基于Labview的车辆模拟量信号量采集系统

宋 烨

（长安大学汽车学院，陕西 西安 710064）

1 引言

1.1 选题背景

随着汽车电子产品更新速度的加快，汽车电子控制单元的测试方法，周期和可靠性也被称为影响市场响应速度的重要因素。在最初的测试方法中，测试设备是手动操作的。一方面，测试需要重复操作。这些操作需要精确细致的工作，既笨拙也不具创新性，且工作量比较大，手工测试不能在短时间内完成大量的测试案例，另一方面，手工测试很难捕捉到很多死锁，资源冲突等错误，并且手动测试难以模拟系统较长时间运行来验证系统稳定性。

随着国内自主品牌汽车公司和国内外众多知名汽车电子企业如西门子、威迪欧在中国的加速发展，中国汽车电子产业发展已成为不可逾越的重要纽带。如何保证生产质量，开发一套用于车辆模拟数字信号采集和检测的软件尤为重要。

1.2 发展现状

国内自动测试系统在通用性，多样性和综合能力方面的考虑较少。它缺乏标准化的设计标准和系统的顶层设计分析。标准化和模块化的基础相对较差。但经过多年的学习和吸收国外先进的自动测试技术，中国先后成功开发了大量自动测试设备，如雷达性能综合检测系统，现代汽车自动检测系统，大型发电机组检测设备等，我国在自动化测试技术方面取得了一定成效。

2 程序设计

2.1 软件平台

NI公司的labview软件用来作为图形化软件开发平台，它具有许多强大的动能，包括数字功能操作、数据采集、信号处理等等。它不仅仅是门编程语言，也可以用于开发数据采集系统、分析软件以及仪器控制。

2.2 数据采集流程

程序开始后，电信号通过信号调理设备后输入给数据采集硬件设备，再经过数据传输总线的传递将信号传递给计算机，计算机的数据采集软件将信号进行记录和运算。详见图1程序流程图。

图1 程序流程图

2.3 系统前面板设计

数据采集系统界面设计的合理性和人性化，使得大大地增加驾驶员或检测者观察数据的效率。本次设计使用选项控制卡，将几大功能模块规划于一个选项卡中，可以简单快捷地进入系统中，而且还可方便于其他功能模块的扩充。如图2在前面板设置三个参数表：油量表、转速表以及车速表给驾驶员直观地提供此时汽车各参数值，并相应设置三个报警灯，红灯亮起表示数值此时未在合理范围内。设置波形图表显示此时测得的电压，纵坐标则设置为幅值。

图2 采集系统前面板设计

2.4 系统组成

2.4.1 数据采集程序

电压信号的采集。从测量 I/O-DAQmx-数据采集子选板上选用“DAQ助手expressVI”，将其放置到程序框图面板上，DAQ助手将会自行起动；选择采集信号-模拟输入-电压，选择物理通道，本文针对USB-6009，遂选择USB-6009的物理通道，而后弹出express任务，保持默认设置，点击完成。

频率信号的采集。对于频率信号的采集，就是在设定时间内采集的脉冲电压个数。此时使用另一个 DAQ助手，使用计数器输入-边沿计数，使用默认设置，点击完成。

将电压及频率信号在程序框图通过“合并信号”输入于波形图表，使波形图表能够同时显示电压及频率信号。

2.4.2 数据转换

将电压信号转换为油压信号，将频率信号转换为转速及车速信号并显示于前面板控件，利用“判定范围并强制转换”设置信号上下限，若超过信号上限，报警灯会发生响应并发出报警声。

电压转换为油压信号。转换成转速信号。一个脉冲信号即一转，即测量出一定时间内的脉冲信号的个数，使用“脉冲测量”VI的周期输出端，取其倒数，测出脉冲转速。

2.4.3 报警装置

设置信号合理范围，若超出设定阀值报警灯响应并且发出声音。利用“判定范围及强制转换”设置各参数的上下限，并且能够在前面板自由调节，使用“非”函数，若参数值超过上限值，报警灯响应；利用“或”函数，将各个参数值输入于其中并连接于“条件结构”，在“条件结构”的“假”分支中添加“蜂鸣声”VI，实现若参数值不在范围内立刻发出报警声。

3 硬件方案与实验测试

3.1 硬件介绍

本次试验采用的是NI USB-6009数据采集卡，它是一款用于USB的14位、48K/S的多功能数据采集卡，它采用方便而便于携带的总线型设计，拥有8路12位模拟输入通道、14位数字I/O线、2路模拟输出通道和1个计数器。

与传统的频谱仪直接扫描相比，该数据采集卡的优点有三方面：第一是它有更高的采样率，这样使得频谱图的数据点大幅增加，以此来绘制出更加精确的频谱图；二是多通道可以同时工作，因而可以对多台频谱仪或其他设备进行数据采集，进而形成一套强大的数据采集系统；三是它具有强大的数据处理能力，可以结合VC++对数据进行进一步的加工，从而可以得到满足用户要求的图形。

3.2 硬件连接

将NI USB-6009通过USB接口与PC机相连接，连接后数据采集卡USB-6009会有绿灯闪烁，PC机显示的是程序前面板测试界面，可以清晰地看到前面板是类似于汽车仪表盘的界面，直观地给测试人员提供各个参数值。

图3 硬件连接

3.3 系统测试

本次使用的 NI USB-6009有个信号线，黑色线线端为GND，用于连接负极，红色线线端位则为 ai 0通道，通过DAQ助手添加NI USB-6009的物理通道ai 0的电压采集任务。

点击前面板运行，程序开始运作，前面板波形图表开始显示电压值，并且各个参数表开始输出相应的值，且可以在前面板自由设置各参数值的最大最小值。若想要停止程序，只需点击前面板的图“停车”即可。详见图4测试结果。

图4 测试结果

4 结语

本文利用Labview作为系统开发平台，采用NI USB-6009信号采集卡作为硬件，在labview中调用DAQ助手实现电压及频率的采集，利用计算公式实现将电压及频率转换为各个参数，设置参数值合理范围，超出上限值，将导致报警灯与报警声响应。结果表明，Labview比其它文本语言更加简单直观可靠，且该系统具有良好的可移植性，通过扩展采集卡通道及重新编程，可以满足对不同数据的采集要求。