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  liutangdehe 2011-04-11 00:00:00

  向多物理量、高精度、自動化的方向發(fā)展，為測試技術(shù)提出了新的要求。文中基于現(xiàn)代汽車 工程測試的需求，介紹了虛擬儀器的定義、構(gòu)成、特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，并根據(jù)實(shí)例，闡述了虛擬儀器技術(shù)在汽車工程測試領(lǐng) 域的應(yīng)用優(yōu)勢及前景。 關(guān)鍵詞:虛擬儀器;汽車;測試 0引言 隨著社會生活水平提高和消費(fèi)者需求多樣 化，現(xiàn)代汽車的性能和配置不斷地提高，增加了汽 車工程測試的復(fù)雜程度。汽車工程測試中，經(jīng)常需 要測量多種信號并進(jìn)行分析[1]，如車速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn) 角、橫擺角速度、側(cè)傾角、俯仰角、橫向加速度、縱 向加速度、車體變形、電壓、電流、溫度、CAN總 線信號、油液壓力、真空度等。一方面，汽車工程 測試不斷向著多物理量、高精度、大數(shù)據(jù)量、自動 化的方向發(fā)展，另一方面，傳統(tǒng)儀器由于功能固 化、數(shù)據(jù)處理及分析能力差、存儲數(shù)據(jù)量少等原 因，越來越難以滿足現(xiàn)代化汽車測試的需要。20 世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)的虛擬儀器技術(shù)適應(yīng)了這 種需求，并在汽車工程測試中取得了日益廣泛的 應(yīng)用。 1虛擬儀器技術(shù)構(gòu)成、特點(diǎn)及優(yōu)勢 1.1虛擬儀器的定義及構(gòu)成 1986年，美國國家儀器(National Instru- ments，即NI)公司在世界上首次提出了虛擬儀 器的概念，引發(fā)了測控技術(shù)領(lǐng)域的一場重大變革。隨著個人計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和NI等研 究者的努力，近20年來，虛擬儀器技術(shù)在工業(yè)、 教學(xué)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、國防等領(lǐng)域取得越來越廣泛的 應(yīng)用。 所謂虛擬儀器，是在以計算機(jī)為核心的硬件 平臺上，其功能由用戶設(shè)計和定義，具有虛擬面 板，其測試功能由設(shè)計軟件實(shí)現(xiàn)的一種計算機(jī)儀 器系統(tǒng)[2]。 一個典型的虛擬儀器測試系統(tǒng)由以下模塊 構(gòu)成，如圖1。各種被測物理量可以通過選用不 同的傳感器來感測，傳感器輸出的信號經(jīng)過信號 調(diào)理電路的線性放大，轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集卡可以識 別的特定范圍內(nèi)的電壓信號。數(shù)據(jù)采集卡的主要 功能是A/D轉(zhuǎn)換，即將輸入的模擬電壓信號轉(zhuǎn) 換為計算機(jī)可以識別的數(shù)字信號?；谟嬎銠C(jī)的 主控系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，軟 件可以控制數(shù)據(jù)的處理、顯示與分析。 1.2虛擬儀器技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢 虛擬儀器技術(shù)是在計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代測試 技術(shù)深層次結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新技 術(shù)。它利用計算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算功能和存儲能力， 充分運(yùn)用軟件的作用來實(shí)現(xiàn)信號的在線采集、數(shù) 據(jù)的實(shí)時顯示、分析處理和打印輸出等功能[3]。 虛擬儀器系統(tǒng)既利用了計算機(jī)技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)， 又融入儀器的特性和功能。主要有以下幾個特 點(diǎn): (1)虛擬儀器利用強(qiáng)大的計算機(jī)硬件資源， 大大增強(qiáng)了虛擬儀器的功能。 計算機(jī)技術(shù)幫助虛擬儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、顯 示、存儲、打印、報表等功能，方便、GX地實(shí)現(xiàn)了 傳統(tǒng)儀器難以實(shí)現(xiàn)的功能;網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了數(shù)據(jù) 遠(yuǎn)程傳輸?shù)耐ǖ溃惯h(yuǎn)程測試、網(wǎng)絡(luò)測試成為可 能。 (2)功能強(qiáng)大的軟件是虛擬儀器的核心。 計算機(jī)主控系統(tǒng)的使用，使一部分本來由硬 件來完成的工作可以通過在計算機(jī)上運(yùn)行的軟 件來完成，數(shù)據(jù)處理、分析可以通過軟件中的運(yùn) 算來實(shí)現(xiàn)，如數(shù)字濾波，復(fù)雜的頻域和調(diào)制分析 等;通過圖形用戶的軟件界面可以顯示數(shù)據(jù);各 種參數(shù)的控制也可以通過軟件中的空間實(shí)現(xiàn)。軟 件開始成為構(gòu)筑儀器的核心。因此，NI公司提出 了“軟件即儀器”的觀點(diǎn)。 (3)虛擬儀器另外一個顯著的特性是用戶 自定義，或者成為可擴(kuò)展性。 傳統(tǒng)儀器一般由廠商定義，而虛擬儀器可以 由用戶定義。硬件方面，虛擬儀器系統(tǒng)采用模塊化 的方案。基于標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器測試平臺(如NI公 司的PXI平臺)通過選用不同的傳感器、數(shù)據(jù)采 集卡，用戶可以進(jìn)行所需要的各種物理量的測量， 而不是局限于一種或幾種物理量的測量。儀器的 功能不再固化，可以由用戶定義。軟件方面，虛擬 儀器軟件工具一般由驅(qū)動程序和應(yīng)用開發(fā)環(huán)境 (如NI的Labview，Labwindows/CVI和Measure- ment Studio)以及高階測試與數(shù)據(jù)管理工具組成。 使用者利用這種集成式的軟件構(gòu)造，可以自由的 定義和生成功能強(qiáng)大的測量與控制系統(tǒng)[4]。 (4)低廉的成本。 由于虛擬儀器技術(shù)采用計算機(jī)來進(jìn)行測量 分析，可以利用個人計算機(jī)行業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu) 勢，輕松地通過升級PC對測量性能進(jìn)行大幅度 的提升。每次隨著新一代PC處理器的更新，虛 擬儀器技術(shù)就可以低廉的成本實(shí)現(xiàn)更高級的應(yīng) 用。另外，當(dāng)需要更多的測試功能時，虛擬儀器只 需要購買相應(yīng)的傳感器等少量硬件，加入到現(xiàn)有 的系統(tǒng)中即可，而不是重新購買昂貴的專用儀 器。 概括來說，虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的 模塊化硬件，結(jié)合GX靈活的軟件來完成各種測 試、測量和自動化的應(yīng)用。靈活GX的軟件能幫 助您創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件 能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件 平臺能滿足對同步和定時應(yīng)用的需求。虛擬儀器 的以上特點(diǎn)也是其優(yōu)勢所在，如今在許多應(yīng)用中 它已成為傳統(tǒng)儀器的主要替代方式，虛擬儀器技 術(shù)已成為測試測量行業(yè)的主流技術(shù)。隨著PC、半 導(dǎo)體和軟件功能的進(jìn)一步更新，未來虛擬儀器技 術(shù)的發(fā)展將在諸多行業(yè)越來越廣泛的應(yīng)用，汽車 行業(yè)也不例外。 2虛擬儀器在汽車測試中應(yīng)用實(shí)例 如前所述，現(xiàn)代車內(nèi)測試系統(tǒng)應(yīng)該支持多種 信號的測量與分析。虛擬儀器技術(shù)的快速發(fā)展和 走向成熟，為汽車測試工程師提供了靈活、GX 的解決方案。虛擬儀器技術(shù)在汽車工程測試中的 應(yīng)用不斷的擴(kuò)展和深入，大量替代傳統(tǒng)的汽車測 試儀器，并實(shí)現(xiàn)了新的功能和效率。如汽車性能 測試、車載數(shù)據(jù)采集、CAN總線控制信號采集、 發(fā)動機(jī)ECU測試系統(tǒng)、噪聲和振動測試，甚至燃 料電池汽車的測試也開始應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)。本 節(jié)以車載數(shù)據(jù)采集、CAN總線信號采集為實(shí)例， 闡述虛擬儀器技術(shù)在汽車工程測試中的應(yīng)用。 2.1基于虛擬儀器的車載測試應(yīng)用實(shí)例 為了滿足車載多物理量測試的應(yīng)用，筆者基 于NI公司的PXI虛擬儀器平臺開發(fā)了車載綜合測試系統(tǒng)。 2.1.1硬件設(shè)計 車載綜合測試系統(tǒng)的硬件基于NI公司的 PXI-6259數(shù)據(jù)采集卡與PXI-8186控制器組建， 硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2。 傳感器端使用Tektronix電壓探頭、電流探 頭等將各種信號轉(zhuǎn)換為采集卡能識別的電壓信 號，采集卡拾取電壓信號，進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后， 通過PXI接口傳輸?shù)街骺刂破鳌Ｖ骺刂破鞅旧砭?是一臺經(jīng)過儀器化改進(jìn)的個人計算機(jī)，具備個人 計算機(jī)的所有軟硬件功能，如外接顯示器、打印 機(jī)，鼠標(biāo)、鍵盤等輸入輸出設(shè)備，使用圖形化的編 程軟件，科學(xué)的計算工具軟件，因此，測得的數(shù)據(jù) 可以方便地顯示與分析。值得注意的是，溫度采 集方面，沒有通過數(shù)據(jù)采集卡測試，而是通過 USB接口的熱電偶模塊采集，這也是虛擬儀器 的另外一個優(yōu)勢，即基于個人計算機(jī)內(nèi)部總線的 其他擴(kuò)展，如USB、PCMCIA接口儀器的使用， 增強(qiáng)了儀器的便攜性和功能。 2.1.2軟件設(shè)計 軟件設(shè)計包括系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟 件提供了測試系統(tǒng)的工作環(huán)境，由于虛擬儀器的 硬件本身就是基于個人計算機(jī)的，WINDOWS作 為Z成熟的操作系統(tǒng)，在個人計算機(jī)上得到了廣 泛的應(yīng)用，因此選用了WINDOWS操作系統(tǒng)。 應(yīng)用軟件開發(fā)平臺，選用LABVIEW 7.1的 圖形化儀器軟件，大大減少了儀器開發(fā)的周期， 因?yàn)閳D形化的編程語言(G語言)使得編程不再 是繁瑣的代碼編寫，而是采用圖標(biāo)、連線的方式， 這種方式更加接近軟件編寫者的思維邏輯，因而 更加簡單易懂。此外，LABVIEW內(nèi)置豐富的擴(kuò) 展函數(shù)庫，也減少了許多重復(fù)性的工作。 車載綜合測試系統(tǒng)的軟件流程如圖3，系統(tǒng) 包含多物理量綜合測試、加速性能測試、Z高時 速測試、制動性能測試4個功能模塊，選擇相應(yīng) 的功能模塊，可以對測試進(jìn)行控制和輸出，如開 始、停止數(shù)據(jù)采集，查看測得曲線、數(shù)值。由于硬 件系統(tǒng)測得的信號是經(jīng)采集卡模數(shù)轉(zhuǎn)換后的電 壓信號，為了得到更直觀的結(jié)果，程序在后臺內(nèi) 置了運(yùn)算模塊，將電壓信號逆向轉(zhuǎn)換為各物理量 的值，如電壓、電流、溫度等。車速方面，計算采集 卡計數(shù)器的信號，轉(zhuǎn)換為車輛行駛速度。車載綜 合測試系統(tǒng)的軟件界面如圖4。 2.1.3系統(tǒng)特點(diǎn)與優(yōu)勢 車載綜合測試系統(tǒng)采用模塊化的硬件結(jié)構(gòu) 和圖形化的編程方式，開發(fā)時間短，功能強(qiáng)。不僅 具備了傳統(tǒng)車載測試儀器的功能，又能實(shí)現(xiàn)長時 間數(shù)據(jù)記錄和輸出。重要的是，它基于同一個時 間軸測試多種物理量，可以將各種數(shù)據(jù)輸出到同 一圖表，進(jìn)一步分析各物理量之間的相互影響。 隨著用戶對測試要求的提高，通過擴(kuò)展硬件和編 制程序，可以實(shí)現(xiàn)更多物理量的測量，進(jìn)行更復(fù) 雜的測試控制與數(shù)據(jù)分析。 4結(jié)論 汽車工程測試不斷地向著多物理量、高精 度、大數(shù)據(jù)量、自動化的方向發(fā)展。而基于計算機(jī) 技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的虛擬儀器，具有用戶自定義、 開發(fā)周期短、軟件功能強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)勢，技術(shù) 分析和應(yīng)用實(shí)例表明，相對傳統(tǒng)儀器而言，虛擬 儀器更能適應(yīng)不斷提高的汽車工程測試的需要， 虛擬儀器在汽車工程測試中的應(yīng)用前景也會更 加廣泛和深入。 參考文獻(xiàn) [1]黃全安，王會義.一種基于ADμC812與虛擬儀器技術(shù) 的車用實(shí)時監(jiān)測與分析系統(tǒng)[J].測控技術(shù)，2004，6. [2]石博腔，趙德永，李暢，雷振山.LabVIEW編程技術(shù)實(shí) 用教程[M].北京:ZG鐵道出版社，2003. [3]QIN SHUREN，Integrated testing technology and virtual instrument[C].Luoyang:Proceedings of ISIST，1999. [4]高向東.虛擬儀器技術(shù)綜述[J].ZG計量.2004，4.

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  ujlkgwu37215 2011-04-10 00:00:00

  個人PC是不能帶負(fù)載的??！如果你想接繼電器的話買一個PLC，它可以接繼電器，通過電腦對PLC編程就能控制了。（我學(xué)的就是機(jī)電專業(yè)，不懂的再追問吧）

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  yyonell 2011-04-10 00:00:00

  cdgffsf

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  收鉆姓屏 2011-04-10 00:00:00

  取一條舊USB線，剪掉小頭那邊，就行了

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