虛擬儀器技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試中的應(yīng)用研究
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傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)功能單一，測(cè)試效率低，實(shí)驗(yàn)過程缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備有不同的數(shù)據(jù)記錄格式，無論是軟件還是硬件都不兼容，因此不能共享軟硬件資源。產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)，設(shè)備升級(jí)能力及擴(kuò)展性差，重復(fù)勞動(dòng)較多，造成了較大的資源浪費(fèi)。虛擬儀器技術(shù)是上世紀(jì) 90 年代初被提出并逐步付諸實(shí)現(xiàn)的。該技術(shù)利用少量的標(biāo)準(zhǔn)化硬件模塊加上功能強(qiáng)大的圖形化編程平臺(tái)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)同儀器技術(shù)完美的結(jié)合起來，具有開發(fā)周期短、成本低、重復(fù)勞動(dòng)少、易于應(yīng)用新算法以及便于升級(jí)等特點(diǎn)。已在測(cè)控領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用。
虛擬儀器編程語言 LabWindows/CVI 是美國 NI （ National Instruments ）公司利用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的 32 位面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺(tái)。它以 ANSI C 為核心，將功能強(qiáng)大、使用靈活的 C 語言平臺(tái)與用數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)的測(cè)控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來。它的集成化開發(fā)平臺(tái)、交互式編程方法、豐富的功能面板和庫函數(shù)大大增強(qiáng)了 C 語言的功能，為熟悉 C 語言的開發(fā)人員建立檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)量環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個(gè)理想的軟件開發(fā)環(huán)境。
2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。整個(gè)系統(tǒng)大致由 3 部分組成：第一部分為傳感器和一次儀表，其功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)通過傳感器轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，為了充分利用現(xiàn)有的資源，節(jié)約成本，對(duì)與轉(zhuǎn)矩和油耗等參數(shù)的測(cè)量，我們直接從測(cè)功機(jī)和油耗儀上的輸出端口引出信號(hào)線到信號(hào)調(diào)理模塊的接線端子上；第二部分為信號(hào)調(diào)理模塊和數(shù)據(jù)采集卡，其主要功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣、放大、 A/D 轉(zhuǎn)換，并把采集到的數(shù)據(jù)以一定的格式傳送給上位計(jì)算機(jī)；第三部分為計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，其功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、顯示、存儲(chǔ)以及圖表打印等。
系統(tǒng)采用的是 NI 公司的 Lab-PC-1200 數(shù)據(jù)采集卡，這是一種性能優(yōu)良的低價(jià)位適合 PC 機(jī)及其兼容機(jī)的采集卡。它能夠完成信號(hào)采集（ A/D ）、數(shù)字信號(hào)的模擬輸出（ D/A ）以及定時(shí) / 計(jì)數(shù)等功能；具有 8 個(gè)模擬量輸入通道、兩個(gè)模擬量輸出通道、 24 個(gè)數(shù)字量 I/O 接口、 3 個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)器。將數(shù)據(jù)采集卡插入計(jì)算機(jī)的 PCI 插槽中。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集卡軟件驅(qū)動(dòng)前，應(yīng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，參數(shù)設(shè)置是通過 NI 公司提供的“ Measurement Automation ”軟件實(shí)現(xiàn)的。
發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)環(huán)境中存在著許多電磁干擾源，測(cè)試系統(tǒng)能否正常工作可靠地工作，關(guān)鍵在于有效地抑制外部噪聲。為了提高測(cè)試精度，在保證良好接地狀態(tài)的同時(shí)，將輸入信號(hào)線屏蔽，盡量縮短信號(hào)線的長(zhǎng)度，并對(duì)轉(zhuǎn)換器采用了光電隔離技術(shù)，通過測(cè)試表明，即使不采用軟件濾波，也能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。
圖 1 硬件結(jié)構(gòu)圖
軟件系統(tǒng)主要包括參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示與打印、實(shí)驗(yàn)過程演示等四大大部分組成。在此介紹各部分的功能以及實(shí)現(xiàn)方法。
3.1 參數(shù)設(shè)置部分
如圖 2 所示。由于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)一般要做負(fù)荷特性、速度特性等好幾種實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)后，可以根據(jù)要求選擇所要做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。為了保護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和人員安全，還可以根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)速、機(jī)油溫度、冷卻水溫度以及排氣溫度的報(bào)警值。只要測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)超過了所設(shè)置的報(bào)警值。就自動(dòng)停機(jī)。
圖 2 參數(shù)設(shè)置面板
進(jìn)入系統(tǒng)后，程序自動(dòng)執(zhí)行代碼中的 ConnectToDDESevr 函數(shù)，打開與數(shù)據(jù)庫的連接，以便與數(shù)據(jù)庫之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在退出系統(tǒng)之前，還必須用函數(shù) DisconnectFromDDEServer 斷開與數(shù)據(jù)庫的連接。通過對(duì)數(shù)據(jù)采集卡參數(shù)的設(shè)置，確定各路信號(hào)所對(duì)應(yīng)的端口號(hào)。運(yùn)用 Utility Library （設(shè)置庫函數(shù)）中的 Input Byte From Pot 函數(shù)，從各端口讀取數(shù)，并通過 ClientDDEWrite 函數(shù)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到指定的文件中。如圖（ 2 ）所示，在操作面板的 Chart 圖（圖 3 右上角）上，實(shí)時(shí)地顯示出采集到的的各路數(shù)據(jù)，并用不同的顏色來加以區(qū)分，使實(shí)驗(yàn)人員很容易看出各個(gè)參數(shù)的變化情況。采集過程中，如果測(cè)得的某個(gè)數(shù)據(jù)超過了預(yù)先設(shè)置的報(bào)警值，系統(tǒng)立即進(jìn)行聲光報(bào)警。
評(píng)論