基于LabVIEW测试系统的便携式汽车仪表检测系统的研制

　　本文首先对仪表的种类和构造进行研究，了解和分析汽车中车速表、转速表、水温表、燃油表、里程表、各种LED报警灯、LCD等的结构原理以及他们的显示原理，分析它们工作时的参数以及这些表的国家标准等，然后搭建硬件平台，设计软件程序，再让软件和硬件连接，进行参数设置，进行测试。

　　本文要研究的是基于LabVIEW测试系统，因此在本文中用LabviEW作为便携式汽车仪表检测系统的软件平台，在研究中我们把LabVIEW用作仪表测试结果的显示和仪表信号的输入，故LabVIEW也本文要研究的重要内容之一。

　　本文研究内容还包括汽车中的通信模块，在本文中用到CAN总线以及PXI板卡，所以在研究中我们要研究它们在汽车中是怎样通信的，怎么连接才能使我们获得最快最准确的数据。

　　主要工作：

　　1、调研，便携式汽车仪表检测系统的研究现状及其存在的问题。对各种汽车仪表进行分析，然后对数据进行分析、处理、综合。查阅相关资料，确定研究课题，并作可行性分析。

　　2、搭建基于LabVIEW的便携式汽车仪表检测系统相关硬件和软件平台。

　　1）硬件平台：汽车仪表测试系统的硬件系统主要包括工控机（是整个控制系统的大脑）、PXI板卡（PXI6528是一块静态数字FO板卡，专门针对某些变化缓慢的数字信号，并且具有24路输入和24路输出，既可以采集数字信号，又可以向外输出）、信号接线盒、数据通信转换板卡、CAN卡、可编程网络电阻、供电电源以及被检测仪表等主要部分。

　　2）软件平台：仪表检测系统软件采用Nl公司的LabVIEW平台进行设计，本系统采用LabVIEW的图形化程序语言，以一种很直观的方法建立前面板人机界面和程序框图。

　　3、反复的实验，与其他的汽车仪表测试系统做比对，结合实际试验的结果，反复验证评价检测系统的正确性及评价软件的有效性。

　　本文利用Nl公司的软硬件系列产品和一块自己研发的数据通信转换卡，根据便携式汽车仪表检测系统所需要的各种模拟、数字、开关、CAN等各种信号参数，采用Nl的PXI板卡和数据通信转换卡连接好硬件电路，在此硬件基础上，通过Nl公司的LabVIEW软件平台对整个测试系统进行开发，最终提出一个完整的便携式汽车仪表检测系统理论。

　　第二章设计方案

　　2.1可行性分析

　　2.1.1虚拟仪器的结构与优势

　　虚拟仪器的出现是测量仪器领域的一个突破，它彻底改变了传统的仪器观点，从根本上更新了测量仪器的概念，带给了人们一个全新的仪器观念。虚拟仪器代表着测量仪器发展的最新方向和潮流。它是基于计算机的软件仪器，以计算机为核心，将仪器功能装入计算机，通过计算机实现各种仪器功能。常见的虚拟仪器组建方案如图2一1所示

　　虚拟仪器的构成：虚拟仪器由通用仪器硬件平台（简称硬件平台）和应用软件两大部分构成：

　　1、通用仪器硬件平台

　　构成虚拟仪器的硬件平台有两部分：一部分是计算机，一般为一台PC或者工作站，它是硬件平台的核心；另一部分为1/0接口设备，主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换等。可以根据实际情况采用不同的接口设备（卡）。如数据采集卡/板（DAQ），GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、PXI总线仪器模块、串口仪器等。虚拟仪器从硬件结构上讲，己经完全脱离了原有的单个仪器的概念，并不是在计算机上实现某一台仪器的功能，而是形成了一个虚拟仪器系统的概念。虚拟仪器系统的构成如图2一2所示。

　　2.软件结构

　　虚拟仪器软件由两大部分构成。一部分是应用程序，主要实现虚拟面板功能的前面板软件程序。另一部分为10接口仪器驱动程序，这类程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。开发虚拟仪器，必须有适合的软件工具。目前已有多种虚拟仪器的软件开发工具。其中包括如C、visua1C++、VISual Basie、Labwindows/CVI等文本式编程语言，以及诸如LabvIEw、AgilentvEE等的图形化编程语言。这些开发工具为我们设计虚拟仪器应用软件提供了良好的开发环境。目前NI等公司还开发出了应用网络进行远程测试的软件开发工具。[page]

　　LabVIEW是美国国家仪器公司（NationalInstruments，IN）的软件产品，是图形化的编程语言和开发环境，是公认的标准数据采集和仪器控制软件。LabVIEW采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序执行顺序。用户界面在LabVIEW中被称为前面板，使用图表和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制，这就是图形化源代码，又称G（Graphies）代码。LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于数据流流程图，因此又称作程序框图代码。LabVIEW程序被称为VI（VirtualInstrument），即虚拟仪器，这是因为它的很多界面控件与操作都模拟了现实世界中的仪器，它的核心概念就是“软件即是仪器”即虚拟仪器的概念。LabV工EW不仅提供了与遵从GPIB（General- PurposeInterfaeeBus），VXI（VMEbusextensionsfor instrumentation），RS（ReeonunendStandard）一232和RS一485协议的硬件及数据采集卡、图像采集卡通信的全部功能，还内置了支持TCP/IP，ActiveX等软件标准的库函数。其自带的硬件1/0函数库—除了即插即用式的开发方式，LabV工EW还提供了大量自带的硬件工/0函数库，包括NI一VISA和NI一DAQmx，可以支持几乎所有总线和通信接口，以连接超过5000种独立仪器和上千种传感器、摄像头和运动控制驱动器。LabVIEW是真正的32位编译器。目前虚拟仪器广泛的应用在汽车，航海、航空、电子电工、机械控制和机电一体化、水利检测等多种领域。

　　LabVIEW能够与任意数据采集组件相连，包括：换能器与传感器、信号、信号调理、数据采集硬件及驱动和应用软件等。美国国家仪器提供了最完整的数据采集设备，支持桌面设备、便携式设备、嵌入式设备、以及网络应用，并提供了多种总线形式，包括：pCI、pexExpress、PXI、PeMeIA、 uSB、eompaetFlash、Ethernet/LAN及工EEE1394.利用LabVIEW高度集成的各类功能，包括：交互式DAQ助手。、全面的NI一DAQmx工/0函数及传感器即插即用TEDS技术，您可以快速开发各类数据采集系统，其数据采集结构如图2一3所示。

　　虚拟仪器技术的四大优势

　　（1）性能高

　　虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件1/0，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。

　　（2）扩展性强

　　这些软硬件工具使得工程师和科学家们不再圈囿于当前的技术中。得益于软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统。在利用最新科技的时候，可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。

　　（3）开发时间少

　　在驱动和应用两个层面上，Nl高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使您轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。

　　（4）无缝集成

　　虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。虚拟仪器软件平台为所有的FO设备提供了标准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。

　　2.1.2 汽车仪表检测系统的重要性

　　汽车仪表是驾驶员和汽车进行信息交流的重要接口和界面，为驾驶员提供所需的汽车运行参数、故障、里程等信息，是每一辆汽车必不可少的部件。每辆汽车上都装备有一定数量的汽车仪表。不同的车型，不同的生产年代，这些电子仪表的数目与类型有很大的变化。各种仪表、指示灯及报警器是驾驶员了解汽车状态的不可缺少的部件。汽车电子仪表随时反映出汽车各机件的运行状态和汽车上各种系统的有用信息，汽车电子仪表为驾驶员正确使用汽车及安全驾驶提供了保证。随着电子技术的进步，新型传感器、新型电子显示器件的出现，汽车电子仪表得以迅速发展。仪表板是安装指示器的主体，集中了全车的监察仪表，通过它们揭示出发动机的转速、油压、水温和燃油的储量，灯光和发电机的工作状态，车辆的现时速度和行驶里程等。有的仪表板还能显示变速档位、时钟、车内外环境温度、路面倾斜和地面高度等信息。由于汽车仪表对我们的汽车的安全行驶有如此重要的作用我们就更应该关注汽车仪表的检测系统，只有检测系统的改进我们仪表的准确度和仪表的质量才能得以提高。由此可见汽车仪表检测系统的重要性。

　　现代轿车多数将空调，音响等设备的控制部件安装在副仪表板上，这样既显得整体布局紧凑合理，也能方便驾驶员的操作。汽车电子仪表将成为一个集感觉、识别、分析、信息库、适应和控制六大功能于一体的，提供车辆行驶信息、保障安全驾驶的智能化系统。汽车电子仪表具有能提供大量、复杂的信息；具有高精度和高可靠性；具有一表多用的功能；外形设计美观等优点。此外，汽车电子仪表还能适应各种传感器或控制系统的电子化，节约有限的车内空间，满足汽车仪表小型、轻量化的要求。

　　不同汽车仪表板的仪表不尽相同，但是一般汽车的常规仪表有车速里程表、转速表、机油压力表、水温表、燃油表、充电表等。车速里程表，它表示汽车行驶的时速，单位为km/h（公里/小时）。车速里程表实际上由两个表组成，一个是车速表，另一个是里程表。常见的一种是从变速箱上安装的里程传感器上获取信号，通过脉冲频率的变化使指针偏转或者显示数字。另一种常见的就是在车轮上取信号，通过模块（如ABS模块）转换成CAN信号或者其它信号再给组合仪表。里程表的信号来源与车速表的信号相同，电子式里程表累积的里程数字存储在非以失性存储器内（如EEPROM），在无电状态数据也能保存；转速表是显示发动机每分钟转多少转，转速表单位是1/minX1000.转速信号取自转速传感器（一般经过ECU模块处理再给仪表）。转速表能够直观地显示发动机在各个工况下的转速，驾驶员可以随时知道发动机的运转情况，配合变速箱档位和油门位置，使之保持最佳的工作状态，对减少油耗，延长发动机寿命有好处；燃油表是显示油箱内油量的多少，单位是L（升）。现公司的燃油信号是燃油泵输出的阻值信号。一般仪表表牌上有燃油低报警指示符号，起辅助的提示作用；水温表是显示发动机冷却液温度的仪表，单位是℃（摄氏度）。

　　一般仪表表牌上有冷却液温高或者冷却液位低的指示符号，指示符号亮时表示冷却液温度高或者冷却液位低。