Labview發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)與測(cè)試

1、目錄第一章緒論21.1 課題研究的意義21.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀21.3 本課題的研究任務(wù)3第二章虛擬儀器技術(shù)42.1 虛擬儀器概念42.1.1 虛擬儀器的定義42.1.2 虛擬儀器的特點(diǎn)52.2 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)52.2.1 硬件部分52.2.2 軟件部分72.3 虛擬儀器的開發(fā)品臺(tái)labview7的概述72.3.2 labview的優(yōu)點(diǎn)92.3.3 labview的應(yīng)用102.4虛擬儀器的發(fā)展102.5本章小結(jié)113.1 測(cè)試系統(tǒng)的功能及設(shè)計(jì)要求123.1.2 測(cè)試系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要求123.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案123.3.3 軟件平臺(tái)的選擇13第四章軟件模塊的設(shè)計(jì)與編寫134.1 檢測(cè)系統(tǒng)

2、的總體框架設(shè)計(jì)134.2 登陸界面程序的編寫與設(shè)計(jì)134.3 主演示界面程序的設(shè)計(jì)與編寫144.4 怠速性能測(cè)試程序模塊的設(shè)計(jì)與編寫154.5 負(fù)荷/萬有特性測(cè)試程序模塊的設(shè)計(jì)與編寫17第五章總結(jié)與展望185.1 總結(jié)185.2 課題展望19第一章緒論1.1 課題研究的意義隨著時(shí)代的進(jìn)步，汽車已然成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡拇焦ぞ撸S著具名生活水平的不斷提高，我國(guó)汽車的保有量越來越大。在此同時(shí)，人們對(duì)汽車性能的要求也是越來越高了，人們追求的不但是汽車的使用功能，而是更多的關(guān)注于汽車的安全性，舒適性，環(huán)保性等因此節(jié)能減排，環(huán)保以及提高汽車舒適性等一系列問題都硬氣了人們的高度關(guān)注。汽車的核心發(fā)動(dòng)

3、機(jī)都直接或間接的影響著汽車的一些主要的基本技術(shù)技能。因而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的檢測(cè)成為了當(dāng)今汽車行業(yè)評(píng)估汽車性能的重要手段，同時(shí)也是最科學(xué)的依據(jù)。在檢測(cè)過程中，我們要對(duì)運(yùn)行中的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)、分析，從而得出發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能指標(biāo)。所以我們他需要開發(fā)出一種檢測(cè)系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確的測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)存在著許多的不足之處，功能相對(duì)比較的單一，效率也不怎么的高，要求硬件設(shè)備多，價(jià)格的昂貴，與一些軟件有沖突，不能兼容，不能良好的共享軟件硬件資源，還有就是設(shè)備的可擴(kuò)展性和可升級(jí)性相對(duì)的比較差。從這就可以看出，傳統(tǒng)的設(shè)備部能從系統(tǒng)的角度開展綜合測(cè)試，使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)沒法得到良好的利用。自20世紀(jì)90

4、年代來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)也是得到了飛速的發(fā)展。虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展及l(fā)abview軟件推廣使得測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)更為的快捷方便。而且結(jié)合一些硬件設(shè)備開出的系統(tǒng)都比較完整，集成度高，擴(kuò)展性強(qiáng)，開發(fā)的周期相對(duì)短且維護(hù)方便。1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀這些年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳感器技術(shù)，自動(dòng)化控制技術(shù)以及電子技術(shù)的告訴反戰(zhàn)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試技術(shù)水平也在不斷的提高。早起的檢測(cè)技術(shù)主要采用手動(dòng)檢車和自動(dòng)檢測(cè)相結(jié)合的方法，但缺點(diǎn)眾多：自動(dòng)化程度偏低，測(cè)量精度低，實(shí)時(shí)性差。于是逐漸的被微機(jī)化的測(cè)試系統(tǒng)所代替，所謂的微機(jī)化測(cè)試系統(tǒng)就是以微機(jī)或單片機(jī)作為測(cè)試系統(tǒng)的控制單元，從而使系統(tǒng)具有了多數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，

5、運(yùn)算，邏輯判斷以及自動(dòng)化操作等功能，具有一定的智能。同時(shí)虛擬儀器技術(shù)也越來越多的被人們應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，使得測(cè)試系統(tǒng)的簡(jiǎn)化度大大提高，系統(tǒng)的可維護(hù)性也有了較大的改善。目前國(guó)內(nèi)各個(gè)高級(jí)院校及汽車公司對(duì)于虛擬儀器技術(shù)和虛擬儀器產(chǎn)品等方面都做了大量的研究，其成果也在汽車發(fā)動(dòng)測(cè)試方面得到了較為普遍的應(yīng)用。但國(guó)內(nèi)許多新開發(fā)的測(cè)試系統(tǒng)大都屬于微機(jī)化系統(tǒng)，同時(shí)結(jié)合電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)，是新型設(shè)備逐漸的趨于多功能、小型化、數(shù)字化、智能化。比如說北京理工大學(xué)研究開發(fā)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子燃油棚舍系統(tǒng)太假測(cè)試儀，主要用于單點(diǎn)電控噴油的研究，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的油料進(jìn)行光譜分析；先交通大學(xué)則是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程

6、的優(yōu)化控制新判-離子電流實(shí)施研究；清華大學(xué)用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建了一套用來檢測(cè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的出廠檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能。他們各自從不同的角度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試技術(shù)做了不同方面的研究。隨著汽車和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，更為全面、更為有效的虛擬發(fā)動(dòng)機(jī)分析儀器測(cè)試系統(tǒng)將會(huì)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試領(lǐng)域有的較為廣闊的應(yīng)用前景。在國(guó)外的發(fā)達(dá)國(guó)家中，已經(jīng)普遍的出現(xiàn)了由高新技術(shù)該機(jī)和完善的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試設(shè)備，并逐漸向小型化、智能化、數(shù)字化、多功能化和綜合化等方面發(fā)展。這些測(cè)試系統(tǒng)一般都有精度高、操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好等其他的特點(diǎn)。但是這種系統(tǒng)還是存在缺點(diǎn)的：它的通用性比較差、整合度不高、軟件開發(fā)周期長(zhǎng)，隨著虛擬儀器技術(shù)的

7、廣泛應(yīng)用，這些缺點(diǎn)正逐漸的被克服。例如美國(guó)大熊公司的BEAR-200BEAR-400型全電腦發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)診斷系統(tǒng)，德國(guó)的西門子公司開發(fā)的CSAT系統(tǒng)，奧地利AVL公式研制開發(fā)的PUMA-ISAC系統(tǒng)，德國(guó)博世公司退出的FSA6000型發(fā)動(dòng)機(jī)綜合檢測(cè)儀等都顯示出了當(dāng)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。雖然當(dāng)前我們國(guó)家在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)和設(shè)備上取得了較大的進(jìn)展，但是在系統(tǒng)的可靠性、簡(jiǎn)潔性、技術(shù)含量等方面還有較大的改進(jìn)空間。而國(guó)外的這一系列相關(guān)的產(chǎn)品品質(zhì)雖然很高服務(wù)也很好，但是在價(jià)格方面通常比國(guó)內(nèi)同系列的產(chǎn)品要高得多。1.3 本課題的研究任務(wù)在充分調(diào)查和熟悉開發(fā)軟件以及相關(guān)理論知識(shí)的前提下，結(jié)合傳感技術(shù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集技術(shù)

8、、信號(hào)處理技術(shù)為一體，采用硬件與軟件相結(jié)合的方式，分別開發(fā)一套汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)，在這個(gè)平臺(tái)上建立良好的圖形界面，建立數(shù)據(jù)收集，信號(hào)控制，數(shù)據(jù)分析模塊，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)控制以及數(shù)據(jù)自動(dòng)分析和存儲(chǔ)。1. 熟悉labview軟件，建立一些模擬信號(hào)資源。2. 了解目前國(guó)內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，建立測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架。3. 熟悉labview軟件中虛擬數(shù)據(jù)采集控件的使用方法與特點(diǎn)，建立以系統(tǒng)相匹配的采集通道。4. 采用labview圖形化語言開發(fā)測(cè)試系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、處理、分析等功能。5. 完成一些典型信號(hào)的處理與分析。6. 測(cè)試系統(tǒng)的調(diào)試與完善。在系統(tǒng)整合之后，有針對(duì)

9、性的進(jìn)行系能測(cè)試，找出其不足之處進(jìn)行完善。本課題研究是以計(jì)算機(jī)為核心的，利用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)和labview編程環(huán)境進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)功能，人機(jī)界面的生成。該測(cè)試系統(tǒng)的重點(diǎn)在于軟件部分，要能夠熟練掌握labview圖形化的編程語言，并能使用該語言設(shè)計(jì)出有效的，簡(jiǎn)潔的，人機(jī)界面直觀的，操作方便的數(shù)據(jù)采集處理的顯示平臺(tái)。第二章虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器概念2.1.1 虛擬儀器的定義一般的測(cè)量?jī)x器都是有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示這三個(gè)部分組成的。在傳統(tǒng)的測(cè)試儀器中，這三個(gè)部分都完全由硬件來實(shí)現(xiàn)的。而在微處理器引入之后出現(xiàn)的智能儀器，則可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)智能化，但是仍然需要硬件的支持。在這種狀況下一單儀器

10、被定型之后，其功能也隨之而確定了。由此就可能造成兩種情況：意識(shí)儀器中含有一部分使用者不需要的功能，早成了資源的浪費(fèi)；二是單一的一臺(tái)儀器的功能有限，如果要完成復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)，就會(huì)需要多臺(tái)不同的儀器同時(shí)進(jìn)行工作，從另外一方面也造成了資源的浪費(fèi)。對(duì)于上述的情況，提出的虛擬儀器的概念。所謂的虛擬儀（VirtualInstruments簡(jiǎn)稱VI）就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測(cè)試、測(cè)量等一些其他的應(yīng)用。其靈活的軟件創(chuàng)建完全自定義的用戶界面、模塊化的硬件可以方便地為用戶提供更為有效的測(cè)試需求。這個(gè)也是NI近幾十年來能夠始終引領(lǐng)測(cè)試、測(cè)量行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的原因所在。因而只有同時(shí)擁有高效

11、的軟件、模塊化I/O硬件以及用于集成的軟硬件平臺(tái)這三個(gè)組成部分，才能有效發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：性能高、開發(fā)周期短、擴(kuò)展性強(qiáng)以及集成度高。虛擬儀器的實(shí)質(zhì)就是利用計(jì)算機(jī)顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制界面，同時(shí)以多種形式來表達(dá)輸出檢測(cè)的結(jié)果，運(yùn)用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析與處理，再利用一些接口設(shè)備完成對(duì)信號(hào)的測(cè)量、采集與分析，來完成測(cè)試需求的一套計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。2.1.2 虛擬儀器的特點(diǎn)虛擬儀器作為一種新型的測(cè)試方法，它具有許多其他測(cè)試儀器所不具備的特點(diǎn)，具體如下：（1）虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件設(shè)施大部分都是通用的，對(duì)于不同的系統(tǒng)主要差別在于它的軟件部分；（2）它的數(shù)據(jù)處理能力十分的強(qiáng)

12、大，原因在于其充分利用了計(jì)算機(jī)強(qiáng)的計(jì)算處理功能。（3）用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需求來定義、設(shè)計(jì)來避免儀器中出現(xiàn)不需要的功能，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。2.2 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)虛擬儀器系統(tǒng)主要有兩大部分組成：硬件設(shè)施和應(yīng)用軟件。本系統(tǒng)的硬件主要是操作平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)中信號(hào)的處理分析。由于本系統(tǒng)在信號(hào)采集方面利用的虛擬信號(hào)，所以一些必要的傳感器，數(shù)據(jù)采集卡等硬件設(shè)施沒有采用。一般的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)中，它的傳感器、信號(hào)調(diào)理設(shè)備和數(shù)據(jù)采集卡有硬件實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示由軟件來完成。這樣，在時(shí)間測(cè)量過程中，只需要使用少量的硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而剩余的工作則由軟件來完成。而且這樣的測(cè)試系統(tǒng)中的硬件設(shè)施大多

13、都是通用設(shè)備，只要改變應(yīng)用軟件就可以得到新的測(cè)量?jī)x器。此外，用戶還可以根據(jù)自己的需要來確定系統(tǒng)的功能，這就大大的提高了設(shè)備的利用率，降低的成本。2.2.1 硬件部分本系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要包括測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)、信號(hào)采集裝置、計(jì)算機(jī)測(cè)控以及顯示系統(tǒng)。該發(fā)動(dòng)機(jī)的虛擬測(cè)試系統(tǒng)所用的信號(hào)傳感器、數(shù)據(jù)采集卡以及虛擬軟件均可由用戶自己來根據(jù)實(shí)際的需求來自由地組合。計(jì)算機(jī)管理著虛擬儀器的硬件資源，是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)在顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)通訊、總線標(biāo)準(zhǔn)等方便作為虛擬儀器的發(fā)展提供了很大的便利。1. 傳感器傳感器位于該測(cè)試系統(tǒng)的最前端，是與發(fā)動(dòng)機(jī)直接接觸的，其性能對(duì)于整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的影響是最大的，所以在選用時(shí)應(yīng)注

14、意選用高精度、高靈敏度的傳感器而且，由于測(cè)試的參數(shù)不同具體用的傳感器也不同，如：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的檢測(cè)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，溫度檢測(cè)熱電阻傳感器。2. 信號(hào)調(diào)理設(shè)備由于測(cè)試所用的傳感器不同，其輸出的信號(hào)類型、性質(zhì)也不盡相同，在實(shí)際運(yùn)作過程中還存在著一些干擾信號(hào)，如果不加任何處理來改善，直接接到數(shù)據(jù)采集卡中會(huì)造成信號(hào)的失真，嚴(yán)重的情況還是對(duì)數(shù)據(jù)采集卡造成損害。因此在傳感器信號(hào)輸入采集卡之前，應(yīng)根據(jù)采集卡的特性對(duì)各種傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行必要的先行處理，讓信號(hào)電壓在采集卡的輸入范圍內(nèi)同時(shí)濾除信號(hào)中的一些干擾波，盡量保證系統(tǒng)所采集到的是無失真的信號(hào)。3. 數(shù)據(jù)采集卡在信號(hào)經(jīng)由信號(hào)調(diào)理之后，在傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上進(jìn)行分析處

15、理，在此之間需要數(shù)據(jù)采集卡作為橋梁。所謂數(shù)據(jù)采集卡是指從傳感器和其他待測(cè)設(shè)備等模擬與數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采集費(fèi)電量或電信號(hào)，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析、處理。數(shù)據(jù)才加卡一般由多路開關(guān)、放大器、采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器組成。其中多路開關(guān)將各路信號(hào)輪流切換進(jìn)入的采集信號(hào)放大或衰減至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內(nèi)；采樣保持器讀取待測(cè)信號(hào)在某一瞬間的值，并在A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過程中保持信號(hào)不變；A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出并完成信號(hào)幅值的量化。4. 計(jì)算機(jī)在整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)作為其核心配置，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程種豆離不了計(jì)算機(jī)的控制。在本次課題所編程開發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)中，它的操作平臺(tái)選用的是計(jì)算機(jī)，

16、而沒有使用開干擾與可靠性很強(qiáng)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，這里的原因是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)適用于相對(duì)成熟、完善的軟件系統(tǒng)，其軟件開發(fā)能力比較低，通用性差，因此不合適于課題的開發(fā)研究。同時(shí)還有一個(gè)原因就是當(dāng)今普通的計(jì)算機(jī)價(jià)格比較低，而且存儲(chǔ)能力，軟件可開發(fā)能力都比較的強(qiáng)，通用性好，性價(jià)比相對(duì)的比較高，有利于系統(tǒng)的調(diào)試完善。綜合考慮課題的實(shí)際需求和目的，還是普通計(jì)算機(jī)更具有實(shí)用性。2.2.2 軟件部分組成軟件是虛擬儀器的核心靈魂。虛擬儀器的軟件框架由低到高分為：VISA庫(kù)、儀器驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用程序三部分。VISA庫(kù)是標(biāo)準(zhǔn)的I/O函數(shù)及其相關(guān)規(guī)范的總稱，是一個(gè)可調(diào)用的操作函數(shù)集，主要用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與儀器間的軟件方面的連

17、接。儀器驅(qū)動(dòng)程序是應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。應(yīng)用軟件是操作用戶直接面對(duì)和使用的程序，應(yīng)具有良好的操作界面和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、處理能力。1. 軟件功能該發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)的軟件應(yīng)具有下列功能：數(shù)據(jù)采集：讀取數(shù)據(jù)采集設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析：對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和存儲(chǔ)；信號(hào)控制：實(shí)現(xiàn)即時(shí)信號(hào)的控制。2. 軟結(jié)構(gòu)規(guī)劃由于系統(tǒng)進(jìn)行以下幾個(gè)方面的測(cè)試：怠速測(cè)試、負(fù)荷特性測(cè)試以及萬有特性測(cè)試，所以軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是根據(jù)這幾個(gè)方面的測(cè)試進(jìn)行對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)的。2.3 虛擬儀器的開發(fā)品臺(tái)的概述labview(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)是美國(guó)國(guó)

18、家儀器公司(NationalInstrument,簡(jiǎn)稱NI)開發(fā)的一個(gè)具有強(qiáng)大功能的虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)程序，目前廣泛的應(yīng)用在工業(yè)測(cè)試、信號(hào)處理、仿真、監(jiān)控等領(lǐng)域，被公認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。labview是一種圖標(biāo)代替文本創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，簡(jiǎn)稱“G'語言。傳統(tǒng)的文本編程語言根據(jù)語句與指令的先后順序決定程序的執(zhí)行順序，而labview則是采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定程序的先后執(zhí)行順序。在程序框圖中圖標(biāo)代表的是函數(shù)，連線代表的是數(shù)據(jù)流向。labview提供了很多外觀和傳統(tǒng)儀器類似的控件，比如示波器、萬用表等，來使得用戶方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面

19、在labview中被稱之為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編寫程序?qū)η懊姘迳系目丶?duì)象進(jìn)行控制。這個(gè)就是圖形化源代碼。labview的圖形化源代碼在某種程度上類似于數(shù)據(jù)流程圖，因此又可稱之為程序框圖代碼。前面板上的每個(gè)控件對(duì)應(yīng)到程序框圖中的一個(gè)對(duì)象，當(dāng)數(shù)據(jù)“流向”該控件時(shí)，控件就會(huì)根據(jù)各自的特性以一定的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)，例如波形圖，布爾開關(guān)。labview程序被稱為VI，機(jī)虛擬儀器，是因?yàn)樗暮芏嘟缑婵丶c操作都模擬了現(xiàn)實(shí)的儀器，比如示波器和萬用表等。labview的核心就是“軟件就是儀器”。labview還包含了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲(chǔ)等。這些工具都是向?qū)降墓ぞ?，用戶只?/p>

20、要按照提示就可以實(shí)現(xiàn)與儀器的連接以及參數(shù)的設(shè)置。而程序編寫者也不需要記憶大量的函數(shù)，因?yàn)檫@些函數(shù)都是以圖表和名稱形式存放于面板中的，當(dāng)需要用到某個(gè)函數(shù)時(shí)把它從函數(shù)面板上拖放到程序框圖中就好了。這個(gè)方面就體現(xiàn)了圖形化的優(yōu)勢(shì)。前面板是labview的圖形用戶界面，也是VI的虛擬儀器面板。該界面和真實(shí)的物理儀器面板有一定的相似度，它上面有用戶輸入和輸出顯示兩大類型的對(duì)象，分別稱為控制元件和顯示元件。在前面板中的控制量模擬了儀器的輸入裝置并且數(shù)據(jù)供給VI的框圖程序，比如按鈕、開關(guān)、示波器等多種常見的控制對(duì)象；而顯示量則是模擬儀器的輸出裝備并且顯示框圖程序生產(chǎn)或獲得的數(shù)據(jù)，例如波形圖，儀表盤的窗口等。程

21、序框圖中編寫的程序源代碼，在程序框圖中對(duì)VI進(jìn)行編程，以控制和擦偶偶定義在前面板的輸入與輸出功能。程序框圖中除了前面板上控件的連線端子以外，還有一些前面板上沒有，但是編程必須用到的東西，例如函數(shù)，結(jié)構(gòu)等。labview中的操作模板分為函數(shù)模板、控件模板和工具模板（如2.2圖中所示），labview程序的創(chuàng)建主要依靠這三個(gè)模板完成。工具模板提供了用于創(chuàng)建、修改、修飾語調(diào)試程序的基本工具；控件模板中有各種控制量和指示器，主要被用來創(chuàng)建前面板中對(duì)象，構(gòu)建程序的用戶界面；函數(shù)模板涵蓋了編程過程中用到的各種函數(shù)、VI程序以及ExpressVI，主要用于構(gòu)建程序框圖中的對(duì)象?？丶０搴秃瘮?shù)模板中的對(duì)象分別

22、按不同類型被安排在不同的子模板中。圖標(biāo)和連接器是指VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個(gè)VI可以作為子程序被其他VI調(diào)用。圖標(biāo)和連接器在這里相當(dāng)于是圖形化的參數(shù)申申蘭4X耳二二工S1JTH)+?*E!廠送庭-耳”應(yīng)冃觀牡勻城hfW住*一-J：7.Ei/C:;jfc/C磅=5:壬三耳冃8匚Exp”機(jī)hO*F叩e,hET與上小匕,;圖2.1函數(shù)模板、控件模板、工具模板labview的優(yōu)點(diǎn)選擇labview作為開發(fā)測(cè)試的應(yīng)用程序的以打決定性因素就是他的開發(fā)周期短。一般的，使用labview開發(fā)的應(yīng)用程序的周期大約是其他編程語言的二分之一到三分之二。在這令人驚訝的速度背后的原因是由于labview易學(xué)易用

23、，同時(shí)它所提供的工具會(huì)使創(chuàng)建測(cè)試以及測(cè)量應(yīng)用變得根偉的輕松自在。labview軟件的具體優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）提供了豐富的控件，同時(shí)采用圖形化的編程方法，相較于繁冗復(fù)雜文本編程，它極大的提高了效率；（2）內(nèi)奸的編譯器會(huì)在用戶編寫程序的同時(shí)在后臺(tái)自動(dòng)完成相關(guān)的編譯。當(dāng)用戶在編寫程序的過程中一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤，它就會(huì)立即顯示出來。（3）數(shù)據(jù)流模型的采用實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的多線程，從而能充分利用處理器的能力。（4）通過DLLCIN節(jié)點(diǎn)、ActiveX、NET及MATLA腳本節(jié)點(diǎn)等技術(shù)，就可以輕松實(shí)現(xiàn)labview與其他軟件的混合編程。（5）通過應(yīng)用程序生成器可以輕視的發(fā)布EXE動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)或者安裝包。（

24、6）labview提供了大量的驅(qū)動(dòng)程序與專用工具，幾乎能夠與任何接口的硬件連接。（7）labview內(nèi)建立了600多個(gè)分析函數(shù)，用來處理函數(shù)，分析數(shù)據(jù)。應(yīng)用labview的應(yīng)用目前，隨著虛擬技術(shù)的飛速發(fā)展，labview已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在航空航天、通信、汽車、半導(dǎo)體、生物技術(shù)等其他領(lǐng)域。labview的主要應(yīng)用可以體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1. 自動(dòng)化測(cè)試與測(cè)量平臺(tái)在測(cè)試和測(cè)量方面，labview已經(jīng)成為這個(gè)領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它提供的許多的開發(fā)工具是繁冗復(fù)雜的測(cè)試和測(cè)量任務(wù)變得簡(jiǎn)易。labview可以通過PXI、PCI、USB等總線方式和插卡式數(shù)據(jù)采集卡等少量的硬件設(shè)施構(gòu)成實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。labvi

25、ew的儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)是工業(yè)領(lǐng)域最為龐大的，能夠?qū)崿F(xiàn)與眾多儀器設(shè)備的兼容。同時(shí)，它還支持通過Internet、ActiveX、DDE等交互式通信方式來共享數(shù)據(jù)。2. 數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)LabVIEW提供了功能強(qiáng)大的高級(jí)數(shù)據(jù)分析庫(kù)，包括統(tǒng)計(jì)、估計(jì)、回歸分析、線性代數(shù)、信號(hào)生成算法、時(shí)域和頻域算法等科學(xué)計(jì)算模塊，可以滿足大多數(shù)的計(jì)算和分析需要。在聯(lián)合時(shí)域分析、小波和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)等高級(jí)或特殊分析領(lǐng)域，LabVIEW也提供了專門的附加軟件包。3. 原型設(shè)計(jì)平臺(tái)LabVIEW還可以利用高效的設(shè)計(jì)應(yīng)用、仿真、以及仿真數(shù)據(jù)與真實(shí)測(cè)量之間進(jìn)行比較。將LabVIEW和測(cè)量工具集成至附加的設(shè)計(jì)和仿真工具中，就可以在

26、設(shè)計(jì)過程輕松的將真實(shí)世界的測(cè)試工具與仿真模型進(jìn)行比較，找出設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的缺陷，從而可以減少設(shè)計(jì)反復(fù)，獲得高產(chǎn)量的產(chǎn)品。2.4虛擬儀器的發(fā)展近年來，虛擬儀器的發(fā)展非常迅速，正朝著總線與驅(qū)動(dòng)程序標(biāo)準(zhǔn)化、軟硬件模塊化、硬件模塊即插即用化、編程圖形化等方向發(fā)展。1. PXI規(guī)范為了提高虛擬儀器和基于計(jì)算機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)的性能，VXI標(biāo)準(zhǔn)被制定并且作為計(jì)算機(jī)化儀器的一個(gè)重要發(fā)展方向。VXI儀器是一種插卡式的儀器，每一種儀器都是一個(gè)插卡，這些卡式儀器本身沒有面板，其面板仍然通過虛擬的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入標(biāo)注的VXI機(jī)箱，再與計(jì)算機(jī)連接，組成一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。但是VXI儀器價(jià)格昂貴，無法實(shí)現(xiàn)大面積推廣。

27、為了解決這個(gè)問題，NI公司推出了一種價(jià)格較為便宜的PXI(面向儀器的PCI擴(kuò)展，PCIeXtensionsforInstrumentation)標(biāo)準(zhǔn)儀器。PXI在堅(jiān)固的模塊化結(jié)構(gòu)中結(jié)合了高速度、高性能的PCI(PeripheralComponentInterconnect)總線和高級(jí)定時(shí)及觸發(fā)特性。使用PXI系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)所有PCI系統(tǒng)的功能，而且能適合于工業(yè)環(huán)境，并獲得無與倫比的集成性。由于結(jié)合了商業(yè)PCI技術(shù)和面向儀器擴(kuò)展的工業(yè)化堅(jiān)固結(jié)構(gòu)，PXI提供完整的基于PC的平臺(tái)，而且這種平臺(tái)為高性能測(cè)量和自動(dòng)化解決方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于PXI是基于模塊化CompactPCI規(guī)范和高速PCI總線架

28、構(gòu)的，使得PXI產(chǎn)品能完全和CompactPCI產(chǎn)品協(xié)同工作，并且比臺(tái)式計(jì)算機(jī)有更高的機(jī)械集成度、簡(jiǎn)化的系統(tǒng)集成能力和更加的擴(kuò)展插槽。PXI定義的針對(duì)軟件的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的集成，包括使用標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)架構(gòu)如Windows以及所有外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序。PXI模塊化、可擴(kuò)展的架構(gòu)提供了一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，能把所有的測(cè)量設(shè)備、裝置和計(jì)算機(jī)集成在同一臺(tái)機(jī)箱里，并且可以很方便的擴(kuò)展到多個(gè)機(jī)箱。因此，目前和今后的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，PXI將是虛擬儀器中最完善的基于PC的測(cè)試平臺(tái)。2. 網(wǎng)絡(luò)化儀器控制虛擬儀器研究的一個(gè)主要問題就是各種標(biāo)準(zhǔn)儀器的互連以及與計(jì)算機(jī)的連接，即儀器控制。目前，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了

29、具備強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)通信功能的遠(yuǎn)程虛擬儀器，這種虛擬儀器支持TCP/IP、UDP等協(xié)議。NI公司還開發(fā)了一種DataSocket技術(shù)，這種技術(shù)可以使虛擬儀器很容易的在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。下一代虛擬儀器還將具備能夠快速方便的與藍(lán)牙(BlueTooth)、無線及其它標(biāo)準(zhǔn)融合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。除了這些技術(shù)之外，下一代虛擬儀器還應(yīng)能更好的描述與設(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)之間的定時(shí)和同步關(guān)系，以便幫助用戶快速的開發(fā)和控制所需的系統(tǒng)。2.5本章小結(jié)本章相對(duì)比較詳細(xì)的介紹了虛擬儀器的概念、結(jié)構(gòu)，并通過它與其他儀器的相互比較，說明了虛擬儀器的性能特點(diǎn)。同時(shí)又對(duì)本課題所選用的虛擬儀器軟件的開發(fā)平臺(tái)一一LabVIEW及其編程的特

30、點(diǎn)與軟件的構(gòu)成進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹和說明。然后介紹了LabVIEW主要應(yīng)用的幾個(gè)方面，最后指出了虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。第三章測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路一般的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)涉及的范圍比較廣，設(shè)計(jì)也相對(duì)比較復(fù)雜。所以在具體設(shè)計(jì)前，我們應(yīng)該對(duì)我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)做一個(gè)了解，分析我們這個(gè)系統(tǒng)的目的、功能、軟硬件設(shè)備等一系列的因素，這樣我們才能設(shè)計(jì)出我們所需要的系統(tǒng)。3.1 測(cè)試系統(tǒng)的功能及設(shè)計(jì)要求1系統(tǒng)的功能一般情況下，通常的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系能測(cè)試是檢測(cè)運(yùn)行中發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，來了解發(fā)動(dòng)機(jī)的一些特性，來評(píng)價(jià)這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能是否優(yōu)良。基于這些情況，本課題的測(cè)試系統(tǒng)做了以下幾個(gè)方面的測(cè)試：1. 怠速性測(cè)試該

31、測(cè)試主要針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的一些基本性能參數(shù)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的轉(zhuǎn)速，燃油消耗量，排氣溫度等。2. 負(fù)荷特性測(cè)試該測(cè)試是用于測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性，通過負(fù)荷特性可以直觀的顯示出發(fā)動(dòng)機(jī)在相同的轉(zhuǎn)速，不同的負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性以及排氣溫度等參數(shù)，這些是比較發(fā)動(dòng)機(jī)性能的依據(jù)。3. 萬有特性測(cè)試該測(cè)試和負(fù)荷特性測(cè)試有一定的關(guān)聯(lián)，萬有特性測(cè)試就是多個(gè)負(fù)荷特性曲線綜合處理而得出的。萬有特性可以分析出工況變化范圍大的發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況性能。3.1.2 測(cè)試系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要求該測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性與可靠性來保證測(cè)試實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。1. 該測(cè)試系統(tǒng)要求巨白強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，能夠分析計(jì)算采集到的各項(xiàng)參數(shù)。2. 該

32、測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具備較好的實(shí)時(shí)性來顯示發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的變化。3. 該測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具備較好數(shù)據(jù)顯示功能。4. 該測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具備界面直觀友好，操作簡(jiǎn)單。3.1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案整個(gè)系統(tǒng)分為硬件和軟件兩個(gè)部分。硬件方面由于條件限制，本設(shè)計(jì)主要針對(duì)的是模擬信號(hào)的處理，對(duì)硬件不做過多的闡述。軟件方面，本設(shè)計(jì)是針對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理的，軟件是設(shè)計(jì)中的重中之重。所以軟件在編寫過程要考慮以下幾個(gè)方面：(1) 針對(duì)性應(yīng)根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際檢測(cè)要求和系統(tǒng)特性來設(shè)計(jì)。對(duì)于本系統(tǒng)，應(yīng)遵照各個(gè)子系統(tǒng)的測(cè)試要求及相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范有針對(duì)性的設(shè)計(jì)該發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)軟件及測(cè)試過程。(2) 可操作性在程序的設(shè)計(jì)及開發(fā)過程中應(yīng)盡量減少對(duì)操作人員的專業(yè)

33、技能要求,盡可能做到使操作人員簡(jiǎn)單明了,不用太長(zhǎng)時(shí)間培訓(xùn)就能熟練掌握軟件的操作技能,保證工作的質(zhì)量及高效性。(3) 可靠性與硬件的可靠性一樣，軟件的可靠性同樣非常重要。因此，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用模塊化的設(shè)計(jì)，這樣在軟件的調(diào)試和修改時(shí)會(huì)非常方便。同時(shí)，在程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有錯(cuò)誤診斷程序，可以使程序具有自動(dòng)識(shí)錯(cuò)功能，在程序出錯(cuò)時(shí)及時(shí)進(jìn)行處理。軟件平臺(tái)的選擇該系統(tǒng)是基于LabVIEW勺汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試。對(duì)虛擬儀器來說軟件就是儀器，因此軟件是該系統(tǒng)的最主要的組成部分。軟件平臺(tái)的選擇是軟件開發(fā)的前提?；趦?yōu)秀的軟件平臺(tái)，進(jìn)而就能在短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出實(shí)用性強(qiáng)、界面友好、效率高和操作簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序。所以在這里選用

34、labview作為開發(fā)的軟件平臺(tái)。第四章軟件模塊的設(shè)計(jì)與編寫4.1檢測(cè)系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)軟件是一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的核心與靈魂。系統(tǒng)性能的好壞基本上取決于軟件系統(tǒng)的編寫。登陸怠速性測(cè)試怠速性測(cè)試系純王界面負(fù)荷、萬有特性測(cè)試4.2登陸界面程序的編寫與設(shè)計(jì)登陸界面有一個(gè)whlie循環(huán)結(jié)構(gòu)個(gè)事件結(jié)構(gòu)組成的。用戶需要輸入正確的用戶名、密碼并且選擇身份類型才能進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)。當(dāng)成功登陸后，登錄結(jié)果界面中會(huì)顯示：登陸成功！歡迎您！管理員。本界面的源程序及界面顯示如圖41、42所示。8玄捌FlEK*lfB.1UfFC-.工JlfT0阻Iffcw-屆同P"|用気ZG屮百:X劇可血字fl：”HE'代丫A

35、4iHkBI圖41登陸界面源程序淮席二亡乜tm.iri/i|>4iNiian'iLjTir:吐.汀:坊=二00¥用戶登錄冃戶皂nh3圖42登陸界面前面板4.3主演示界面程序的設(shè)計(jì)與編寫本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是基于虛擬儀器技術(shù)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要包括了怠速性測(cè)試，負(fù)荷特性萬有特性測(cè)試。每個(gè)部分單獨(dú)設(shè)計(jì)，經(jīng)過反復(fù)運(yùn)行調(diào)試，在確定沒有錯(cuò)誤的前提下，對(duì)三個(gè)測(cè)試模塊進(jìn)行集成，并配以操作界面，形成了發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)的主界面。主界面讓人看過之后一目了然，便于進(jìn)行查看。當(dāng)按停止按鈕時(shí)，退出發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)界面。主演示界面的前面板與源程序框圖分別如圖43、44所示。圖

36、43主演示面的前面板IEUV圖44主演示面的源程序4.4怠速性能測(cè)試程序模塊的設(shè)計(jì)與編寫一般的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速性能會(huì)受到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度影響，影響其使用性能、動(dòng)力性、排放性、可靠性等。而燃料的消耗量則直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速不同時(shí)，它的工作溫度，燃料的消耗量也會(huì)隨之變化。因此在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速性能測(cè)試中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、溫度、燃料消耗量這些基本性能進(jìn)行測(cè)試紙這個(gè)模塊的重要部分。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速性能測(cè)試模塊的前面板與源程序的設(shè)計(jì)分別如圖45、圖46所示。圖45怠速性能測(cè)試前面板圖46怠速性能測(cè)試源程序采集的信號(hào)直接通過波形圖表顯示出來，這里的轉(zhuǎn)速信號(hào)是通過信號(hào)生成建立的一個(gè)模擬信號(hào)，通過建立

37、一個(gè)怠速調(diào)整螺母來調(diào)整建立信號(hào)的頻率，從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過公式計(jì)算直接在波形圖表中顯示實(shí)時(shí)的值，當(dāng)中的轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)是直接顯示的速度傳感器的輸出的一個(gè)信號(hào)，可以直觀的了解其信號(hào)變化。在這之后設(shè)置了一個(gè)轉(zhuǎn)速預(yù)警裝置，一般的對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速是有要求的一般是在550800（r/min）之間，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過800（r/min）時(shí)，前面板上的轉(zhuǎn)速預(yù)警等會(huì)亮。燃料消耗量同樣是通過波形圖顯示出來的這里設(shè)置了一個(gè)提示燈，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)它的燃油消耗量超過41/h時(shí)，面板上的油耗指示燈會(huì)亮，提示油耗超過了系統(tǒng)的設(shè)定值。說明當(dāng)前的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的燃油消耗量不具有良好的經(jīng)濟(jì)性。溫度則是通過溫度計(jì)和數(shù)值方式顯示的，在其后面還設(shè)置了一個(gè)警報(bào)裝置，通過對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行加窗以減小或抑制泄露，然后通過數(shù)學(xué)一概率與統(tǒng)計(jì)一統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)采集到的信號(hào)的最大值和最小值，當(dāng)最大值大于70度時(shí)對(duì)其實(shí)施報(bào)警，報(bào)警時(shí)間持續(xù)為20ms4.5負(fù)荷/萬有特性測(cè)試程序模塊的設(shè)計(jì)與編寫發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性和萬有特性都是用來描述發(fā)動(dòng)機(jī)在某種工況下的性能，需要測(cè)試它的轉(zhuǎn)速、燃油消耗量、進(jìn)氣量、排氣溫度以及扭矩，通過處理得出負(fù)荷與燃油消耗量、燃油消