汽車(chē)專(zhuān)用儀器檢定系統研制

　　應用方案

　　使用NI 公司的LabVIEW 圖片控制工具包，IMAQ 可視化軟件，研制一臺以筆記本電腦為主體，插入相應的DAQ 數據采集卡，與形式多樣的各種傳感器組成融為一體的積木化汽車(chē)專(zhuān)用儀器設備檢定測試系統。

　　介紹

　　長(cháng)期以來(lái)，汽車(chē)行業(yè)安全檢測線(xiàn)國家強制性檢定項目,以工程車(chē)為運載工具，攜帶大量的各種汽車(chē)專(zhuān)用檢定儀器，滿(mǎn)足對汽車(chē)制造業(yè)生產(chǎn)第一線(xiàn)儀器不同參數的計量檢定。

　　新近研制的該虛擬儀器檢定、測試系統,采用美國國家儀器公司的LabVIEW 虛擬儀器軟件包設計，具有頁(yè)面簡(jiǎn)捷，易于操作等特點(diǎn)，硬件亦采用該公司配套的多功能數據采集卡，具有集成度高、性能超群、穩定性好等優(yōu)點(diǎn)，傳感器選用各國名牌公司產(chǎn)品(如：力傳感器選用美國METTLER TOLEDO 公司產(chǎn)品，光電傳感器選用德國DATRON公司產(chǎn)品，位移傳感器選用德國HBM 公司產(chǎn)品，各傳感器精度控制在0.3‰之內)，從而系統精良，數據處理可信度在同類(lèi)產(chǎn)品中略高一籌。

　　LabVIEW 軟件程序設計

　　(1) 高效快捷的設計

　　National Instruments 公司LabVIEW 圖片控制工具包中的“Search Example”(搜索范例) 、“Solution Wizard”(解決方案向導) 欄目為用戶(hù)提供了一條周密祥盡的編程思路，同時(shí)又是一種方便快捷的使用途徑，許多范例舉一反三，在此基礎上略加改變，就可輕松地成為用戶(hù)所需的素材，所以可得到事半功倍的效果。例如， 在“ FrequencyMeasurement”(頻率測量)自定義數據采集解決方案向導中，加入 “Wheel Diameter Input”(車(chē)輪直徑輸入)功能及頻率/車(chē)速換算公式，并在數據采集卡的CLKB1 端口接入德國DATRON公司光電傳感器產(chǎn)品，在被測車(chē)輪鋼圈側面粘貼反光紙，用來(lái)測量車(chē)輪的轉動(dòng)速率，即可制作成一臺測量汽車(chē)瞬時(shí)車(chē)速的儀器。再作一些適當變換就能改編成一臺高度精良的車(chē)速檢定測試系統。

　　在編制虛擬儀器框圖程序時(shí)，亦可在“Open VI”(打開(kāi)虛擬儀器)中查找“Examples”(范例)“Activity”(控件)等欄目?jì)戎苯尤∮门c用戶(hù)較近的現成VI子程序，在此基礎上再作適當修改。這樣一來(lái)可以立即引用成熟的框圖程序，少走編程過(guò)程中的彎路，加速整個(gè)開(kāi)發(fā)周期所用的時(shí)間。例如，汽車(chē)制動(dòng)踏板力、手剎車(chē)拉力檢定測試系統，采用“ Single-Point Strain Gauge Measurement” (單點(diǎn)應變量測量)范例，再作一些適當改編，選用美國METTLER TOLEDO 公司力傳感器產(chǎn)品，就能變換成一臺高度精良的汽車(chē)制動(dòng)力檢定測試系統。

　　虛擬儀器與單片機開(kāi)發(fā)儀器相比，硬件工作量明顯減輕，可節省大量選購電子元件過(guò)程，印刷電路板設計難度被簡(jiǎn)化，安裝調試過(guò)程中使用的儀器大大地減少了，整個(gè)開(kāi)發(fā)周期縮短許多倍。另外，儀器的可塑性很大，隨時(shí)隨地可按照實(shí)際情況增減功能,改進(jìn)設計方案，其優(yōu)越性是無(wú)比的;單片機開(kāi)發(fā)的儀器使用若干年后，因為用戶(hù)提出新的要求，原來(lái)設計功能不能適應變化的環(huán)境而被淘汰;虛擬儀器應用若干年后，日積月累，隨時(shí)隨地可以不斷改進(jìn)更新功能，因而越用越完善、越貼近用戶(hù);尤其是當單片機開(kāi)發(fā)單臺專(zhuān)用儀器時(shí)，開(kāi)發(fā)專(zhuān)項新產(chǎn)品的設計者積累的感性認識被限制在當時(shí)的一定范籌內，從設計到變成儀器，受到時(shí)間跨度和經(jīng)費支出的一定程度限制，其可靠性、穩定性常造成先天性不足，事后亦難以彌補解決。虛擬儀器的硬件、軟件是常年累月地由一套機構、一個(gè)群體的智慧，是成批量的產(chǎn)物，其成熟性，可靠性，穩定性是不容置疑的。而且，軟件中如有不滿(mǎn)足之處，事后彌補輕而易舉徒手之勞。它又是零編程設計、模塊化的集成，直觀(guān)性強，即使是非計算機專(zhuān)業(yè)對口人才，通過(guò)簡(jiǎn)單培訓也能容易地進(jìn)行修改。本應用方案在減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和降低成本方面的優(yōu)勢看來(lái)，應用LabVIEW 優(yōu)越性是確切的。

　　(2)智能化設計

　　傳統儀器智能化數據處理幾乎是不可能的，而虛擬儀器通過(guò)內裝的功能強大的信號處理軟件，分析所采集到的數據，直觀(guān)性極強。該軟件包漢化簡(jiǎn)便，可與Office 中的Word 字處理、Excel 電子數據表方便地連結，隨意自如地按照設計者的思路，進(jìn)行科學(xué)計算及文字處理，儲存打印輸出規范化的測試、檢定報告。根據需要亦可及時(shí)改進(jìn)版面格式。

　　虛擬儀器從實(shí)用性向趣味性滲透的效果也是顯而易見(jiàn)的，圖片和聲音功能的應用使得該虛擬儀器檢定系統，既能達到常規的測量性能指標設計要求，又能滿(mǎn)足進(jìn)行測量檢定時(shí)，人性化親切友好的平臺界面。為此，它可與圖形文件相連結，從而可以圖文并茂地輸出各種圖表文件。還可將圖片制作成動(dòng)畫(huà)片，再根據使用場(chǎng)景配音，發(fā)揮男、女、老、幼各自語(yǔ)音的魅力，制作豐富多彩，生動(dòng)活潑的畫(huà)面來(lái)襯托常規的告示，故障報警等，從而使其更具有親切友好的人性味，使用戶(hù)感覺(jué)到它不僅是一臺測試儀器，而且是一位趣味橫生的“伙伴”。當測試、檢定過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)，根據場(chǎng)景專(zhuān)門(mén)增設了熱情洋溢的提示，使您恍然大悟，倍受鼓舞;頁(yè)面報警顯示一目了然，使你思量無(wú)暇感嘆萬(wàn)分;當測試完成后，天真活潑的卡通圖片與娓娓動(dòng)聽(tīng)的語(yǔ)言，使您進(jìn)入心曠神怡情真意切的境地。然而即便如此，使用時(shí)間長(cháng)久后，用戶(hù)也會(huì )感到厭倦發(fā)膩。好在計算機硬盤(pán)的容量迅猛發(fā)展，不必為硬盤(pán)的容量不足而擔憂(yōu)，為此制作豐富多彩的新潮圖片、動(dòng)畫(huà)片和語(yǔ)音，供不同層次的用戶(hù)選擇，并用隨機排序方式輸出，從而避免了單調貶味的感覺(jué)。

　　文件輸入輸出功能巧妙應用，為用戶(hù)學(xué)習使用該虛擬儀器提供方便，可以從幫助欄內查閱相關(guān)的性能指標、簡(jiǎn)明扼要的使用方法以及技術(shù)服務(wù)等內容。

　　總而言之，盡力避免閑置NI 產(chǎn)品各種不同類(lèi)型的功能，充分發(fā)揮潛力能夠做出盡善盡美的儀器。

　　(3)靈活善變的輸入輸出設計

　　虛擬儀器使用范圍極其廣泛，傳感器的種類(lèi)數不勝數，聯(lián)結件形狀千姿百態(tài)，而且大多數是原裝的標準件，可連接到相關(guān)系列產(chǎn)品的常規儀器上，“殘忍地”對它宰一刀，統一換成一種形狀的連接件亦不現實(shí)。如果為了兼容把形式多樣的插座制作在一塊接口板上，恐怕要設計一塊比虛擬儀器尺寸大若干倍的“ 海量 ”接口板，才能勉強應付。

　　為此，我們采用兩種方案來(lái)彌補上述缺陷：

　　1. 虛擬儀器上配置最常用的典型插座，設計在多塊印刷電路板上，從而免去傳統工藝中與儀器機箱間亂如蛛網(wǎng)的連接線(xiàn)，并且直接插到輸入、輸出卡槽內，而且可根據不同需要自由組合。

　　2. 若傳感器無(wú)法直接與虛擬儀器的任何一塊接口板相連接，則在儀器與傳感器之間用專(zhuān)用連接插頭線(xiàn)過(guò)渡。因此，較好地解決了傳感器與虛擬儀器間連接問(wèn)題。虛擬儀器得心應手地構建了用戶(hù)自己定義的測量方案，真正地把心想事成變?yōu)楝F實(shí)。

　　精益求精，自我完善

　　Natinal InstrumentsLabVIEW 軟件是一種新型的語(yǔ)言結構，與市面上常見(jiàn)的Microsoft Visual Basic軟件相比顯得更方便、更易學(xué)。但它畢竟是一種語(yǔ)言，需要花費一定的時(shí)間掌握它、用好它、精通它，必然要耗費大量的精力。為此，建議對第一次使用的新用戶(hù)，應該適當地增加培訓時(shí)間，培訓費亦可計入軟件成本，才能更快更好地得到推廣應用。筆者是一位從事非標儀器硬件設計的工程技術(shù)人員，從對NI 虛擬儀器軟件一無(wú)所知到真正投入最初階段似懂非懂地應用，化成去了3 ~ 6個(gè)月的時(shí)間，如果要進(jìn)一步深入學(xué)習，預計還要耗費1 ~ 2 年時(shí)間。

　　外語(yǔ)和本國的母語(yǔ)相比，畢竟存在著(zhù)語(yǔ)言理解上的差距，往往采用上機反反復復試驗的方法來(lái)加深理解。若能提供中文信息資料，使用的效果將會(huì )更快、更好、更確切。廣告詞中的“ …… 幾秒鐘內生成應用程序”應該是極個(gè)別軟件制造商或是精通該軟件的人士。這種輿論誤導使得領(lǐng)導層對使用NI 產(chǎn)品的工程技術(shù)人員壓力太大。有些常規的功能，如Reset(儀器復位) 、 Zero (零位顯示) 、Clear(總清) 、Add(累加和) 、Select (功能選擇) 、 Manual/Auto (手動(dòng)的/自動(dòng)的) 、Start(測量開(kāi)始) 、Stop(測量停止) 、Calibration(準確度校準) 、Print(打印) 、Plot(繪圖) 等幾乎大多數儀器都會(huì )用到，應當提供成熟的編程范例，使用戶(hù)取之即用立竿見(jiàn)影的效果。

　　筆者在使用中，曾為力傳感器輸出某一不確定值作為零點(diǎn)(如：電子秤上放置隨意大小輕重不一的托盤(pán)之后，作為零點(diǎn))，然后再進(jìn)行測量計算費盡心血，而且自己至今感覺(jué)效果不理想。虛擬儀器面板上的控制元件圖形，與迅猛發(fā)展的時(shí)代潮流相比，顯得不夠入伍，建議盡快地推出更新、更美、更柔和的圖形圖案，并開(kāi)放用戶(hù)圖形圖案界面，由用戶(hù)創(chuàng )意新器件來(lái)補充圖庫。

　　National Instruments公司的軟件、硬件性能超群，這是無(wú)與倫比的，但是比同類(lèi)產(chǎn)品的價(jià)格貴許多，這就限制了普及推廣應用。薄利多銷(xiāo)是占領(lǐng)市場(chǎng)份額關(guān)鍵所在，因經(jīng)濟因素使得忠實(shí)而信賴(lài)的用戶(hù)被無(wú)可奈何地跑掉，實(shí)在令人觸景傷情!是否可以換一種思維方法來(lái)改變現狀。