宋 燁

（長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

1 引言

1.1 選題背景

隨著汽車電子產(chǎn)品更新速度的加快，汽車電子控制單元的測(cè)試方法，周期和可靠性也被稱為影響市場(chǎng)響應(yīng)速度的重要因素。在最初的測(cè)試方法中，測(cè)試設(shè)備是手動(dòng)操作的。一方面，測(cè)試需要重復(fù)操作。這些操作需要精確細(xì)致的工作，既笨拙也不具創(chuàng)新性，且工作量比較大，手工測(cè)試不能在短時(shí)間內(nèi)完成大量的測(cè)試案例，另一方面，手工測(cè)試很難捕捉到很多死鎖，資源沖突等錯(cuò)誤，并且手動(dòng)測(cè)試難以模擬系統(tǒng)較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)穩(wěn)定性。

隨著國(guó)內(nèi)自主品牌汽車公司和國(guó)內(nèi)外眾多知名汽車電子企業(yè)如西門子、威迪歐在中國(guó)的加速發(fā)展，中國(guó)汽車電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為不可逾越的重要紐帶。如何保證生產(chǎn)質(zhì)量，開發(fā)一套用于車輛模擬數(shù)字信號(hào)采集和檢測(cè)的軟件尤為重要。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在通用性，多樣性和綜合能力方面的考慮較少。它缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)分析。標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的基礎(chǔ)相對(duì)較差。但經(jīng)過多年的學(xué)習(xí)和吸收國(guó)外先進(jìn)的自動(dòng)測(cè)試技術(shù)，中國(guó)先后成功開發(fā)了大量自動(dòng)測(cè)試設(shè)備，如雷達(dá)性能綜合檢測(cè)系統(tǒng)，現(xiàn)代汽車自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，大型發(fā)電機(jī)組檢測(cè)設(shè)備等，我國(guó)在自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)方面取得了一定成效。

2 程序設(shè)計(jì)

2.1 軟件平臺(tái)

NI公司的labview軟件用來(lái)作為圖形化軟件開發(fā)平臺(tái)，它具有許多強(qiáng)大的動(dòng)能，包括數(shù)字功能操作、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理等等。它不僅僅是門編程語(yǔ)言，也可以用于開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、分析軟件以及儀器控制。

2.2 數(shù)據(jù)采集流程

程序開始后，電信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理設(shè)備后輸入給數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備，再經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸總線的傳遞將信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集軟件將信號(hào)進(jìn)行記錄和運(yùn)算。詳見圖1程序流程圖。

圖1 程序流程圖

2.3 系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)的合理性和人性化，使得大大地增加駕駛員或檢測(cè)者觀察數(shù)據(jù)的效率。本次設(shè)計(jì)使用選項(xiàng)控制卡，將幾大功能模塊規(guī)劃于一個(gè)選項(xiàng)卡中，可以簡(jiǎn)單快捷地進(jìn)入系統(tǒng)中，而且還可方便于其他功能模塊的擴(kuò)充。如圖2在前面板設(shè)置三個(gè)參數(shù)表：油量表、轉(zhuǎn)速表以及車速表給駕駛員直觀地提供此時(shí)汽車各參數(shù)值，并相應(yīng)設(shè)置三個(gè)報(bào)警燈，紅燈亮起表示數(shù)值此時(shí)未在合理范圍內(nèi)。設(shè)置波形圖表顯示此時(shí)測(cè)得的電壓，縱坐標(biāo)則設(shè)置為幅值。

圖2 采集系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)

2.4 系統(tǒng)組成

2.4.1 數(shù)據(jù)采集程序

電壓信號(hào)的采集。從測(cè)量 I/O-DAQmx-數(shù)據(jù)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(huì)自行起動(dòng)；選擇采集信號(hào)-模擬輸入-電壓，選擇物理通道，本文針對(duì)USB-6009，遂選擇USB-6009的物理通道，而后彈出express任務(wù)，保持默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊完成。

頻率信號(hào)的采集。對(duì)于頻率信號(hào)的采集，就是在設(shè)定時(shí)間內(nèi)采集的脈沖電壓個(gè)數(shù)。此時(shí)使用另一個(gè) DAQ助手，使用計(jì)數(shù)器輸入-邊沿計(jì)數(shù)，使用默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊完成。

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

2.4.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為油壓信號(hào)，將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速及車速信號(hào)并顯示于前面板控件，利用“判定范圍并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換”設(shè)置信號(hào)上下限，若超過信號(hào)上限，報(bào)警燈會(huì)發(fā)生響應(yīng)并發(fā)出報(bào)警聲。

電壓轉(zhuǎn)換為油壓信號(hào)。轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速信號(hào)。一個(gè)脈沖信號(hào)即一轉(zhuǎn)，即測(cè)量出一定時(shí)間內(nèi)的脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，使用“脈沖測(cè)量”VI的周期輸出端，取其倒數(shù)，測(cè)出脈沖轉(zhuǎn)速。

2.4.3 報(bào)警裝置

設(shè)置信號(hào)合理范圍，若超出設(shè)定閥值報(bào)警燈響應(yīng)并且發(fā)出聲音。利用“判定范圍及強(qiáng)制轉(zhuǎn)換”設(shè)置各參數(shù)的上下限，并且能夠在前面板自由調(diào)節(jié)，使用“非”函數(shù)，若參數(shù)值超過上限值，報(bào)警燈響應(yīng)；利用“或”函數(shù)，將各個(gè)參數(shù)值輸入于其中并連接于“條件結(jié)構(gòu)”，在“條件結(jié)構(gòu)”的“假”分支中添加“蜂鳴聲”VI，實(shí)現(xiàn)若參數(shù)值不在范圍內(nèi)立刻發(fā)出報(bào)警聲。

3 硬件方案與實(shí)驗(yàn)測(cè)試

3.1 硬件介紹

本次試驗(yàn)采用的是NI USB-6009數(shù)據(jù)采集卡，它是一款用于USB的14位、48K/S的多功能數(shù)據(jù)采集卡，它采用方便而便于攜帶的總線型設(shè)計(jì)，擁有8路12位模擬輸入通道、14位數(shù)字I/O線、2路模擬輸出通道和1個(gè)計(jì)數(shù)器。

與傳統(tǒng)的頻譜儀直接掃描相比，該數(shù)據(jù)采集卡的優(yōu)點(diǎn)有三方面：第一是它有更高的采樣率，這樣使得頻譜圖的數(shù)據(jù)點(diǎn)大幅增加，以此來(lái)繪制出更加精確的頻譜圖；二是多通道可以同時(shí)工作，因而可以對(duì)多臺(tái)頻譜儀或其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，進(jìn)而形成一套強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；三是它具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可以結(jié)合VC++對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)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(jī)相連接，連接后數(shù)據(jù)采集卡USB-6009會(huì)有綠燈閃爍，PC機(jī)顯示的是程序前面板測(cè)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(cè)試人員提供各個(gè)參數(shù)值。

圖3 硬件連接

3.3 系統(tǒng)測(cè)試

本次使用的 NI USB-6009有個(gè)信號(hào)線，黑色線線端為GND，用于連接負(fù)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(wù)。

點(diǎn)擊前面板運(yùn)行，程序開始運(yùn)作，前面板波形圖表開始顯示電壓值，并且各個(gè)參數(shù)表開始輸出相應(yīng)的值，且可以在前面板自由設(shè)置各參數(shù)值的最大最小值。若想要停止程序，只需點(diǎn)擊前面板的圖“停車”即可。詳見圖4測(cè)試結(jié)果。

圖4 測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用Labview作為系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，采用NI USB-6009信號(hào)采集卡作為硬件，在labview中調(diào)用DAQ助手實(shí)現(xiàn)電壓及頻率的采集，利用計(jì)算公式實(shí)現(xiàn)將電壓及頻率轉(zhuǎn)換為各個(gè)參數(shù)，設(shè)置參數(shù)值合理范圍，超出上限值，將導(dǎo)致報(bào)警燈與報(bào)警聲響應(yīng)。結(jié)果表明，Labview比其它文本語(yǔ)言更加簡(jiǎn)單直觀可靠，且該系統(tǒng)具有良好的可移植性，通過擴(kuò)展采集卡通道及重新編程，可以滿足對(duì)不同數(shù)據(jù)的采集要求。