基于LabVIEW的电阻式油位传感器质量检测装置

夏麟， 王少娜

（1.上海科学技术职业学院机电工程系，上海 201800；2.上海市嘉定区成人教育学院，上海 201800；3.上海工商职业技术学院机电工程系，上海 201806）

基于LabVIEW的电阻式油位传感器质量检测装置

夏麟1，2， 王少娜3

（1.上海科学技术职业学院机电工程系，上海 201800；2.上海市嘉定区成人教育学院，上海 201800；3.上海工商职业技术学院机电工程系，上海 201806）

介绍了一种基于LabVIEW的电阻式油位传感器质量检测装置，该装置采用步进电动机的均匀移动，带动电阻式油位传感器转动，实时模拟油位在不同高度的变化，从而实现对油位传感器的全量程动态性能测试。该检测装置已用于产品最终出厂质检环节，测试结果表明，该装置具有精度高、效率高、操作简单、性能稳定等特点。关键词：LabVIEW；油位传感器；数据采集

0 引 言

随着社会经济的发展，汽车技术的进步，人们生活水平的不断提高，汽车越来越普及。据中国汽车工业协会公布的数据:2010年,中国的汽车产销量为1806万辆，2011年,中国的汽车产销量突破了1840万辆。以每辆汽车用一个油位传感器计算,每年新增的油位传感器就会超过1800万只。由此可见油位传感器会随着汽车工业的发展而有着广泛的市场需求[1]。汽车油位传感器主要用于检测发动机油量及其最低油位，避免发动机在润滑不良的状况下继续工作，从而有效防止发动机损坏，油位计传感器精度的高低、质量优劣将直接影响到汽车行驶的安全，所以油位传感器质量的检验是一个重要的环节。

然而，当前油位传感器的生产企业在对油位传感器的功能进行测试的时候，大多采用的是静态测试方法，需要人工操作，检测速度慢，精度低，人为误差较大，无法实现对油位传感器全量程进行动态的性能测试。文中提出了一种基于LabVIEW的电阻式油位计质量检测装置，该检测装置不仅能检测出油位传感器质量的好环，而且能根据测试结果准确地判断出错误原因，以便对产品进行维修和后续产品的改进。

1 检测装置的工作原理和总体方案设计

1.1 检测装置的工作原理

电阻式油位传感器作用就是感测油箱里油量的多少，通过油箱内浮子的上下浮动来带动油位传感器的电子元件滑动电阻器的移动。随着油量的变化，滑动电阻的阻值会发生相应的变化，由油位传感器将产生的电信号传递给油表，再按照一定的比例转换成为汽油的油量，最终将油量显示在油表上[2]。然而在实际产品质量检测中不可能把油位传感器浸入到油箱中，该检测装置通过采用步进电动机的均匀转动，来带动油位传感器的电子元件滑动电阻器的均匀滑动，实时模拟油箱内浮子的上下浮动。通过AD采样检测油位传感器在起点、1/4点、1/2点、3/4点、终点5个特征点的电阻值是否在阈值范围内，来判断被测油位传感器质量的好坏。

图1 油位传感器测试原理图

油位传感器测试原理如图1所示，VCC为直流电源电压，由5 V电源转换模块提供的；R2为精密采样电阻；油位传感器的滑动电阻器R1的两端连接在测试夹具的两端，并且两根引线没有正负极性的要求。根据分压原理，油位传感器的接入测试电路中的电阻理论值为

式中：V1为5 V转换电源实时电压输出值；V2为标准精密采样电阻R2的实时输出电压值，由STC单片机采样得到。

1.2 系统的总体方案设计

该系统利用STC12C5628AD单片机作为下位机控制的核心，该CPU作为STC新一代产品，具有高速、低功耗、抗干扰能力强等特点，而且指令代码能完全兼容传统8051单片机，内置1路通用全双工异步串行口，4路PWM，8路高速10位A/D转换，并且支持ISP编程，负责连续采集该传感器每0.75°时的电阻信息，并将数据通过RS232总线传递给上位机，上位机软件采用LabVIEW进行开发，是集数据通信、数据分析、报表统计于一体的油位器质量检测系统。

图2 系统总体设计框图

系统的总体方案设计框图如图2所示，系统主要包括以下几个部分：1）STC单片机控制模块。用于实现外围电路的控制、步进电动机运动的控制、油位传感器电压信号和电源电压信号的采集、与上位机的通信等。2）步进电动机驱动模块。用于将单片机的脉冲信号转化为步进电动机的旋转运动，保证步进电动机稳定工作。3）步进电动机。用于带动油位传感器的电子元件滑动电阻器的移动，实时模拟油箱内浮子的上下浮动。4）光电传感器。用于寻找被检测油位传感器的测试起始参考点。5）旋转夹持平台。用于固定和夹持被测油位传感器，以配合电动机转动。6)报警和蜂鸣器模块。用于给出错误警报。7）LabVIEW上位机软件。负责与下位机STC单片机的串口通讯，采集数据的处理、显示和存储。

2 测试系统硬件平台设计

2.1 测试夹持平台方案设计

图3 旋转夹持平台的结构示意图

图4 旋转夹持平台的实物图

旋转夹持平台的固定夹持装置结构示意图和实物图分别如图3、图4所示，它包括1个圆形可自由转动卡槽和2个平行放置的带有矩形凹槽的支架，以旋转夹持平台的底端边沿起始，用旋转螺钉分别以20 cm、10 cm、10 cm为间隔依次固定在旋转夹持平台的正中心直线上，并且圆形卡槽和2个凹槽支架的凹槽高度相等，用于固定放置待测油位传感器。圆形转动卡槽中心处也正是步进电动机的转动轴固定孔。光电传感器固定在旋转夹持平台的最左端光电传感器固定孔处，与旋转夹持平台最右端的边沿的角度大于105°。一根定位指针固定连接步进电动机的转动轴上，用以配合光电传感器寻找油位传感器的零电阻参考位置。

2.2 测试系统硬件电路设计

图5 检测系统硬件电路图

测试系统硬件电路图如图5所示，它主要由按键复位电路、晶振电路、MAX232电平转换电路、光纤传感器接入电路、AD采集电路和步进电动机驱动器接入电路组成。复位电路、晶振电路和5 V电源构成STC单片机的最小系统；MAX232电平转换电路将TTL电平转换为RS232电平，经串行通信接口与上位机相连，实现数据的传输和与上位机的通讯；光纤传感器输出信号经光隔离电路后接入STC单片机的外部中断引脚，用于检测油位传感器的起始位置；油位器在步进电动机的带动下均匀旋转，STC单片机自带AD采集电路即可采集到这个变化的信号，从而实现AD转换；STC单片机的P2.6和P2.7分别与步进电动机控制器的CP脉冲信号和DIR方向信号相连，实现对步进电动机速度和方向的控制。

图6 单片机控制程序流程图

3 测试系统软件平台设计

该检测装置的软件系统包括基于LabVIEW开发的上位机软件和单片机嵌入式软件。基于LabVIEW开发的上位机软件主要实现数据的显示、存储及查询等功能，同时向下位机发送指令；而下位单片机软件主要负责中断信号判断、电动机运动控制、AD信号采集、与上位机信号通信等。

3.1 单片机软件设计

单片机软件使用C语言进行模块化编程，主要包含主程序、中断子程序、AD转换子程序、RS232通信子程序和电动机控制子程序等。单片机控制程序工作流程如图6所示，首先对串口进行初始化设置，接收到上位机开始指令后控制电动机空转3个来回，每个行程均为105°，以模拟油位传感器的“匀油”的过程。然后再次控制步进电动机缓慢运转，同时采集油位传感器电阻值，并实时把AD采样数据上传给上位机进行后续处理和判断，完成后控制步进电动机回到初始位置，等待下次测试开始。

3.2 LabVIEW上位机软件设计

3.2.1 LabVIEW上位机软件设计流程

图7 LabVIEW上位机软件设计流程图

LabVIEW上位机软件设计流程如图7所示，首先利用VISA打开PC机串口，并对波特率、数据位、奇偶校验位等进行初始化设置，等待电动机匀油过程完成，接着读取下位机上传的数据，并实时进行数据保存和显示。然后进行数据分析处理，得出油位传感器的5个特征点的阻值，并与设定标准阻值进行比较，判断是否在阈值范围内。如果在阈值范围内，产品质量测试通过，如果不在阈值范围内，发出报警信号，给出错误代码，提醒测试人员产品不良，等待后续维修和改进。

3.2.2 LabVIEW上位机软件主界面设计

图8 检测系统上位机主界面图

图9 ActiveX的Excel数据保存程序框图

LabVIEW具有良好人机交互界面就是通过前面板的设计体现的，如图8所示为油位计质量检测系统的主界面前面板。在界面前面板中，可以方便地输入操作人员信息、所测产品型号信息，能统计 PASS产品数量、NG（不良）产品数量、Total产品总数以及通过率，并直观地以进度条的形式显示出来。能实时显示测试的油位传感器电阻值曲线，并且对接收到的数据和油位器5个特征点的设定标准值进行比较，如果超过标准值阈值范围，对应特征点的指示灯发出报警，主界面最下端的绿色“PASS”条块变成红色“NG”高亮显示，提示操作人员所测产品不合格。其中的“测试”按钮用于启动检测系统，“OK”按钮用于修改产品型号，“RESET”按钮用于复位夹持平台上的定位指针。

3.2.3 LabVIEW上位机数据保存模块设计

为了方便对产品质量进行管理，该系统需具有报表功能，存储产品关键信息，如产品类型编码、测试人员、生产日期、错误类型编码等，此外还需具有数据统计功能，能够统计在一定时间内生产的产品数量、合格率等。

在LabVIEW软件中，本系统通过运用ActiveX技术访问MS Excel的方法，便于操作人员制作各种表格，进而实现Excel表格的数据存储、图表生成、数据管理等二次操作[3，5]。利用ActiveX的Excel报表生成的LabVIEW后面板程序框图如图9所示，主要包括以下步骤：获取Excel引用句柄、打开Excel工作簿、确定写入位置、存储数据、保存工作簿、释放句柄、错误判断等。

4 结论

文中介绍的电阻式油位传感器质量检测装置是基于LabVIEW软件平台建立起来的，方案设计了一套可靠的油位传感器固定夹持装置，采用步进电动机的均匀移动，带动电阻式油位传感器转动，实时模拟油位在不同高度的变化，实现对油位传感器的全量程动态性能测试，减少测试过程中的人为误差。本检测装置已用于产品最终出厂质检环节，测试结果表明，此装置具有精度高、效率高、操作简单、性能稳定等特点。

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LabVIEW-based Quality Testing Device for the Test of Resistance-type Oil Level Sensor

XIA Lin1,2,WANG Shaona3
(1.Department ofElectrical and Mechanical Engineering,Shanghai Vocational College ofScience and Technology,Shanghai 201800,China;2.Shanghai JiadingDistrict Adult Education Institute,Shanghai 201800,China;3.Department ofElectrical and Mechanical Engineering,Shanghai Industrial and Commercial Polytechnic,Shanghai 201806,China)

This paper presents a kind of LabVIEW-based testing device to test the quality of the resistance-type oil level sensor.This device adopts uniformly moving of stepper motor to drive the resistance type oil level sensor to rotation,which can simulate the change of oil level in different height real-timely.This device can get dynamic performance of the oil level sensor in full range.The test device has been used in the final product quality inspection.Practical test shows that the test device has advantage of high accurate and test speed,simple operation and stable performance.

LabVIEW;oil level sensor;data acquisition

U 463.7

B

1002－2333（2018）01－0151－04

（编辑昊 天）

夏麟（1984—），男，硕士，讲师，从事机电液控制技术方面工作。

2017-03-21