{

digitalWrite（M1，LOW）；

analogWrite（E1，127）；

digitalWrite（M2，LOW）；

analogWrite（E2，127）；

}

if（val[0]==1 && val[1]==1） //發(fā)動(dòng)機(jī)水溫超出正常工作范圍（95～105），兩風(fēng)扇均以高速運(yùn)轉(zhuǎn)

{

digitalWrite（M1，LOW）；

analogWrite（E1，255）；

digitalWrite（M1，LOW）；

analogWrite（E2，255）；

}

}

小結(jié)

本項(xiàng)目汽車?yán)鋮s散熱器風(fēng)扇的仿真只是為了基于教學(xué)，方便學(xué)生理解原理而設(shè)計(jì)，所以并非汽車?yán)鋮s散熱器風(fēng)扇控制的全部電路，內(nèi)容不是很全面。另外，在LABVIEW的前面板設(shè)計(jì)方面可以更加美觀些。

參考文獻(xiàn)：

[1][美]Jeffrey Travis、Jim Kring著 喬瑞萍等譯 《LabVIEW大學(xué)實(shí)用教程》（第三版） 電子工業(yè)出版社 2013年12月；

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[3]李春明 《汽車車身電子技術(shù)》 北京理工大學(xué)出版社 2012年1月；

[4]王興國 劉毅 《汽車電氣設(shè)備構(gòu)造與維修》 人民郵電出版社 2014年10月