虛擬儀器技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試中的應(yīng)用

　　摘 要：利用NI公司開(kāi)發(fā)的LabWindows/CVI作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一套發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的測(cè)試系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的測(cè)試方法相比，即節(jié)省了成本，又提高了測(cè)試效率。

　　1 引言

　　傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)功能單一，測(cè)試效率低，實(shí)驗(yàn)過(guò)程缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備有不同的數(shù)據(jù)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(zhǎng)，設(shè)備升級(jí)能力及擴(kuò)展性差，重復(fù)勞動(dòng)較多，造成了較大的資源浪費(fèi)。虛擬儀器技術(shù)是上世紀(jì)90年代初被提出并逐步付諸實(shí)現(xiàn)的。該技術(shù)利用少量的標(biāo)準(zhǔn)化硬件模塊加上功能強(qiáng)大的圖形化編程平臺(tái)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)同儀器技術(shù)完美的結(jié)合起來(lái)，具有開(kāi)發(fā)周期短、成本低、重復(fù)勞動(dòng)少、易于應(yīng)用新算法以及便于升級(jí)等特點(diǎn)。已在測(cè)控領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用。

　　虛擬儀器編程語(yǔ)言LabWindows/CVI是美國(guó)NI（National Instruments）公司利用虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)的32位面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它以ANSI C為核心，將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語(yǔ)言平臺(tái)與用數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)的測(cè)控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。它的集成化開(kāi)發(fā)平臺(tái)、交互式編程方法、豐富的功能面板和庫(kù)函數(shù)大大增強(qiáng)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(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)量環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個(gè)理想的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。

　　2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)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(jī)的性能參數(shù)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，為了充分利用現(xiàn)有的資源，節(jié)約成本，對(duì)與轉(zhuǎn)矩和油耗等參數(shù)的測(cè)量，我們直接從測(cè)功機(jī)和油耗儀上的輸出端口引出信號(hào)線到信號(hào)調(diào)理模塊的接線端子上;第二部分為信號(hào)調(diào)理模塊和數(shù)據(jù)采集卡，其主要功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣、放大、A/D轉(zhuǎn)換，并把采集到的數(shù)據(jù)以一定的格式傳送給上位計(jì)算機(jī);第三部分為計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，其功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、顯示、存儲(chǔ)以及圖表打印等。

　　系統(tǒng)采用的是NI公司的Lab-PC-1200數(shù)據(jù)采集卡，這是一種性能優(yōu)良的低價(jià)位適合PC機(jī)及其兼容機(jī)的采集卡。它能夠完成信號(hào)采集（A/D）、數(shù)字信號(hào)的模擬輸出（D/A）以及定時(shí)/計(jì)數(shù)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(shù)字量I/O接口、3個(gè)16位的計(jì)數(shù)器。將數(shù)據(jù)采集卡插入計(jì)算機(jī)的PCI插槽中。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集卡軟件驅(qū)動(dòng)前，應(yīng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，參數(shù)設(shè)置是通過(guò)NI公司提供的“Measurement & Automation”軟件實(shí)現(xiàn)的。

　　圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖

　　發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)環(huán)境中存在著許多電磁干擾源，測(cè)試系統(tǒng)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(cè)試精度，在保證良好接地狀態(tài)的同時(shí)，將輸入信號(hào)線屏蔽，盡量縮短信號(hào)線的長(zhǎng)度，并對(duì)轉(zhuǎn)換器采用了光電隔離技術(shù)，通過(guò)測(cè)試表明，即使不采用軟件濾波，也能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。

　　3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　軟件系統(tǒng)主要包括參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示與打印、實(shí)驗(yàn)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(xiàn)方法。

　　3.1 參數(shù)設(shè)置部分

　　如圖2所示。由于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)一般要做負(fù)荷特性、速度特性等好幾種實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)后，可以根據(jù)要求選擇所要做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。為了保護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和人員安全，還可以根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)速、機(jī)油溫度、冷卻水溫度以及排氣溫度的報(bào)警值。只要測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)超過(guò)了所設(shè)置的報(bào)警值。就自動(dòng)停機(jī)。