Labview發(fā)動機性能測試系統(tǒng)開發(fā)與測試

1、目錄第一章 緒論21.1 課題研究的意義21.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀31.3 本課題的研究任務(wù)4第二章 虛擬儀器技術(shù)52.1 虛擬儀器概念52.1.1 虛擬儀器的定義52.1.2 虛擬儀器的特點52.2 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)62.2.1硬件部分62.2.2 軟件部分72.3 虛擬儀器的開發(fā)品臺labview82.3.1labview的概述82.3.2 labview的優(yōu)點102.3.3 labview的應(yīng)用112.4 虛擬儀器的發(fā)展112.5 本章小結(jié)123.1 測試系統(tǒng)的功能及設(shè)計要求133.1.2測試系統(tǒng)的整體設(shè)計要求133.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計方案13軟件平臺的選擇14第四章 軟件模塊的設(shè)計與編寫

2、144.1檢測系統(tǒng)的總體框架設(shè)計144.2登陸界面程序的編寫與設(shè)計144.3 主演示界面程序的設(shè)計與編寫154.4怠速性能測試程序模塊的設(shè)計與編寫164.5負荷/萬有特性測試程序模塊的設(shè)計與編寫18第五章 總結(jié)與展望195.1總結(jié)195.2 課題展望20第一章 緒論1.1 課題研究的意義 隨著時代的進步，汽車已然成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡拇焦ぞ?，隨著具名生活水平的不斷提高，我國汽車的保有量越來越大。在此同時，人們對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)

3、注。汽車的核心發(fā)動機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。因而對發(fā)動機性能的檢測成為了當(dāng)今汽車行業(yè)評估汽車性能的重要手段，同時也是最科學(xué)的依據(jù)。在檢測過程中，我們要對運行中的發(fā)動機進行詳細的檢測、分析，從而得出發(fā)動機的綜合性能指標。所以我們他需要開發(fā)出一種檢測系統(tǒng)，能夠準確的測出發(fā)動機的性能。 傳統(tǒng)的發(fā)動機測試系統(tǒng)存在著許多的不足之處，功能相對比較的單一，效率也不怎么的高，要求硬件設(shè)備多，價格的昂貴，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)備的可擴展性和可升級性相對的比較差。從這就可以看出，傳統(tǒng)的設(shè)備部能從系統(tǒng)的角度開展綜合測試，使得實驗數(shù)據(jù)沒法得到良好的

4、利用。自20世紀90年代來，隨著計算機技術(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，擴展性強，開發(fā)的周期相對短且維護方便。1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀這些年來，隨著計算機技術(shù)，傳感器技術(shù)，自動化控制技術(shù)以及電子技術(shù)的告訴反戰(zhàn)，汽車發(fā)動機的測試技術(shù)水平也在不斷的提高。早起的檢測技術(shù)主要采用手動檢車和自動檢測相結(jié)合的方法，但缺點眾多：自動化程度偏低，測量精度低，實時性差。于是逐漸的被微機化的測試系統(tǒng)所代替，所謂的微機化測試系統(tǒng)就是以微機或單片機作為測試系統(tǒng)的控制單元，從而使系

5、統(tǒng)具有了多數(shù)據(jù)存儲，運算，邏輯判斷以及自動化操作等功能，具有一定的智能。同時虛擬儀器技術(shù)也越來越多的被人們應(yīng)用于發(fā)動機測試系統(tǒng)中，使得測試系統(tǒng)的簡化度大大提高，系統(tǒng)的可維護性也有了較大的改善。目前國內(nèi)各個高級院校及汽車公司對于虛擬儀器技術(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)動測試方面得到了較為普遍的應(yīng)用。但國內(nèi)許多新開發(fā)的測試系統(tǒng)大都屬于微機化系統(tǒng)，同時結(jié)合電子技術(shù)、自動控制技術(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)動機電子燃油棚舍系統(tǒng)太假測試儀，主要用于單點電控噴油的研究，對于發(fā)動機的油料進行光譜分析；先交通大學(xué)

6、則是對發(fā)動機燃燒過程的優(yōu)化控制新判-離子電流實施研究；清華大學(xué)用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建了一套用來檢測汽車發(fā)動機性能的出廠檢測系統(tǒng)，檢測發(fā)動機的綜合性能。他們各自從不同的角度對發(fā)動機的測試技術(shù)做了不同方面的研究。隨著汽車和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，更為全面、更為有效的虛擬發(fā)動機分析儀器測試系統(tǒng)將會在汽車發(fā)動機測試領(lǐng)域有的較為廣闊的應(yīng)用前景。在國外的發(fā)達國家中，已經(jīng)普遍的出現(xiàn)了由高新技術(shù)該機和完善的汽車發(fā)動機測試設(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。這些測試系統(tǒng)一般都有精度高、操作簡單、實時性好等其他的特點。但是這種系統(tǒng)還是存在缺點的：它的通用性比較差、整合度不高、軟件開發(fā)周期長

7、，隨著虛擬儀器技術(shù)的廣泛應(yīng)用，這些缺點正逐漸的被克服。例如美國大熊公司的BEAR-200，BEAR-400型全電腦發(fā)動機檢測診斷系統(tǒng)，德國的西門子公司開發(fā)的CSAT系統(tǒng)，奧地利AVL公式研制開發(fā)的PUMA-ISAC系統(tǒng)，德國博世公司退出的FSA6000型發(fā)動機綜合檢測儀等都顯示出了當(dāng)代先進的科學(xué)技術(shù)。雖然當(dāng)前我們國家在發(fā)動機測試技術(shù)和設(shè)備上取得了較大的進展，但是在系統(tǒng)的可靠性、簡潔性、技術(shù)含量等方面還有較大的改進空間。而國外的這一系列相關(guān)的產(chǎn)品品質(zhì)雖然很高服務(wù)也很好，但是在價格方面通常比國內(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)理論知識的前提下，結(jié)合傳感

8、技術(shù)、動態(tài)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信號處理技術(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)動機性能測試系統(tǒng)，在這個平臺上建立良好的圖形界面，建立數(shù)據(jù)收集，信號控制，數(shù)據(jù)分析模塊，實現(xiàn)試驗臺自動控制以及數(shù)據(jù)自動分析和存儲。 1.熟悉labview軟件，建立一些模擬信號資源。 2.了解目前國內(nèi)外發(fā)動機性能測試系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，建立測試系統(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，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)測試系統(tǒng)的軟件平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、處理、分析等功能。 5.完成一些典型信號的處理與分析。 6.測試系統(tǒng)的調(diào)試與完善。

9、在系統(tǒng)整合之后，有針對性的進行系能測試，找出其不足之處進行完善。 本課題研究是以計算機為核心的，利用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺和labview編程環(huán)境進行編程，實現(xiàn)功能，人機界面的生成。該測試系統(tǒng)的重點在于軟件部分，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)計出有效的，簡潔的，人機界面直觀的，操作方便的數(shù)據(jù)采集處理的顯示平臺。 第二章 虛擬儀器技術(shù)2.1 虛擬儀器概念2.1.1 虛擬儀器的定義一般的測量儀器都是有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示這三個部分組成的。在傳統(tǒng)的測試儀器中，這三個部分都完全由硬件來實現(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現(xiàn)智能化，但是仍然

10、需要硬件的支持。在這種狀況下一單儀器被定型之后，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；二是單一的一臺儀器的功能有限，如果要完成復(fù)雜的測試任務(wù)，就會需要多臺不同的儀器同時進行工作，從另外一方面也造成了資源的浪費。對于上述的情況，提出的虛擬儀器的概念。所謂的虛擬儀（Virtual Instruments簡稱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試、測量等一些其他的應(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試需求。這個也是NI近幾十年來能夠始終引領(lǐng)測試、測量行業(yè)發(fā)

11、展趨勢的原因所在。因而只有同時擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件以及用于集成的軟硬件平臺這三個組成部分，才能有效發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢：性能高、開發(fā)周期短、擴展性強以及集成度高。虛擬儀器的實質(zhì)就是利用計算機顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制界面，同時以多種形式來表達輸出檢測的結(jié)果，運用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)對信號數(shù)據(jù)的運算、分析與處理，再利用一些接口設(shè)備完成對信號的測量、采集與分析，來完成測試需求的一套計算機儀器系統(tǒng)。2.1.2 虛擬儀器的特點虛擬儀器作為一種新型的測試方法，它具有許多其他測試儀器所不具備的特點，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，對于不同的系統(tǒng)主要差別在于它的軟

12、件部分；（2）它的數(shù)據(jù)處理能力十分的強大，原因在于其充分利用了計算機強的計算處理功能。（3）用戶可以根據(jù)自己的實際需求來定義、設(shè)計來避免儀器中出現(xiàn)不需要的功能，實現(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。實現(xiàn)發(fā)動機性能參數(shù)中信號的處理分析。由于本系統(tǒng)在信號采集方面利用的虛擬信號，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。一般的虛擬儀器測試系統(tǒng)中，它的傳感器、信號調(diào)理設(shè)備和數(shù)據(jù)采集卡有硬件實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示由軟件來完成。這樣，在時間測量過程中，只需要使用少量的硬件進行數(shù)據(jù)采集，而剩余的工作則由軟件來完

13、成。而且這樣的測試系統(tǒng)中的硬件設(shè)施大多都是通用設(shè)備，只要改變應(yīng)用軟件就可以得到新的測量儀器。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)備主要包括測試發(fā)動機、信號采集裝置、計算機測控以及顯示系統(tǒng)。該發(fā)動機的虛擬測試系統(tǒng)所用的信號傳感器、數(shù)據(jù)采集卡以及虛擬軟件均可由用戶自己來根據(jù)實際的需求來自由地組合。計算機管理著虛擬儀器的硬件資源，是虛擬儀器的硬件基礎(chǔ)。計算機在顯示、數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡(luò)通訊、總線標準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試系統(tǒng)的最前端，是與發(fā)動機直接接觸的，其性能對于整個測試系

14、統(tǒng)的影響是最大的，所以在選用時應(yīng)注意選用高精度、高靈敏度的傳感器。而且，由于測試的參數(shù)不同具體用的傳感器也不同，如：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的檢測轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，溫度檢測熱電阻傳感器。2.信號調(diào)理設(shè)備由于測試所用的傳感器不同，其輸出的信號類型、性質(zhì)也不盡相同，在實際運作過程中還存在著一些干擾信號，如果不加任何處理來改善，直接接到數(shù)據(jù)采集卡中會造成信號的失真，嚴重的情況還是對數(shù)據(jù)采集卡造成損害。因此在傳感器信號輸入采集卡之前，應(yīng)根據(jù)采集卡的特性對各種傳感器的輸出信號進行必要的先行處理，讓信號電壓在采集卡的輸入范圍內(nèi)同時濾除信號中的一些干擾波，盡量保證系統(tǒng)所采集到的是無失真的信號。3.數(shù)據(jù)采集卡在信號經(jīng)由信號調(diào)理

15、之后，在傳輸?shù)接嬎銠C上進行分析處理，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設(shè)備等模擬與數(shù)字被測單元中自動采集費電量或電信號，送到上位機中進行分析、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)將各路信號輪流切換進入的采集信號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信號在某一瞬間的值，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幅值的量化。4.計算機在整個測試系統(tǒng)中，計算機作為其核心配置，在整個系統(tǒng)運行過程種豆離不了計算機的控制。在本次課題所編程開發(fā)的發(fā)動機性能測試系統(tǒng)中

16、，它的操作平臺選用的是計算機，而沒有使用開干擾與可靠性很強的工業(yè)控制計算機，這里的原因是工業(yè)控制計算機適用于相對成熟、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。同時還有一個原因就是當(dāng)今普通的計算機價格比較低，而且存儲能力，軟件可開發(fā)能力都比較的強，通用性好，性價比相對的比較高，有利于系統(tǒng)的調(diào)試完善。綜合考慮課題的實際需求和目的，還是普通計算機更具有實用性。2.2.2 軟件部分1.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、儀器驅(qū)動程序、應(yīng)用程序三部分。VISA庫是標準的I/O函數(shù)及其相關(guān)規(guī)范的總稱，是一個可調(diào)用的操作函數(shù)集，主要用

17、于實現(xiàn)計算機與儀器間的軟件方面的連接。儀器驅(qū)動程序是應(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和使用的程序，應(yīng)具有良好的操作界面和強大的數(shù)據(jù)分析、處理能力。2.軟件功能該發(fā)動機性能測試系統(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：對讀取的數(shù)據(jù)進行分析、處理和存儲；信號控制：實現(xiàn)即時信號的控制。3.軟結(jié)構(gòu)規(guī)劃由于系統(tǒng)進行以下幾個方面的測試：怠速測試、負荷特性測試以及萬有特性測試，所以軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計也是根據(jù)這幾個方面的測試進行對應(yīng)設(shè)計的。2.3 虛擬儀器的開發(fā)品臺labview2.3.1labview的概述labview（Laboratory Virtua

18、l Instrument Engineering Workbench）是美國國家儀器公司（National Instrument,簡稱NI）開發(fā)的一個具有強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)測試、信號處理、仿真、監(jiān)控等領(lǐng)域，被公認為標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。labview是一種圖標代替文本創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，簡稱“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

19、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。用戶界面在labview中被稱之為前面板。使用圖標和連線，可以通過編寫程序?qū)η懊姘迳系目丶ο筮M行控制。這個就是圖形化源代碼。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。前面板上的每個控件對應(yīng)到程序框圖中的一個對象，當(dāng)數(shù)據(jù)“流向”該控件時，控件就會根據(jù)各自的特性以一定的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)，例如波形圖，布爾開關(guān)。labview程序被稱為VI，機虛擬儀器，是因為它的很多界面控件與操作都模擬了現(xiàn)實的儀器，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

20、函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲等。這些工具都是向?qū)降墓ぞ撸脩糁恍枰凑仗崾揪涂梢詫崿F(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)，因為這些函數(shù)都是以圖表和名稱形式存放于面板中的，當(dāng)需要用到某個函數(shù)時把它從函數(shù)面板上拖放到程序框圖中就好了。這個方面就體現(xiàn)了圖形化的優(yōu)勢。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象；而顯示量則是模擬儀器的

21、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。程序框圖中編寫的程序源代碼，在程序框圖中對VI進行編程，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Expr

22、ess VI，主要用于構(gòu)建程序框圖中的對象?？丶０搴秃瘮?shù)模板中的對象分別按不同類型被安排在不同的子模板中。圖標和連接器是指VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個VI可以作為子程序被其他VI調(diào)用。圖標和連接器在這里相當(dāng)于是圖形化的參數(shù)。 圖2.1 函數(shù)模板、控件模板、工具模板2.3.2 labview的優(yōu)點選擇labview作為開發(fā)測試的應(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，同時它所提供的工具會使創(chuàng)建測試以及測量應(yīng)用變得根偉的輕松自在。labview

23、軟件的具體優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）提供了豐富的控件，同時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)奸的編譯器會在用戶編寫程序的同時在后臺自動完成相關(guān)的編譯。當(dāng)用戶在編寫程序的過程中一旦出現(xiàn)錯誤，它就會立即顯示出來。（3）數(shù)據(jù)流模型的采用實現(xiàn)了自動的多線程，從而能充分利用處理器的能力。（4）通過DLL、CIN節(jié)點、ActiveX、NET及MATLAB腳本節(jié)點等技術(shù)，就可以輕松實現(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、動態(tài)鏈接庫或者安裝包。（6）labview提供了大量的驅(qū)動程序與專用工具，幾乎能夠與任何接口的硬

24、件連接。（7）labview內(nèi)建立了600多個分析函數(shù)，用來處理函數(shù)，分析數(shù)據(jù)。（8）NI也同時提供了豐富的附加模塊，用于擴展labview在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用。2.3.3 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)在以下幾個方面：1.自動化測試與測量平臺在測試和測量方面，labview已經(jīng)成為這個領(lǐng)域的工業(yè)標準，它提供的許多的開發(fā)工具是繁冗復(fù)雜的測試和測量任務(wù)變得簡易。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)成實際的數(shù)據(jù)采集系

25、統(tǒng)。labview的儀器驅(qū)動程序庫是工業(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，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 LabVIEW提供了功能強大的高級數(shù)據(jù)分析庫，包括統(tǒng)計、估計、回歸分析、線性代數(shù)、信號生成算法、時域和頻域算法等科學(xué)計算模塊，可以滿足大多數(shù)的計算和分析需要。在聯(lián)合時域分析、小波和數(shù)字濾波器設(shè)計等高級或特殊分析領(lǐng)域，LabVIEW也提供了專門的附加軟件包。3.原型設(shè)計平臺LabVIEW還可以利用高效的設(shè)計應(yīng)用、仿真、以及仿真數(shù)據(jù)與真實測量之間進行比較。將LabVIEW和測量工具集成至附加的設(shè)計和仿真工具

26、中，就可以在設(shè)計過程輕松的將真實世界的測試工具與仿真模型進行比較，找出設(shè)計環(huán)節(jié)中的缺陷，從而可以減少設(shè)計反復(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)動程序標準化、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算機的測試系統(tǒng)的性能，VXI標準被制定并且作為計算機化儀器的一個重要發(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算機屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入標注的VXI機箱，再與計算機連接，組成一個測試系統(tǒng)。但是VXI儀器價格昂貴，無法實現(xiàn)

27、大面積推廣。為了解決這個問題，NI公司推出了一種價格較為便宜的PXI(面向儀器的PCI擴展，PCI e X tensions for Instrumentation)標準儀器。PXI在堅固的模塊化結(jié)構(gòu)中結(jié)合了高速度、高性能的PCI(Peripheral Component Interconnect)總線和高級定時及觸發(fā)特性。使用PXI系統(tǒng)不僅能實現(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)和面向儀器擴展的工業(yè)化堅固結(jié)構(gòu)，PXI提供完整的基于PC的平臺，而且這種平臺為高性能測量和自動化解決方案進行了優(yōu)化設(shè)計。由于PXI是基于模塊化Compact

28、PCI 規(guī)范和高速PCI總線架構(gòu)的，使得PXI產(chǎn)品能完全和Compact PCI產(chǎn)品協(xié)同工作，并且比臺式計算機有更高的機械集成度、簡化的系統(tǒng)集成能力和更加的擴展插槽。PXI定義的針對軟件的標準進一步簡化了系統(tǒng)的集成，包括使用標準的操作系統(tǒng)架構(gòu)如Windows，以及所有外設(shè)的驅(qū)動程序。PXI模塊化、可擴展的架構(gòu)提供了一個統(tǒng)一的平臺，能把所有的測量設(shè)備、裝置和計算機集成在同一臺機箱里，并且可以很方便的擴展到多個機箱。因此，目前和今后的很長一段時間內(nèi)，PXI將是虛擬儀器中最完善的基于PC的測試平臺。2.網(wǎng)絡(luò)化儀器控制虛擬儀器研究的一個主要問題就是各種標準儀器的互連以及與計算機的連接，即儀器控制。目前

29、，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了具備強大網(wǎng)絡(luò)通信功能的遠程虛擬儀器，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Data Socket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)上實現(xiàn)高速實時數(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牙（Blue Tooth）、無線及其它標準融合的網(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)計分布式系統(tǒng)之間的定時和同步關(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)本章相對比較詳細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。同時又對本課題所選用的虛擬儀器軟件的

30、開發(fā)平臺LabVIEW及其編程的特點與軟件的構(gòu)成進行了比較詳細的介紹和說明。然后介紹了LabVIEW主要應(yīng)用的幾個方面，最后指出了虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展趨勢。第三章 測試系統(tǒng)的總體設(shè)計思路 一般的汽車發(fā)動機性能測試系統(tǒng)涉及的范圍比較廣，設(shè)計也相對比較復(fù)雜。所以在具體設(shè)計前，我們應(yīng)該對我們所設(shè)計的系統(tǒng)做一個了解，分析我們這個系統(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)計出我們所需要的系統(tǒng)。3.1 測試系統(tǒng)的功能及設(shè)計要求3.11系統(tǒng)的功能一般情況下，通常的汽車發(fā)動機系能測試是檢測運行中發(fā)動機的各項參數(shù)，來了解發(fā)動機的一些特性，來評價這個發(fā)動機的性能是否優(yōu)良。基于這些情況，本課題的測試系

31、統(tǒng)做了以下幾個方面的測試：1.怠速性測試 該測試主要針對汽車發(fā)動機的一些基本性能參數(shù)，例如發(fā)動機怠速時的轉(zhuǎn)速，燃油消耗量，排氣溫度等。2.負荷特性測試 該測試是用于測試發(fā)動機的負荷特性，通過負荷特性可以直觀的顯示出發(fā)動機在相同的轉(zhuǎn)速，不同的負荷下運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性以及排氣溫度等參數(shù)，這些是比較發(fā)動機性能的依據(jù)。3.萬有特性測試 該測試和負荷特性測試有一定的關(guān)聯(lián)，萬有特性測試就是多個負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)動機在各種工況性能。3.1.2測試系統(tǒng)的整體設(shè)計要求1. 該測試系統(tǒng)應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性與可靠性來保證測試實驗的質(zhì)量。2. 該測試系統(tǒng)要求巨白強大的數(shù)據(jù)處理和

32、分析能力，能夠分析計算采集到的各項參數(shù)。3. 該測試系統(tǒng)應(yīng)具備較好的實時性來顯示發(fā)動機性能參數(shù)的變化。4. 該測試系統(tǒng)應(yīng)具備較好數(shù)據(jù)顯示功能。5. 該測試系統(tǒng)應(yīng)具備界面直觀友好，操作簡單。3.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計方案 整個系統(tǒng)分為硬件和軟件兩個部分。 硬件方面由于條件限制，本設(shè)計主要針對的是模擬信號的處理，對硬件不做過多的闡述。 軟件方面，本設(shè)計是針對模擬信號進行處理的，軟件是設(shè)計中的重中之重。所以軟件在編寫過程要考慮以下幾個方面：(1)針對性 應(yīng)根據(jù)本系統(tǒng)的實際檢測要求和系統(tǒng)特性來設(shè)計。對于本系統(tǒng)，應(yīng)遵照各個子系統(tǒng)的測試要求及相關(guān)試驗規(guī)范有針對性的設(shè)計該發(fā)動機的相關(guān)軟件及測試過程。 (2)可操

33、作性在程序的設(shè)計及開發(fā)過程中應(yīng)盡量減少對操作人員的專業(yè)技能要求,盡可能做到使操作人員簡單明了,不用太長時間培訓(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)計時應(yīng)盡量采用模塊化的設(shè)計，這樣在軟件的調(diào)試和修改時會非常方便。同時，在程序設(shè)計時應(yīng)有錯誤診斷程序，可以使程序具有自動識錯功能，在程序出錯時及時進行處理。軟件平臺的選擇 該系統(tǒng)是基于LabVIEW的汽車發(fā)動機性能測試。對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。軟件平臺的選擇是軟件開發(fā)的前提?；趦?yōu)秀的軟件平臺，進而就能在短時間內(nèi)開發(fā)出實用性

34、強、界面友好、效率高和操作簡單的應(yīng)用程序。所以在這里選用labview作為開發(fā)的軟件平臺。第四章 軟件模塊的設(shè)計與編寫4.1檢測系統(tǒng)的總體框架設(shè)計軟件是一個檢測系統(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。4.2登陸界面程序的編寫與設(shè)計 登陸界面有一個whlie循環(huán)結(jié)構(gòu)個事件結(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入測試系統(tǒng)。當(dāng)成功登陸后，登錄結(jié)果界面中會顯示：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。 圖41 登陸界面源程序 圖42 登陸界面前面板4.3 主演示界面程序的設(shè)計與編寫 本次畢業(yè)設(shè)計的題目是基于虛擬儀器技術(shù)的汽車發(fā)

35、動機性能測試系統(tǒng)的設(shè)計，主要包括了怠速性測試，負荷特性萬有特性測試。每個部分單獨設(shè)計，經(jīng)過反復(fù)運行調(diào)試，在確定沒有錯誤的前提下，對三個測試模塊進行集成，并配以操作界面，形成了發(fā)動機性能測試系統(tǒng)的主界面。主界面讓人看過之后一目了然，便于進行查看。當(dāng)按停止按鈕時，退出發(fā)動機測試系統(tǒng)的總體設(shè)計界面。主演示界面的前面板與源程序框圖分別如圖43、44所示。 圖43 主演示面的前面板 圖44 主演示面的源程序4.4怠速性能測試程序模塊的設(shè)計與編寫一般的發(fā)動機怠速性能會受到發(fā)動機的工作溫度影響，影響其使用性能、動力性、排放性、可靠性等。而燃料的消耗量則直接影響發(fā)動機的經(jīng)濟性能。當(dāng)發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速不同時，

36、它的工作溫度，燃料的消耗量也會隨之變化。因此在發(fā)動機怠速性能測試中對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、溫度、燃料消耗量這些基本性能進行測試紙這個模塊的重要部分。發(fā)動機怠速性能測試模塊的前面板與源程序的設(shè)計分別如圖45、圖46所示。 圖45怠速性能測試前面板 圖46怠速性能測試源程序 采集的信號直接通過波形圖表顯示出來，這里的轉(zhuǎn)速信號是通過信號生成建立的一個模擬信號，通過建立一個怠速調(diào)整螺母來調(diào)整建立信號的頻率，從而改變發(fā)動機怠速時的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過公式計算直接在波形圖表中顯示實時的值，當(dāng)中的轉(zhuǎn)速傳感器信號是直接顯示的速度傳感器的輸出的一個信號，可以直觀的了解其信號變化。在這之后設(shè)置了一個轉(zhuǎn)速預(yù)警裝置，一般的對于

37、汽車發(fā)動機怠速運轉(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，前面板上的轉(zhuǎn)速預(yù)警等會亮。燃料消耗量同樣是通過波形圖顯示出來的這里設(shè)置了一個提示燈，當(dāng)發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時它的燃油消耗量超過4l/h時，面板上的油耗指示燈會亮，提示油耗超過了系統(tǒng)的設(shè)定值。說明當(dāng)前的怠速運轉(zhuǎn)時的燃油消耗量不具有良好的經(jīng)濟性。溫度則是通過溫度計和數(shù)值方式顯示的，在其后面還設(shè)置了一個警報裝置，通過對濾波后的信號進行加窗以減小或抑制泄露，然后通過數(shù)學(xué)概率與統(tǒng)計統(tǒng)計，統(tǒng)計采集到的信號的最大值和最小值，當(dāng)最大值大于70度時對其實施報警，報警時間持續(xù)為20ms。4.5負荷/萬有特性測試程序模塊的設(shè)計與編寫發(fā)動機的負荷特性和萬有特性都是用來描述發(fā)動機在某種工況下的性能，需要測試它的轉(zhuǎn)速、燃油消耗量、進氣量、排氣溫度以及扭矩，通過處理得出負荷與