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LabVIEW在汽車加速度傳感器性能測(cè)試臺(tái)中的應(yīng)用
來(lái)源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2014/8/19

  摘要:設(shè)計(jì)了一套適合汽車加速度傳感器性能測(cè)試的數(shù)據(jù)采集終端,利用RS-232接口將采集終端的數(shù)據(jù)和工控機(jī) 連接起來(lái),組成一套完整的汽車加速度傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)。利用LabVIEW強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分 析,得出加速度傳感器的輸出特性曲線,同時(shí)判斷是否合格。詳細(xì)介紹了 LabVIEW在該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集、分析和處理、顯 示特性曲線以及報(bào)表生成的應(yīng)用。

  關(guān)鍵詞:LabVIEW;汽車加速度傳感器;數(shù)據(jù)采集;RS - 232;測(cè)試臺(tái)

  0 引言

  加速度傳感器廣泛用于汽車領(lǐng)域,它主要用在以下幾個(gè)方 面:安全氣袋、翻轉(zhuǎn)檢測(cè)、碰撞檢測(cè)、車輛動(dòng)態(tài)控制、剎車控制系 統(tǒng)及駕駛者安全裝置。一般情況下,加速度傳感器的輸出信號(hào) 分2種方式:即模擬電壓輸出方式和數(shù)字輸出方式。在閉環(huán)控 制系統(tǒng)中,傳感器一般用來(lái)檢測(cè)控制過程中的物理量,充當(dāng)反 饋元件的作用,而文中的工作是測(cè)試汽車加速度本身的特性。 通過汽車加速度傳感器的輸出曲線和給定的特性曲線進(jìn)行對(duì) 比得出汽車加速度傳感器是否合格的結(jié)論。


  圖I為被測(cè)加速度傳感器的理想輸出特性曲線,加速度傳感器的測(cè)量范圍為-1.5~+1.5 g,傳感器的電壓輸出值與 加速度成正比。被測(cè)加速度傳感器工作在某一加速度值下就 可以得到該點(diǎn)加速度值下的加速度傳感器的電壓輸出值。系 統(tǒng)采用勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生向心加速度的方法產(chǎn)生加速度條件, 即將汽車加速度傳感器安裝在勻速旋轉(zhuǎn)的圓盤上,改變圓盤的旋轉(zhuǎn)速度就可以得到不同的加速度值。

  1 系統(tǒng)組成

  由于被測(cè)汽車加速度傳感器的加速度產(chǎn)生條件是旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的,加速度傳感器固定在勻速旋轉(zhuǎn)的圓盤上,其電壓輸出線 無(wú)法直接接到工控機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,故自行設(shè) 計(jì)了一個(gè)數(shù)據(jù)采集板卡,它與汽車加速度傳感器一起被固定在 勻速旋轉(zhuǎn)的圓盤上,采集到的加速度傳感器的數(shù)據(jù)通過射頻方 式傳送出來(lái),然后再通過RS-232接口的方式傳入工控機(jī),工 控機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理、顯示、保存和打印等。

  圖2為汽車加速度傳感器性能自動(dòng)測(cè)試臺(tái)的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)由工控機(jī)、接口電路、電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、采樣 系統(tǒng)和被測(cè)傳感器測(cè)試臺(tái)組成。采樣系統(tǒng)與被測(cè)加速度傳感 器一起轉(zhuǎn)動(dòng),而接口電路與工控機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)。采樣系統(tǒng)與 接口電路之間通過射頻進(jìn)行信號(hào)傳輸。被測(cè)傳感器固定在測(cè) 試臺(tái)的圓盤上,圓盤的半徑為0.2 m.圓盤通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋 轉(zhuǎn),電動(dòng)機(jī)采用伺服電機(jī),它由電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng),工控機(jī)通過 串口控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。接口電路通過射頻傳輸獲得采樣系 統(tǒng)的數(shù)據(jù),它將該數(shù)據(jù)通過串口傳入工控機(jī)。
采樣系統(tǒng)的作用是:采集傳感器的信號(hào)和將數(shù)據(jù)通過射頻 收發(fā)電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。系統(tǒng)采用MICROCHIP公司 的PIC16F877A單片機(jī)為采樣系統(tǒng)的處理器,它內(nèi)部帶有10位8 通道A/D轉(zhuǎn)換器,能一次性測(cè)量8個(gè)加速度傳感器,而且10位 A/D轉(zhuǎn)換器基本能滿足系統(tǒng)的精度要求。為了解決數(shù)據(jù)采集 中旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分的接線困難問題,設(shè)計(jì)中采用了射頻技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,射頻芯片采用nwdic公司的射頻收發(fā)芯片 nRE2401,它是一個(gè)單片集成接收、發(fā)射器的芯片,工作頻率范 圍為全球開放的2.4GHz頻段。采用GFSK調(diào)制時(shí)的數(shù)據(jù)速率 為高速率1Mbit/s,高于藍(lán)牙,具有高數(shù)據(jù)吞吐量。NRF2401內(nèi)置了 CRC糾、檢錯(cuò)硬件電路和協(xié)議。發(fā)射功率、工作頻率等所 有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成。每個(gè)芯片可以通過軟件 設(shè)置最多40 bit地址,只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)且提 供一個(gè)中斷指示,該芯片編程非常方便。


  圖2系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖



  2  LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)數(shù)搌采集、分析與處理

  2.1LabVIEW程序功能實(shí)現(xiàn)與程序流程

  UbVIEW在系敘'中主要用于上位PC機(jī)的測(cè)試控制軟件的 編寫,它主要包括用戶配置、測(cè)試、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表生成幾個(gè)部 分。圖3為汽車加速度傳感器性能測(cè)試系統(tǒng)的LabVIEW程序 流程圖。在用戶配置界面中,用戶可以配置系統(tǒng)使用的參數(shù), 如使用的串口配置,測(cè)試的汽車加速度傳感器的類型,測(cè)試的 汽車加速度傳感器的安裝形式、個(gè)數(shù),汽車加速度傳感器的給 定理想輸出曲線,打印報(bào)表的形式、份數(shù)等。測(cè)試界面為該軟 件的主要界面,它主要用來(lái)控制汽車加速度傳感器的數(shù)據(jù)采 集。在數(shù)據(jù)采集完畢之后,編寫LabVIEW程序可以自動(dòng)地將數(shù) 據(jù)進(jìn)行分析處理,在數(shù)據(jù)分析界面可以査看數(shù)據(jù)分析結(jié)果,同 時(shí)還可以手動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一些處理。采集到大量的汽車加速 度數(shù)據(jù)之后必須將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類總結(jié),并保存在計(jì)算機(jī)中,同時(shí)還可以將數(shù)據(jù)打印,這些處理在報(bào)表生成界面中來(lái)完成。

  2.2LabVIEW串口數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幊?br/>
  工控機(jī)的通信與數(shù)據(jù)采集部分的數(shù)據(jù)傳輸采用RS - 232 串行總線接口。進(jìn)行串口通信之前,要對(duì)串口進(jìn)行初始化,包 括串口地址、波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位等串口參數(shù)設(shè) 置,調(diào)用VISA Configure Serial Port子VI可以完成對(duì)串口的初始 化,調(diào)用VISA Read和VISA Write子VI可以分別完成對(duì)串口的 讀與寫。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集程序編寫時(shí)只要按照系統(tǒng)規(guī)定的通信圖3 LabVIEW程序流程圖協(xié)議向串口寫發(fā)送命令即可。系統(tǒng)中的串行通信采用的校驗(yàn) 方法為CRC校驗(yàn)。由于LabVIEW中本身不帶CRC校驗(yàn)子VI,故CRC校驗(yàn)子VI需要自行編寫,計(jì)算CRC碼的步驟如下:

  (1)預(yù)置16位寄存器為十六進(jìn)制FFFF(即全為1),稱此寄 存器為CRC寄存器;
  (2)把第一個(gè)8位數(shù)據(jù)與16位CRC寄存器的低位相異或, 把結(jié)果放于CRC寄存器;
  (3)把寄存器的內(nèi)容右移一位(朝低位),用〇填補(bǔ)最高位, 檢查最低位;
  (4)如果最低位為0:重復(fù)第3步(再次移位);如果最低位 為1:CRC寄存器與多項(xiàng)式A001(1010 0000 0000 0001)進(jìn)行異或;
  (5)重復(fù)步驟3和4,直到右移8次,這樣整個(gè)8位數(shù)據(jù)全部 進(jìn)行了處理;
  (6)重復(fù)步驟2到步驟5,進(jìn)行下一個(gè)8位數(shù)據(jù)的處理;

  (7) 最后得到的CRC寄存器即為CRC碼。

 



 

LabVIEW流程圖


  與工控機(jī)通信的單片機(jī)程序采用C語(yǔ)言編寫,它的CRC校 驗(yàn)碼的計(jì)算方法與LabVIEW程序相同。


  2.3 LabVIEW數(shù)據(jù)測(cè)試


  數(shù)據(jù)測(cè)試是軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能之一。在自動(dòng)測(cè)試界面, 只要點(diǎn)擊開始測(cè)試,程序就通過串口向采集系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)采集 命令,它能一次性測(cè)試8只傳感器及其在不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù), 下位機(jī)接收到命令之后就開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,等待數(shù)據(jù)采集完 畢,LabVIEW程序通過串口讀取測(cè)試數(shù)據(jù),將其放人一個(gè)臨時(shí) 數(shù)組里,然后再將數(shù)組里的數(shù)組分類運(yùn)算之后放人指定的二維 數(shù)組,一次測(cè)試過程完成之后就得到一組完整的測(cè)試數(shù)據(jù),此 時(shí)在前面板中顯示出來(lái),同時(shí)傳感器電壓輸出曲線圖中顯示出 汽車加速度傳感器的輸出特性曲線,可以很直觀地看出曲線是 否與給定的理想曲線吻合。同時(shí),程序通過實(shí)測(cè)曲線與理想曲 線的對(duì)比,可以指示出傳感器是否合格。手動(dòng)測(cè)試與自動(dòng)測(cè)試 不同,它可以指定測(cè)試8只傳感器中的任意一只在某一個(gè)狀態(tài) 下的輸出特性曲線。


  圖4為測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試主界面


  2.4LabVIEW數(shù)據(jù)分析與顯示

  一次數(shù)據(jù)測(cè)試完畢之后,可以打開數(shù)據(jù)分析界面,選定某 一傳感器在某一狀態(tài)下的特性曲線進(jìn)行査看,圖5為傳感器2 在16 V,地線可靠接地時(shí)的輸出特性曲線,從圖5可以看出,它 與標(biāo)準(zhǔn)曲線基本吻合。程序可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線與測(cè)試曲線的 吻合程度進(jìn)行判斷并顯示其結(jié)果。在該界面中,用戶還可以對(duì) 該組數(shù)據(jù)的某個(gè)點(diǎn)的值進(jìn)行重新測(cè)試,將實(shí)測(cè)曲線在不同的標(biāo) 準(zhǔn)下進(jìn)行分析而得出結(jié)論。同時(shí)可以將某組數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除、保 存等操作。

  2.5LabVIEW報(bào)表生成與打印

  測(cè)試生成的數(shù)據(jù)保存在臨時(shí)數(shù)組中,在報(bào)表生成界面中可 以將這些數(shù)據(jù)保存到計(jì)算機(jī)的硬盤中,利用LabVIEW中的Report Generation Toolkit 工具箱可以很方便地將測(cè)試表格、曲線等 信息以Microsoft Word的形式進(jìn)行保存并打印。


  
圖5實(shí)測(cè)傳感器輸出曲線圖

  3 結(jié)論

  NI LabVIEW圖形化的編程語(yǔ)言具有操作簡(jiǎn)單,圖面簡(jiǎn)單直 觀的優(yōu)點(diǎn),它包含大量的數(shù)學(xué)分析計(jì)算模塊,可以完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析。同時(shí),Report Generation Toolkit工具箱 可以直接將測(cè)試數(shù)據(jù)以圖形和表格的形式保存成Word文檔并 進(jìn)行打印。系統(tǒng)采用LabVIEW作為編程語(yǔ)言簡(jiǎn)化了編程,提高了效率,且調(diào)試過程方便快捷,生成的軟件界面美觀。(作者:資道周,葛召炎,李建奇,賀淵明)

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