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虛擬儀器技術(shù)在發(fā)動(dòng)機測試中的應用研究

作者： 時(shí)間：2012-10-27 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏
1 引言

傳統的內燃機臺架實(shí)驗功能單一，測試效率低，實(shí)驗過(guò)程缺乏統一的數據處理系統。不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的設備有不同的數據記錄格式，無(wú)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(kāi)發(fā)周期長(cháng)，設備升級能力及擴展性差，重復勞動(dòng)較多，造成了較大的資源浪費。虛擬儀器技術(shù)是上世紀 90 年代初被提出并逐步付諸實(shí)現的。該技術(shù)利用少量的標準化硬件模塊加上功能強大的圖形化編程平臺，將計算機技術(shù)同儀器技術(shù)完美的結合起來(lái)，具有開(kāi)發(fā)周期短、成本低、重復勞動(dòng)少、易于應用新算法以及便于升級等特點(diǎn)。已在測控領(lǐng)域里得到了廣泛的應用。

虛擬儀器編程語(yǔ)言 LabWindows/CVI 是美國 NI （ National Instruments ）公司利用虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)的 32 位面向計算機測控領(lǐng)域虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)平臺。它以 ANSI C 為核心，將功能強大、使用靈活的 C 語(yǔ)言平臺與用數據采集、分析和表達的測控專(zhuān)業(yè)工具有機地結合起來(lái)。它的集成化開(kāi)發(fā)平臺、交互式編程方法、豐富的功能面板和庫函數大大增強了 C 語(yǔ)言的功能，為熟悉 C 語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)人員建立檢測系統、自動(dòng)測量環(huán)境、數據采集系統、過(guò)程監控系統等提供了一個(gè)理想的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。

2 硬件系統的設計

系統的結構如圖 1 所示。整個(gè)系統大致由 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)機的性能參數通過(guò)傳感器轉化為相應的電信號，為了充分利用現有的資源，節約成本，對與轉矩和油耗等參數的測量，我們直接從測功機和油耗儀上的輸出端口引出信號線(xiàn)到信號調理模塊的接線(xiàn)端子上；第二部分為信號調理模塊和數據采集卡，其主要功能是對信號進(jìn)行采樣、放大、 A/D 轉換，并把采集到的數據以一定的格式傳送給上位計算機；第三部分為計算機處理系統，其功能是實(shí)現數據的處理、顯示、存儲以及圖表打印等。

系統采用的是 NI 公司的 Lab-PC-1200 數據采集卡，這是一種性能優(yōu)良的低價(jià)位適合 PC 機及其兼容機的采集卡。它能夠完成信號采集（ A/D ）、數字信號的模擬輸出（ D/A ）以及定時(shí) / 計數等功能；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)數字量 I/O 接口、 3 個(gè) 16 位的計數器。將數據采集卡插入計算機的 PCI 插槽中。在進(jìn)行數據采集卡軟件驅動(dòng)前，應進(jìn)行參數設置，參數設置是通過(guò) NI 公司提供的“ Measurement Automation ”軟件實(shí)現的。

發(fā)動(dòng)機實(shí)驗臺環(huán)境中存在著(zhù)許多電磁干擾源，測試系統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。為了提高測試精度，在保證良好接地狀態(tài)的同時(shí)，將輸入信號線(xiàn)屏蔽，盡量縮短信號線(xiàn)的長(cháng)度，并對轉換器采用了光電隔離技術(shù)，通過(guò)測試表明，即使不采用軟件濾波，也能達到實(shí)驗要求。

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圖 1 硬件結構圖

3 軟件系統的設計

軟件系統主要包括參數設置、數據采集與存儲、實(shí)驗結果顯示與打印、實(shí)驗過(guò)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)現方法。

3.1 參數設置部分

如圖 2 所示。由于發(fā)動(dòng)機臺架實(shí)驗一般要做負荷特性、速度特性等好幾種實(shí)驗。在進(jìn)入測試系統后，可以根據要求選擇所要做的實(shí)驗項目。為了保護實(shí)驗設備和人員安全，還可以根據不同的發(fā)動(dòng)機設置轉速、機油溫度、冷卻水溫度以及排氣溫度的報警值。只要測得的實(shí)驗數據超過(guò)了所設置的報警值。就自動(dòng)停機。

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圖 2 參數設置面板

3.2 數據采集與存儲

進(jìn)入系統后，程序自動(dòng)執行代碼中的 ConnectToDDESevr 函數，打開(kāi)與數據庫的連接，以便與數據庫之間進(jìn)行數據交換。在退出系統之前，還必須用函數 DisconnectFromDDEServer 斷開(kāi)與數據庫的連接。通過(guò)對數據采集卡參數的設置，確定各路信號所對應的端口號。運用 Utility Library （設置庫函數）中的 Input Byte From Pot 函數，從各端口讀取數，并通過(guò) ClientDDEWrite 函數將數據存儲到指定的文件中。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據，并用不同的顏色來(lái)加以區分，使實(shí)驗人員很容易看出各個(gè)參數的變化情況。采集過(guò)程中，如果測得的某個(gè)數據超過(guò)了預先設置的報警值，系統立即進(jìn)行聲光報警。
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