虛擬儀器技術在發(fā)動機測試中的應用研究
傳統(tǒng)的內(nèi)燃機臺架實驗功能單一,測試效率低,實驗過程缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。不同廠家生產(chǎn)的設備有不同的數(shù)據(jù)記錄格式,無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)品開發(fā)周期長,設備升級能力及擴展性差,重復勞動較多,造成了較大的資源浪費。虛擬儀器技術是上世紀 90 年代初被提出并逐步付諸實現(xiàn)的。該技術利用少量的標準化硬件模塊加上功能強大的圖形化編程平臺,將計算機技術同儀器技術完美的結合起來,具有開發(fā)周期短、成本低、重復勞動少、易于應用新算法以及便于升級等特點。已在測控領域里得到了廣泛的應用。
虛擬儀器編程語言 LabWindows/CVI 是美國 NI ( National Instruments )公司利用虛擬儀器技術開發(fā)的 32 位面向計算機測控領域虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺。它以 ANSI C 為核心,將功能強大、使用靈活的 C 語言平臺與用數(shù)據(jù)采集、分析和表達的測控專業(yè)工具有機地結合起來。它的集成化開發(fā)平臺、交互式編程方法、豐富的功能面板和庫函數(shù)大大增強了 C 語言的功能,為熟悉 C 語言的開發(fā)人員建立檢測系統(tǒng)、自動測量環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境。
2 硬件系統(tǒng)的設計
系統(tǒng)的結構如圖 1 所示。整個系統(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)動機的性能參數(shù)通過傳感器轉(zhuǎn)化為相應的電信號,為了充分利用現(xiàn)有的資源,節(jié)約成本,對與轉(zhuǎn)矩和油耗等參數(shù)的測量,我們直接從測功機和油耗儀上的輸出端口引出信號線到信號調(diào)理模塊的接線端子上;第二部分為信號調(diào)理模塊和數(shù)據(jù)采集卡,其主要功能是對信號進行采樣、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算機;第三部分為計算機處理系統(tǒng),其功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、顯示、存儲以及圖表打印等。
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)良的低價位適合 PC 機及其兼容機的采集卡。它能夠完成信號采集( A/D )、數(shù)字信號的模擬輸出( D/A )以及定時 / 計數(shù)等功能;具有 8 個模擬量輸入通道、兩個模擬量輸出通道、 24 個數(shù)字量 I/O 接口、 3 個 16 位的計數(shù)器。將數(shù)據(jù)采集卡插入計算機的 PCI 插槽中。在進行數(shù)據(jù)采集卡軟件驅(qū)動前,應進行參數(shù)設置,參數(shù)設置是通過 NI 公司提供的“ Measurement Automation ”軟件實現(xiàn)的。
發(fā)動機實驗臺環(huán)境中存在著許多電磁干擾源,測試系統(tǒng)能否正常工作可靠地工作,關鍵在于有效地抑制外部噪聲。為了提高測試精度,在保證良好接地狀態(tài)的同時,將輸入信號線屏蔽,盡量縮短信號線的長度,并對轉(zhuǎn)換器采用了光電隔離技術,通過測試表明,即使不采用軟件濾波,也能達到實驗要求。
圖 1 硬件結構圖
軟件系統(tǒng)主要包括參數(shù)設置、數(shù)據(jù)采集與存儲、實驗結果顯示與打印、實驗過程演示等四大大部分組成。在此介紹各部分的功能以及實現(xiàn)方法。
3.1 參數(shù)設置部分
如圖 2 所示。由于發(fā)動機臺架實驗一般要做負荷特性、速度特性等好幾種實驗。在進入測試系統(tǒng)后,可以根據(jù)要求選擇所要做的實驗項目。為了保護實驗設備和人員安全,還可以根據(jù)不同的發(fā)動機設置轉(zhuǎn)速、機油溫度、冷卻水溫度以及排氣溫度的報警值。只要測得的實驗數(shù)據(jù)超過了所設置的報警值。就自動停機。
圖 2 參數(shù)設置面板
進入系統(tǒng)后,程序自動執(zhí)行代碼中的 ConnectToDDESevr 函數(shù),打開與數(shù)據(jù)庫的連接,以便與數(shù)據(jù)庫之間進行數(shù)據(jù)交換。在退出系統(tǒng)之前,還必須用函數(shù) DisconnectFromDDEServer 斷開與數(shù)據(jù)庫的連接。通過對數(shù)據(jù)采集卡參數(shù)的設置,確定各路信號所對應的端口號。運用 Utility Library (設置庫函數(shù))中的 Input Byte From Pot 函數(shù),從各端口讀取數(shù),并通過 ClientDDEWrite 函數(shù)將數(shù)據(jù)存儲到指定的文件中。如圖( 2 )所示,在操作面板的 Chart 圖(圖 3 右上角)上,實時地顯示出采集到的的各路數(shù)據(jù),并用不同的顏色來加以區(qū)分,使實驗人員很容易看出各個參數(shù)的變化情況。采集過程中,如果測得的某個數(shù)據(jù)超過了預先設置的報警值,系統(tǒng)立即進行聲光報警。
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