汽车专用仪器检定系统研制

应用方案

本文主要介绍采用National Instruments公司成熟的技术，开发一个汽车行业安全检测线国家部分强制性检定项目的小型精悍机动灵活，便于流动巡回检定的测试系统。

使用NI 公司的LabVIEW 图片控制工具包，IMAQ 可视化软件，研制一台以笔记本电脑为主体，插入相应的DAQ 数据采集卡，与形式多样的各种传感器组成融为一体的积木化汽车专用仪器设备检定测试系统。

介绍

长期以来，汽车行业安全检测线国家强制性检定项目,以工程车为运载工具，携带大量的各种汽车专用检定仪器，满足对汽车制造业生产第一线仪器不同参数的计量检定。

新近研制的该虚拟仪器检定、测试系统,采用美国国家仪器公司的LabVIEW 虚拟仪器软件包设计，具有页面简捷，易于操作等特点，硬件亦采用该公司配套的多功能数据采集卡，具有集成度高、性能超群、稳定性好等优点，传感器选用各国名牌公司产品(如：力传感器选用美国METTLER TOLEDO 公司产品，光电传感器选用德国DATRON公司产品，位移传感器选用德国HBM 公司产品，各传感器精度控制在0.3‰之内)，从而系统精良，数据处理可信度在同类产品中略高一筹。

LabVIEW 软件程序设计

（1） 高效快捷的设计

National Instruments 公司LabVIEW 图片控制工具包中的“Search Example”(搜索范例) 、“Solution Wizard”(解决方案向导) 栏目为用户提供了一条周密祥尽的编程思路，同时又是一种方便快捷的使用途径，许多范例举一反三，在此基础上略加改变，就可轻松地成为用户所需的素材，所以可得到事半功倍的效果。例如， 在“ FrequencyMeasurement”（频率测量）自定义数据采集解决方案向导中，加入 “Wheel Diameter Input”（车轮直径输入）功能及频率/车速换算公式，并在数据采集卡的CLKB1 端口接入德国DATRON公司光电传感器产品，在被测车轮钢圈側面粘贴反光纸，用来测量车轮的转动速率，即可制作成一台测量汽车瞬时车速的仪器。再作一些适当变换就能改编成一台高度精良的车速检定测试系统。

在编制虚拟仪器框图程序时，亦可在“Open VI”（打开虚拟仪器）中查找“Examples”（范例）“Activity”（控件）等栏目內直接取用与用户较近的现成VI子程序，在此基础上再作适当修改。这样一来可以立即引用成熟的框图程序，少走编程过程中的弯路，加速整个开发周期所用的时间。例如，汽车制动踏板力、手刹车拉力检定测试系统，采用“ Single-Point Strain Gauge Measurement” (单点应变量测量)范例，再作一些适当改编，选用美国METTLER TOLEDO 公司力传感器产品，就能变换成一台高度精良的汽车制动力检定测试系统。

虚拟仪器与单片机开发仪器相比，硬件工作量明显减轻，可节省大量选购电子元件过程，印刷电路板设计难度被简化，安装调试过程中使用的仪器大大地减少了，整个开发周期缩短许多倍。另外，仪器的可塑性很大，随时随地可按照实际情况增减功能,改进设计方案，其优越性是无比的；单片机开发的仪器使用若干年后，因为用户提出新的要求，原来设计功能不能适应变化的环境而被淘汰；虚拟仪器应用若干年后，日积月累，随时随地可以不断改进更新功能，因而越用越完善、越贴近用户；尤其是当单片机开发单台专用仪器时，开发专项新产品的设计者积累的感性认识被限制在当时的一定范筹内，从设计到变成仪器，受到时间跨度和经费支出的一定程度限制，其可靠性、稳定性常造成先天性不足，事后亦难以弥补解决。虚拟仪器的硬件、软件是常年累月地由一套机构、一个群体的智慧，是成批量的产物，其成熟性，可靠性，稳定性是不容置疑的。而且，软件中如有不满足之处，事后弥补轻而易举徒手之劳。它又是零编程设计、模块化的集成，直观性强，即使是非计算机专业对口人才，通过简单培训也能容易地进行修改。本应用方案在减少开发时间和降低成本方面的优势看来，应用LabVIEW 优越性是确切的。

（2）智能化设计

传统仪器智能化数据处理几乎是不可能的，而虚拟仪器通过內装的功能强大的信号处理软件，分析所采集到的数据，直观性极强。该软件包汉化简便，可与Office 中的Word 字处理、Excel 电子数据表方便地连结，随意自如地按照设计者的思路，进行科学计算及文字处理，储存打印输出规范化的测试、检定报告。根据需要亦可及时改进版面格式。

虚拟仪器从实用性向趣味性渗透的效果也是显而易见的，图片和声音功能的应用使得该虚拟仪器检定系统，既能达到常规的测量性能指标设计要求，又能满足进行测量检定时，人性化亲切友好的平台界面。为此，它可与图形文件相连结，从而可以图文并茂地输出各种图表文件。还可将图片制作成动画片，再根据使用场景配音，发挥男、女、老、幼各自语音的魅力，制作丰富多彩，生动活泼的画面来衬托常规的告示，故障报警等，从而使其更具有亲切友好的人性味，使用户感觉到它不仅是一台测试仪器，而且是一位趣味横生的“伙伴”。当测试、检定过程中遇到问题时，根据场景专门增设了热情洋溢的提示，使您恍然大悟，倍受鼓舞；页面报警显示一目了然，使你思量无暇感叹万分；当测试完成后，天真活泼的卡通图片与娓娓动听的语言，使您进入心旷神怡情真意切的境地。然而即便如此，使用时间长久后，用户也会感到厌倦发腻。好在计算机硬盘的容量迅猛发展，不必为硬盘的容量不足而担忧，为此制作丰富多彩的新潮图片、动画片和语音，供不同层次的用户选择，并用随机排序方式输出，从而避免了单调贬味的感觉。

文件输入输出功能巧妙应用，为用户学习使用该虚拟仪器提供方便，可以从帮助栏内查阅相关的性能指标、简明扼要的使用方法以及技术服务等内容。

总而言之，尽力避免闲置NI 产品各种不同类型的功能，充分发挥潜力能够做出尽善尽美的仪器。

（3）灵活善变的输入输出设计

虚拟仪器使用范围极其广泛，传感器的种类数不胜数，联结件形状千姿百态，而且大多数是原装的标准件，可连接到相关系列产品的常规仪器上，“残忍地”对它宰一刀，统一换成一种形状的连接件亦不现实。如果为了兼容把形式多样的插座制作在一块接口板上，恐怕要设计一块比虚拟仪器尺寸大若干倍的“ 海量 ”接口板，才能勉强应付。

为此，我们采用两种方案来弥补上述缺陷：

1. 虚拟仪器上配置最常用的典型插座，设计在多块印刷电路板上，从而免去传统工艺中与仪器机箱间乱如蛛网的连接线，并且直接插到输入、输出卡槽内，而且可根据不同需要自由组合。

2. 若传感器无法直接与虚拟仪器的任何一块接口板相连接，则在仪器与传感器之间用专用连接插头线过渡。因此，较好地解决了传感器与虚拟仪器间连接问题。虚拟仪器得心应手地构建了用户自己定义的测量方案，真正地把心想事成变为现实。

精益求精，自我完善

Natinal InstrumentsLabVIEW 软件是一种新型的语言结构，与市面上常见的Microsoft Visual Basic软件相比显得更方便、更易学。但它毕竟是一种语言，需要花费一定的时间掌握它、用好它、精通它，必然要耗费大量的精力。为此，建议对第一次使用的新用户，应该适当地增加培训时间，培训费亦可计入软件成本，才能更快更好地得到推广应用。笔者是一位从事非标仪器硬件设计的工程技术人员，从对NI 虚拟仪器软件一无所知到真正投入最初阶段似懂非懂地应用，化成去了3 ~ 6个月的时间，如果要进一步深入学习，预计还要耗费1 ~ 2 年时间。

外语和本国的母语相比，毕竟存在着语言理解上的差距，往往采用上机反反复复试验的方法来加深理解。若能提供中文信息资料，使用的效果将会更快、更好、更确切。广告词中的“ …… 几秒钟內生成应用程序”应该是极个别软件制造商或是精通该软件的人士。这种舆论误导使得领导层对使用NI 产品的工程技术人员压力太大。有些常规的功能，如Reset（仪器复位） 、 Zero （零位显示） 、Clear（总清） 、Add（累加和） 、Select （功能选择） 、 Manual/Auto （手动的/自动的） 、Start（测量开始） 、Stop（测量停止） 、Calibration（准确度校准） 、Print（打印） 、Plot（绘图） 等几乎大多数仪器都会用到，应当提供成熟的编程范例，使用户取之即用立竿见影的效果。

笔者在使用中，曾为力传感器输出某一不确定值作为零点（如：电子秤上放置随意大小轻重不一的托盘之后，作为零点），然后再进行测量计算费尽心血，而且自己至今感觉效果不理想。虚拟仪器面板上的控制元件图形，与迅猛发展的时代潮流相比，显得不够入伍，建议尽快地推出更新、更美、更柔和的图形图案，并开放用户图形图案界面，由用户创意新器件来补充图库。

National Instruments公司的软件、硬件性能超群，这是无与伦比的，但是比同类产品的价格贵许多，这就限制了普及推广应用。薄利多销是占领市场份额关键所在，因经济因素使得忠实而信赖的用户被无可奈何地跑掉，实在令人触景伤情！是否可以换一种思维方法来改变现状。