基于虛擬儀器的汽車檢測儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引 言
汽車產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)增長的一個(gè)亮點(diǎn)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車檢測經(jīng)歷了人工檢驗(yàn)、簡單儀器儀表測量、電腦控制的自診斷系統(tǒng)和專用的故障診斷儀等階段。這些檢測手段不同程度地存在著操作復(fù)雜、穩(wěn)定性差、檢測效率低、檢測誤差大等缺點(diǎn)。電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車上的普及運(yùn)用，對汽車售后維修服務(wù)提出了更高要求，促使在汽車的故障診斷中采用更多的快速、簡便和智能化儀器，要求檢測儀器實(shí)時(shí)采集和反映汽車工況的技術(shù)數(shù)據(jù)或曲線，以此來進(jìn)行汽車故障的診斷。近年來，國內(nèi)外很多公司和高校把虛擬儀器技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)和科研中，取得了一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。虛擬儀器相對于傳統(tǒng)儀器具有以下優(yōu)勢：(1)儀器功能由用戶自行定義；(2)豐富并增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能；(3)測量穩(wěn)定性與重復(fù)性好；(4)經(jīng)濟(jì)性好；(5)系統(tǒng)構(gòu)建周期短，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。將虛擬儀器引入到汽車行業(yè)，為汽車檢測技術(shù)帶來了新的活力。
影響最大的虛擬儀器編程語言是美國NI公司的LabVEIW和LabWindoWs／CVI，還有其他基于WINDOWS操作系統(tǒng)的可視化編程工具如VB、C++、Delphi等。VB是一種非常方便的Windows應(yīng)用程序編程開發(fā)平臺(tái)，它最有力的就是快速創(chuàng)建可視化用戶界面，把復(fù)雜而完善的Windows操作系統(tǒng)的使用融于易于學(xué)習(xí)和使用的高級語言中，因而受到廣大工程技術(shù)人員的普遍歡迎。

1 虛擬式汽車檢測儀的結(jié)構(gòu)
開發(fā)的汽車檢測儀是基于數(shù)據(jù)采集卡的PC-DAQ結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成。

硬件的核心是一臺(tái)PC，I／O接口設(shè)備采用阿爾泰的PCI2006數(shù)據(jù)采集卡。該卡具有14位分辨率的A／D轉(zhuǎn)換器，提供了16(雙極)／32(單極)模擬輸入通道，輸入信號(hào)幅度可以經(jīng)程控增益放大至合適的范圍，保證最佳轉(zhuǎn)換精度；32位PCI總線，支持PCI2．2協(xié)議，即插即用；單通道400 kHz采樣頻率，偽同步采樣減少通道間的采樣時(shí)差，8 KB深度FIFO存儲(chǔ)器保證數(shù)據(jù)的完整性；軟件部分支持Windows XP系統(tǒng)下的I／O接口儀器驅(qū)動(dòng)程序，包括對VB、C++、Delphi以及LabVEIW的驅(qū)動(dòng)程序，編程使用的VB語言運(yùn)用其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序?qū)υ摽ㄟM(jìn)行數(shù)據(jù)采集的編程。
該卡主要分為4大塊：(1)模擬前端的信號(hào)輸入、調(diào)理電路；(2)對模擬輸入信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換部分；(3)基于FPGA的控制部分；(4)和上位機(jī)進(jìn)行通信的接口電路。

2 PCI2006數(shù)據(jù)采集的編程實(shí)現(xiàn)
該卡能用3種不同方式即非空查詢方式、半滿方式和中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
2．1 PCI2006的設(shè)備管理
由于驅(qū)動(dòng)程序采用面向?qū)ο缶幊?，所以要使用設(shè)備的一切功能，用CreateDevice函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備對象句柄hDevice，有了這個(gè)句柄，就擁有了對該設(shè)備的絕對控制權(quán)。然后將此句柄作為參數(shù)傳遞給其他函數(shù)，如Init-DeviceProAD可以使用hDevice句柄以程序查詢方式初始化設(shè)備的A／D部件，ReadDeviceProAD函數(shù)可以用hDe-vice句柄實(shí)現(xiàn)對A／D數(shù)據(jù)的采樣讀取，SetDeviceDO函數(shù)可用實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的輸出等。最后可以通過ReleaseDevice將hDevice釋放掉。
2．2 用非空查詢方式采集數(shù)據(jù)
有了hDevice設(shè)備對象句柄后，便可用InitDeviceProAD函數(shù)初始化A／D部件，關(guān)于采樣通道、頻率等參數(shù)的設(shè)置是由這個(gè)函數(shù)的pPara參數(shù)結(jié)構(gòu)體決定的。只需要對這個(gè)pPara參數(shù)結(jié)構(gòu)體的各個(gè)成員簡單賦值即可實(shí)現(xiàn)所有硬件參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)的初始化。然后用StartDeviceProAD啟動(dòng)A／D部件，開始A／D采樣，然后用ReadDeviceProAD_No-tEmpty反復(fù)讀取A／D數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷采樣。當(dāng)需要暫停設(shè)備時(shí)，執(zhí)行StopDeviceProAD，當(dāng)需要關(guān)閉AD設(shè)備時(shí)，ReleaseDeviceProAD便可實(shí)現(xiàn)，但設(shè)備對象hDevice依然存在。ReadDeviceProAD_NotEmpty雖然主要面對批量讀取，高速連續(xù)采集而設(shè)計(jì)，但亦可用它以單點(diǎn)或幾點(diǎn)的方式讀取A／D數(shù)據(jù)，以滿足慢速采集需要。具體執(zhí)行程序框圖如圖2所示。

2．3 用半滿方式采集數(shù)據(jù)
用StartDeviceProAD啟動(dòng)A／D部件，開始A／D采樣，接著調(diào)用GetDevStatusAD_Half函數(shù)以查詢A／D的存儲(chǔ)器FIFO的半滿狀態(tài)，如果達(dá)到半滿狀態(tài)，即可用ReadDeviceProAD_Half函數(shù)一批半滿長度(或半滿以下)的A／D數(shù)據(jù)，然后再接著查詢FIFO的半滿狀態(tài)，若有效再讀取，就這樣反復(fù)查詢狀態(tài)反復(fù)瀆取A／D數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷采樣。