基于LabVIEW的汽车燃油压力传感器检测系统

韩晶+张振东

摘 要：针对现有燃油压力传感器检测精度差、效率低等问题，设计了基于虚拟仪器软件开发平台LabVIEW的燃油压力传感器检测系统。该系统通过NI-USB 6210数据采集卡的输入功能采集燃油压力传感器的电压信号，通过采集卡的输出功能控制步进电机的运动。实现了燃油压力传感器的参数设定、自動检测、检测结果显示、历史查询。该系统实现了多种燃油压力传感器的自动检测，是一个开放的检测系统，具有较强的升级扩展能力。

关键词：燃油压力传感器；LabVIEW；检测系统；数据采集卡

DOIDOI：10.11907/rjdk.171249

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2017）007-0093-03

0 概述

随着人们对汽车在各工况下性能要求的提高以及发动机技术的发展，汽车中各类传感器的精确信号传递变得尤为重要[1]。其中，燃油压力传感器故障不可忽视，该传感器故障会造成供油不畅、启动困难、提速乏力等问题，严重时还有发抖现象，因此燃油压力传感器的性能检测尤为重要。现有汽车燃油压力传感器测试系统存在以下问题：①检测精度及效率低，以人工测量为主，人为因素影响大；②非通用性。不能适应不同型号的燃油压力传感器，增加检测系统重复开发工作。

针对以上问题，为快速检测传感器质量好坏，满足生产过程中出厂前产品检测需求，本文设计了一种汽车燃油压力传感器检测系统。

1 检测系统总体结构

本文基于虚拟仪器设计思想，设计了燃油压力传感器检测系统。LabVIEW以其图形化的编程语言使编程以及系统功能扩展容易实现[4]。本燃油压力传感器检测系统基于虚拟仪器技术，结合LabVIEW图形化编程语言和NI-USB 6210数据采集卡，建立图形化的虚拟仪器面板，完成数据采集、处理及记录等。本测试系统中所测试的传感器为燃油压力传感器，其核心是一个钢膜，在钢膜上有应变电阻，需测的压力经压力接口作用到钢膜一侧，钢膜弯曲，引起应变电阻值发生变化。输出信号为0～5V电压信号，可直接被数据采集卡采集。步进电机及其控制器用来控制管路内的球阀阀门开度，用以调节管路内燃油压力大小。通过数据采集卡输入功能将采集到的数据传送给计算机，其输出功能也可将计算机的指令传给执行设备。图1是燃油压力传感器检测系统总体结构。

2 系统硬件设计

2.1 步进电机控制系统

检测系统中需要控制油路压力升降，实现燃油压力传感器正常的工作压力范围，这时就需要步进电机来实现球阀开闭。本系统选用Kinco系列步进电机驱动器2M2280N，该款驱动器采用DSP单片机作为控制核心，使用矢量电流控制算法，使电机噪声和振动大幅下降，步进电机的性能接近伺服电机[5]。

本系统采用了一个两相四线制混合式步进电机实现球阀控制。步进电机通过电脉冲信号驱动，将电池脉冲信号转换成角位移，又称电脉冲马达。在短时间内发生周期性的突变或跃变电信号称为电磁脉冲信号。步进电机的运转状态不是连续的，随着数字脉冲的变换而运动，是一种通过数字信号控制的电动机。步进电机采用PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制信号控制[6-7]。

2.2 数据采集硬件设置

本系统采用NI USB-6210多功能数据采集卡，与计算机组成数据采集硬件部分，获得传感器送来的电压信号以及数字量输出，控制步进电机，是整个检测系统开发的关键部分。

3 系统软件设计

将本系统的软件分为初始化区、硬件控制区、数据采集处理判定区、结果显示区、结果记录查询区5个模块，如图2所示。同时，在每个模块区中，按照划分模块编写程序，模块功能清晰。

3.1 系统前面板设计

如图3所示，前面板中只布置了本检测系统所要求实现功能的控件，体现了简洁化、人性化。操作人员只要点击开始测试，测试进度会显示在水平进度条中。测试完成时直接显示检测结果，波形图显示被测传感器的特性曲线，合格则布尔控件显示绿色，不合格则显示红色。此外还设置了结果查询区域，供操作人员查询历史检测数据。

3.2 初始化区设计

软件程序运行结束后会保留上次检测结果，再次运行时，需要初始化其数值。前面板中数值输入控件的允许误差和电压判定值需要初始化。若型号不需要经常更换，允许误差等值无需改动，可以将当前输入值设为默认值。具体操作方法为，点击鼠标右键—数据操作—当前值设置为默认值。此外，初始化布尔显示控件为初始颜色警示状态，提示元件处于未检测状态。初始化可以避免前次检测后产生的布尔灯显示结果对本次检测带来的视觉影响，从而影响结果显示的准确性。

3.3 硬件控制区设计

本检测系统中通过步进电机控制器来控制步进电机的正转以及反转，控制管路中燃油压力变化，实现燃油压力传感器正常的工作压力范围。数据采集卡可以产生特定时序的控制信号，控制信号再传递给步进电机控制器，从而控制步进电机的运动。本检测系统对步进电机的控制包括电机正转、电机反转、电机脱机3个部分。步进电机控制程序如图4所示。

3.4 采集处理判定区设计

数据采集、处理以及判定是本检测系统的关键，直接影响到燃油压力传感器好坏的判定。燃油压力传感器输出0～5V电压信号，直接输入数据采集卡，数据采集卡将这些数据传送给上位机，供上位机处理分析。上位机将每个采样时刻获得的标准压力传感器数据通过输出特性曲线转化为压力数据，与燃油压力传感器获得的电压数据在波形图中显示出来，用户可以直观看到燃油压力传感器的输出特性。在此过程中，当标准传感器电压值达到设定的判定值0.5V、2.5V、4.5V时，上位机根据允许的误差范围计算当前电压值上下限，并判定被测传感器是否超出限值区域。endprint

3.5 结果显示区设计

前面板中有波形图可直接显示所测燃油压力传感器的特性曲线，前面板上的布尔显示控件可直觀地显示检测结果。被测传感器的压力检测合格时，布尔显示控件显示设置为真状态的绿色；被测传感器的压力检测不合格合格时，布尔显示控件显示设置为假状态的红色。

3.6 结果记录查询区设计

检测结果除了直接在软件前面板上直观显示外，还写入结果存储文件。LabVIEW可将检测结果保存在Excel中。

往往测燃油压力传感器多样性的同时需查看某一传感器的历史检测数据，可以通过点击检测数据查询按钮，根据测试项名称查询历史数据。

4 测试结果

系统对两组合格与不合格的06E906051J燃油传感器进行检测，测试结果如表1、表2所示，其中合格记为1，不合格记为0。根据输入的电压判定值和允许误差范围对被检测的燃油压力传感器作出判定，超出压力范围的为不合格品。从结果可以看出，基于LabVIEW的汽车燃油压力传感器检测系统的设计具有较好的可行性。

5 结语

该系统运行稳定可靠，缩短了测试时间，提高了工作效率，可以满足现代化生产对测试的要求。该检测系统具有一定的通用性，如在电动燃油泵后安装一个高压泵，既可检测高压燃油传感器，同时也可以应用于汽车外的压阻式压力传感器的检测。

参考文献：

[1]石刚，井元伟，徐皑冬.工程机械智能化控制系统的研究[J].仪器仪表学报，2006（Z3）：1931-1936.

[2]JENNIFER Y，BISWANATH M，DIPAK G.Wireless sensor networks survey[J].Computer Networks，2008：52（12）： 2292-2330.

[3]曹昌言.基于LabVIEW的压力传感器测试系统[D].南京：南京大学，2014.

[4]阮奇桢.我和LabVIEW：一个NI 工程师的十年编程经验[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.

[5]Kinco系列步进驱动器2M1180N/2M2280N使用说明书[Z].深圳市步科电气有限公司，2013.

[6]王志新，罗文广.电机控制技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

[7]（日）坂本正文.步进电机应用技术/电动机控制电路应用技术丛书[M].译：王自强.北京：科学出版社，2010.endprint