基于LabVIEW的汽車燃油壓力傳感器檢測系統(tǒng)

韓晶+張振東

摘 要：針對現(xiàn)有燃油壓力傳感器檢測精度差、效率低等問題，設(shè)計了基于虛擬儀器軟件開發(fā)平臺LabVIEW的燃油壓力傳感器檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過NI-USB 6210數(shù)據(jù)采集卡的輸入功能采集燃油壓力傳感器的電壓信號，通過采集卡的輸出功能控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動。實(shí)現(xiàn)了燃油壓力傳感器的參數(shù)設(shè)定、自動檢測、檢測結(jié)果顯示、歷史查詢。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多種燃油壓力傳感器的自動檢測，是一個開放的檢測系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的升級擴(kuò)展能力。

關(guān)鍵詞：燃油壓力傳感器；LabVIEW；檢測系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集卡

DOIDOI：10.11907/rjdk.171249

中圖分類號：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2017）007-0093-03

0 概述

隨著人們對汽車在各工況下性能要求的提高以及發(fā)動機(jī)技術(shù)的發(fā)展，汽車中各類傳感器的精確信號傳遞變得尤為重要[1]。其中，燃油壓力傳感器故障不可忽視，該傳感器故障會造成供油不暢、啟動困難、提速乏力等問題，嚴(yán)重時還有發(fā)抖現(xiàn)象，因此燃油壓力傳感器的性能檢測尤為重要?，F(xiàn)有汽車燃油壓力傳感器測試系統(tǒng)存在以下問題：①檢測精度及效率低，以人工測量為主，人為因素影響大；②非通用性。不能適應(yīng)不同型號的燃油壓力傳感器，增加檢測系統(tǒng)重復(fù)開發(fā)工作。

針對以上問題，為快速檢測傳感器質(zhì)量好壞，滿足生產(chǎn)過程中出廠前產(chǎn)品檢測需求，本文設(shè)計了一種汽車燃油壓力傳感器檢測系統(tǒng)。

1 檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文基于虛擬儀器設(shè)計思想，設(shè)計了燃油壓力傳感器檢測系統(tǒng)。LabVIEW以其圖形化的編程語言使編程以及系統(tǒng)功能擴(kuò)展容易實(shí)現(xiàn)[4]。本燃油壓力傳感器檢測系統(tǒng)基于虛擬儀器技術(shù)，結(jié)合LabVIEW圖形化編程語言和NI-USB 6210數(shù)據(jù)采集卡，建立圖形化的虛擬儀器面板，完成數(shù)據(jù)采集、處理及記錄等。本測試系統(tǒng)中所測試的傳感器為燃油壓力傳感器，其核心是一個鋼膜，在鋼膜上有應(yīng)變電阻，需測的壓力經(jīng)壓力接口作用到鋼膜一側(cè)，鋼膜彎曲，引起應(yīng)變電阻值發(fā)生變化。輸出信號為0～5V電壓信號，可直接被數(shù)據(jù)采集卡采集。步進(jìn)電機(jī)及其控制器用來控制管路內(nèi)的球閥閥門開度，用以調(diào)節(jié)管路內(nèi)燃油壓力大小。通過數(shù)據(jù)采集卡輸入功能將采集到的數(shù)據(jù)傳送給計算機(jī)，其輸出功能也可將計算機(jī)的指令傳給執(zhí)行設(shè)備。圖1是燃油壓力傳感器檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

檢測系統(tǒng)中需要控制油路壓力升降，實(shí)現(xiàn)燃油壓力傳感器正常的工作壓力范圍，這時就需要步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)球閥開閉。本系統(tǒng)選用Kinco系列步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器2M2280N，該款驅(qū)動器采用DSP單片機(jī)作為控制核心，使用矢量電流控制算法，使電機(jī)噪聲和振動大幅下降，步進(jìn)電機(jī)的性能接近伺服電機(jī)[5]。

本系統(tǒng)采用了一個兩相四線制混合式步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)球閥控制。步進(jìn)電機(jī)通過電脈沖信號驅(qū)動，將電池脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，又稱電脈沖馬達(dá)。在短時間內(nèi)發(fā)生周期性的突變或躍變電信號稱為電磁脈沖信號。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)不是連續(xù)的，隨著數(shù)字脈沖的變換而運(yùn)動，是一種通過數(shù)字信號控制的電動機(jī)。步進(jìn)電機(jī)采用PWM（Pulse Width Modulation）脈寬調(diào)制信號控制[6-7]。

2.2 數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)置

本系統(tǒng)采用NI USB-6210多功能數(shù)據(jù)采集卡，與計算機(jī)組成數(shù)據(jù)采集硬件部分，獲得傳感器送來的電壓信號以及數(shù)字量輸出，控制步進(jìn)電機(jī)，是整個檢測系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵部分。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

將本系統(tǒng)的軟件分為初始化區(qū)、硬件控制區(qū)、數(shù)據(jù)采集處理判定區(qū)、結(jié)果顯示區(qū)、結(jié)果記錄查詢區(qū)5個模塊，如圖2所示。同時，在每個模塊區(qū)中，按照劃分模塊編寫程序，模塊功能清晰。

3.1 系統(tǒng)前面板設(shè)計

如圖3所示，前面板中只布置了本檢測系統(tǒng)所要求實(shí)現(xiàn)功能的控件，體現(xiàn)了簡潔化、人性化。操作人員只要點(diǎn)擊開始測試，測試進(jìn)度會顯示在水平進(jìn)度條中。測試完成時直接顯示檢測結(jié)果，波形圖顯示被測傳感器的特性曲線，合格則布爾控件顯示綠色，不合格則顯示紅色。此外還設(shè)置了結(jié)果查詢區(qū)域，供操作人員查詢歷史檢測數(shù)據(jù)。

3.2 初始化區(qū)設(shè)計

軟件程序運(yùn)行結(jié)束后會保留上次檢測結(jié)果，再次運(yùn)行時，需要初始化其數(shù)值。前面板中數(shù)值輸入控件的允許誤差和電壓判定值需要初始化。若型號不需要經(jīng)常更換，允許誤差等值無需改動，可以將當(dāng)前輸入值設(shè)為默認(rèn)值。具體操作方法為，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵—數(shù)據(jù)操作—當(dāng)前值設(shè)置為默認(rèn)值。此外，初始化布爾顯示控件為初始顏色警示狀態(tài)，提示元件處于未檢測狀態(tài)。初始化可以避免前次檢測后產(chǎn)生的布爾燈顯示結(jié)果對本次檢測帶來的視覺影響，從而影響結(jié)果顯示的準(zhǔn)確性。

3.3 硬件控制區(qū)設(shè)計

本檢測系統(tǒng)中通過步進(jìn)電機(jī)控制器來控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及反轉(zhuǎn)，控制管路中燃油壓力變化，實(shí)現(xiàn)燃油壓力傳感器正常的工作壓力范圍。數(shù)據(jù)采集卡可以產(chǎn)生特定時序的控制信號，控制信號再傳遞給步進(jìn)電機(jī)控制器，從而控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動。本檢測系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)的控制包括電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、電機(jī)脫機(jī)3個部分。步進(jìn)電機(jī)控制程序如圖4所示。

3.4 采集處理判定區(qū)設(shè)計

數(shù)據(jù)采集、處理以及判定是本檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵，直接影響到燃油壓力傳感器好壞的判定。燃油壓力傳感器輸出0～5V電壓信號，直接輸入數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡將這些數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，供上位機(jī)處理分析。上位機(jī)將每個采樣時刻獲得的標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器數(shù)據(jù)通過輸出特性曲線轉(zhuǎn)化為壓力數(shù)據(jù)，與燃油壓力傳感器獲得的電壓數(shù)據(jù)在波形圖中顯示出來，用戶可以直觀看到燃油壓力傳感器的輸出特性。在此過程中，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)傳感器電壓值達(dá)到設(shè)定的判定值0.5V、2.5V、4.5V時，上位機(jī)根據(jù)允許的誤差范圍計算當(dāng)前電壓值上下限，并判定被測傳感器是否超出限值區(qū)域。endprint

3.5 結(jié)果顯示區(qū)設(shè)計

前面板中有波形圖可直接顯示所測燃油壓力傳感器的特性曲線，前面板上的布爾顯示控件可直觀地顯示檢測結(jié)果。被測傳感器的壓力檢測合格時，布爾顯示控件顯示設(shè)置為真狀態(tài)的綠色；被測傳感器的壓力檢測不合格合格時，布爾顯示控件顯示設(shè)置為假狀態(tài)的紅色。

3.6 結(jié)果記錄查詢區(qū)設(shè)計

檢測結(jié)果除了直接在軟件前面板上直觀顯示外，還寫入結(jié)果存儲文件。LabVIEW可將檢測結(jié)果保存在Excel中。

往往測燃油壓力傳感器多樣性的同時需查看某一傳感器的歷史檢測數(shù)據(jù)，可以通過點(diǎn)擊檢測數(shù)據(jù)查詢按鈕，根據(jù)測試項名稱查詢歷史數(shù)據(jù)。

4 測試結(jié)果

系統(tǒng)對兩組合格與不合格的06E906051J燃油傳感器進(jìn)行檢測，測試結(jié)果如表1、表2所示，其中合格記為1，不合格記為0。根據(jù)輸入的電壓判定值和允許誤差范圍對被檢測的燃油壓力傳感器作出判定，超出壓力范圍的為不合格品。從結(jié)果可以看出，基于LabVIEW的汽車燃油壓力傳感器檢測系統(tǒng)的設(shè)計具有較好的可行性。

5 結(jié)語

該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，縮短了測試時間，提高了工作效率，可以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)對測試的要求。該檢測系統(tǒng)具有一定的通用性，如在電動燃油泵后安裝一個高壓泵，既可檢測高壓燃油傳感器，同時也可以應(yīng)用于汽車外的壓阻式壓力傳感器的檢測。

參考文獻(xiàn)：

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[4]阮奇楨.我和LabVIEW：一個NI 工程師的十年編程經(jīng)驗[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

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[7]（日）坂本正文.步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用技術(shù)/電動機(jī)控制電路應(yīng)用技術(shù)叢書[M].譯：王自強(qiáng).北京：科學(xué)出版社，2010.endprint