汽車專用儀器檢定系統(tǒng)研制

　　應(yīng)用方案

　　使用NI 公司的LabVIEW 圖片控制工具包，IMAQ 可視化軟件，研制一臺(tái)以筆記本電腦為主體，插入相應(yīng)的DAQ 數(shù)據(jù)采集卡，與形式多樣的各種傳感器組成融為一體的積木化汽車專用儀器設(shè)備檢定測(cè)試系統(tǒng)。

　　介紹

　　長(zhǎng)期以來(lái)，汽車行業(yè)安全檢測(cè)線國(guó)家強(qiáng)制性檢定項(xiàng)目,以工程車為運(yùn)載工具，攜帶大量的各種汽車專用檢定儀器，滿足對(duì)汽車制造業(yè)生產(chǎn)第一線儀器不同參數(shù)的計(jì)量檢定。

　　新近研制的該虛擬儀器檢定、測(cè)試系統(tǒng),采用美國(guó)國(guó)家儀器公司的LabVIEW 虛擬儀器軟件包設(shè)計(jì)，具有頁(yè)面簡(jiǎn)捷，易于操作等特點(diǎn)，硬件亦采用該公司配套的多功能數(shù)據(jù)采集卡，具有集成度高、性能超群、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，傳感器選用各國(guó)名牌公司產(chǎn)品(如：力傳感器選用美國(guó)METTLER TOLEDO 公司產(chǎn)品，光電傳感器選用德國(guó)DATRON公司產(chǎn)品，位移傳感器選用德國(guó)HBM 公司產(chǎn)品，各傳感器精度控制在0.3‰之內(nèi))，從而系統(tǒng)精良，數(shù)據(jù)處理可信度在同類產(chǎn)品中略高一籌。

　　LabVIEW 軟件程序設(shè)計(jì)

　　(1) 高效快捷的設(shè)計(jì)

　　National Instruments 公司LabVIEW 圖片控制工具包中的“Search Example”(搜索范例) 、“Solution Wizard”(解決方案向?qū)? 欄目為用戶提供了一條周密祥盡的編程思路，同時(shí)又是一種方便快捷的使用途徑，許多范例舉一反三，在此基礎(chǔ)上略加改變，就可輕松地成為用戶所需的素材，所以可得到事半功倍的效果。例如， 在“ FrequencyMeasurement”(頻率測(cè)量)自定義數(shù)據(jù)采集解決方案向?qū)е?，加?“Wheel Diameter Input”(車輪直徑輸入)功能及頻率/車速換算公式，并在數(shù)據(jù)采集卡的CLKB1 端口接入德國(guó)DATRON公司光電傳感器產(chǎn)品，在被測(cè)車輪鋼圈側(cè)面粘貼反光紙，用來(lái)測(cè)量車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，即可制作成一臺(tái)測(cè)量汽車瞬時(shí)車速的儀器。再作一些適當(dāng)變換就能改編成一臺(tái)高度精良的車速檢定測(cè)試系統(tǒng)。

　　在編制虛擬儀器框圖程序時(shí)，亦可在“Open VI”(打開虛擬儀器)中查找“Examples”(范例)“Activity”(控件)等欄目?jī)?nèi)直接取用與用戶較近的現(xiàn)成VI子程序，在此基礎(chǔ)上再作適當(dāng)修改。這樣一來(lái)可以立即引用成熟的框圖程序，少走編程過(guò)程中的彎路，加速整個(gè)開發(fā)周期所用的時(shí)間。例如，汽車制動(dòng)踏板力、手剎車?yán)z定測(cè)試系統(tǒng)，采用“ Single-Point Strain Gauge Measurement” (單點(diǎn)應(yīng)變量測(cè)量)范例，再作一些適當(dāng)改編，選用美國(guó)METTLER TOLEDO 公司力傳感器產(chǎn)品，就能變換成一臺(tái)高度精良的汽車制動(dòng)力檢定測(cè)試系統(tǒng)。

　　虛擬儀器與單片機(jī)開發(fā)儀器相比，硬件工作量明顯減輕，可節(jié)省大量選購(gòu)電子元件過(guò)程，印刷電路板設(shè)計(jì)難度被簡(jiǎn)化，安裝調(diào)試過(guò)程中使用的儀器大大地減少了，整個(gè)開發(fā)周期縮短許多倍。另外，儀器的可塑性很大，隨時(shí)隨地可按照實(shí)際情況增減功能,改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，其優(yōu)越性是無(wú)比的;單片機(jī)開發(fā)的儀器使用若干年后，因?yàn)橛脩籼岢鲂碌囊?，原?lái)設(shè)計(jì)功能不能適應(yīng)變化的環(huán)境而被淘汰;虛擬儀器應(yīng)用若干年后，日積月累，隨時(shí)隨地可以不斷改進(jìn)更新功能，因而越用越完善、越貼近用戶;尤其是當(dāng)單片機(jī)開發(fā)單臺(tái)專用儀器時(shí)，開發(fā)專項(xiàng)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者積累的感性認(rèn)識(shí)被限制在當(dāng)時(shí)的一定范籌內(nèi)，從設(shè)計(jì)到變成儀器，受到時(shí)間跨度和經(jīng)費(fèi)支出的一定程度限制，其可靠性、穩(wěn)定性常造成先天性不足，事后亦難以彌補(bǔ)解決。虛擬儀器的硬件、軟件是常年累月地由一套機(jī)構(gòu)、一個(gè)群體的智慧，是成批量的產(chǎn)物，其成熟性，可靠性，穩(wěn)定性是不容置疑的。而且，軟件中如有不滿足之處，事后彌補(bǔ)輕而易舉徒手之勞。它又是零編程設(shè)計(jì)、模塊化的集成，直觀性強(qiáng)，即使是非計(jì)算機(jī)專業(yè)對(duì)口人才，通過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)也能容易地進(jìn)行修改。本應(yīng)用方案在減少開發(fā)時(shí)間和降低成本方面的優(yōu)勢(shì)看來(lái)，應(yīng)用LabVIEW 優(yōu)越性是確切的。

　　(2)智能化設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)儀器智能化數(shù)據(jù)處理幾乎是不可能的，而虛擬儀器通過(guò)內(nèi)裝的功能強(qiáng)大的信號(hào)處理軟件，分析所采集到的數(shù)據(jù)，直觀性極強(qiáng)。該軟件包漢化簡(jiǎn)便，可與Office 中的Word 字處理、Excel 電子數(shù)據(jù)表方便地連結(jié)，隨意自如地按照設(shè)計(jì)者的思路，進(jìn)行科學(xué)計(jì)算及文字處理，儲(chǔ)存打印輸出規(guī)范化的測(cè)試、檢定報(bào)告。根據(jù)需要亦可及時(shí)改進(jìn)版面格式。

　　虛擬儀器從實(shí)用性向趣味性滲透的效果也是顯而易見的，圖片和聲音功能的應(yīng)用使得該虛擬儀器檢定系統(tǒng)，既能達(dá)到常規(guī)的測(cè)量性能指標(biāo)設(shè)計(jì)要求，又能滿足進(jìn)行測(cè)量檢定時(shí)，人性化親切友好的平臺(tái)界面。為此，它可與圖形文件相連結(jié)，從而可以圖文并茂地輸出各種圖表文件。還可將圖片制作成動(dòng)畫片，再根據(jù)使用場(chǎng)景配音，發(fā)揮男、女、老、幼各自語(yǔ)音的魅力，制作豐富多彩，生動(dòng)活潑的畫面來(lái)襯托常規(guī)的告示，故障報(bào)警等，從而使其更具有親切友好的人性味，使用戶感覺到它不僅是一臺(tái)測(cè)試儀器，而且是一位趣味橫生的“伙伴”。當(dāng)測(cè)試、檢定過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)，根據(jù)場(chǎng)景專門增設(shè)了熱情洋溢的提示，使您恍然大悟，倍受鼓舞;頁(yè)面報(bào)警顯示一目了然，使你思量無(wú)暇感嘆萬(wàn)分;當(dāng)測(cè)試完成后，天真活潑的卡通圖片與娓娓動(dòng)聽的語(yǔ)言，使您進(jìn)入心曠神怡情真意切的境地。然而即便如此，使用時(shí)間長(zhǎng)久后，用戶也會(huì)感到厭倦發(fā)膩。好在計(jì)算機(jī)硬盤的容量迅猛發(fā)展，不必為硬盤的容量不足而擔(dān)憂，為此制作豐富多彩的新潮圖片、動(dòng)畫片和語(yǔ)音，供不同層次的用戶選擇，并用隨機(jī)排序方式輸出，從而避免了單調(diào)貶味的感覺。

　　文件輸入輸出功能巧妙應(yīng)用，為用戶學(xué)習(xí)使用該虛擬儀器提供方便，可以從幫助欄內(nèi)查閱相關(guān)的性能指標(biāo)、簡(jiǎn)明扼要的使用方法以及技術(shù)服務(wù)等內(nèi)容。

　　總而言之，盡力避免閑置NI 產(chǎn)品各種不同類型的功能，充分發(fā)揮潛力能夠做出盡善盡美的儀器。

　　(3)靈活善變的輸入輸出設(shè)計(jì)

　　虛擬儀器使用范圍極其廣泛，傳感器的種類數(shù)不勝數(shù)，聯(lián)結(jié)件形狀千姿百態(tài)，而且大多數(shù)是原裝的標(biāo)準(zhǔn)件，可連接到相關(guān)系列產(chǎn)品的常規(guī)儀器上，“殘忍地”對(duì)它宰一刀，統(tǒng)一換成一種形狀的連接件亦不現(xiàn)實(shí)。如果為了兼容把形式多樣的插座制作在一塊接口板上，恐怕要設(shè)計(jì)一塊比虛擬儀器尺寸大若干倍的“ 海量 ”接口板，才能勉強(qiáng)應(yīng)付。

　　為此，我們采用兩種方案來(lái)彌補(bǔ)上述缺陷：

　　1. 虛擬儀器上配置最常用的典型插座，設(shè)計(jì)在多塊印刷電路板上，從而免去傳統(tǒng)工藝中與儀器機(jī)箱間亂如蛛網(wǎng)的連接線，并且直接插到輸入、輸出卡槽內(nèi)，而且可根據(jù)不同需要自由組合。

　　2. 若傳感器無(wú)法直接與虛擬儀器的任何一塊接口板相連接，則在儀器與傳感器之間用專用連接插頭線過(guò)渡。因此，較好地解決了傳感器與虛擬儀器間連接問(wèn)題。虛擬儀器得心應(yīng)手地構(gòu)建了用戶自己定義的測(cè)量方案，真正地把心想事成變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

　　精益求精，自我完善

　　Natinal InstrumentsLabVIEW 軟件是一種新型的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)，與市面上常見的Microsoft Visual Basic軟件相比顯得更方便、更易學(xué)。但它畢竟是一種語(yǔ)言，需要花費(fèi)一定的時(shí)間掌握它、用好它、精通它，必然要耗費(fèi)大量的精力。為此，建議對(duì)第一次使用的新用戶，應(yīng)該適當(dāng)?shù)卦黾优嘤?xùn)時(shí)間，培訓(xùn)費(fèi)亦可計(jì)入軟件成本，才能更快更好地得到推廣應(yīng)用。筆者是一位從事非標(biāo)儀器硬件設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員，從對(duì)NI 虛擬儀器軟件一無(wú)所知到真正投入最初階段似懂非懂地應(yīng)用，化成去了3 ~ 6個(gè)月的時(shí)間，如果要進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)，預(yù)計(jì)還要耗費(fèi)1 ~ 2 年時(shí)間。

　　外語(yǔ)和本國(guó)的母語(yǔ)相比，畢竟存在著語(yǔ)言理解上的差距，往往采用上機(jī)反反復(fù)復(fù)試驗(yàn)的方法來(lái)加深理解。若能提供中文信息資料，使用的效果將會(huì)更快、更好、更確切。廣告詞中的“ …… 幾秒鐘內(nèi)生成應(yīng)用程序”應(yīng)該是極個(gè)別軟件制造商或是精通該軟件的人士。這種輿論誤導(dǎo)使得領(lǐng)導(dǎo)層對(duì)使用NI 產(chǎn)品的工程技術(shù)人員壓力太大。有些常規(guī)的功能，如Reset(儀器復(fù)位) 、 Zero (零位顯示) 、Clear(總清) 、Add(累加和) 、Select (功能選擇) 、 Manual/Auto (手動(dòng)的/自動(dòng)的) 、Start(測(cè)量開始) 、Stop(測(cè)量停止) 、Calibration(準(zhǔn)確度校準(zhǔn)) 、Print(打印) 、Plot(繪圖) 等幾乎大多數(shù)儀器都會(huì)用到，應(yīng)當(dāng)提供成熟的編程范例，使用戶取之即用立竿見影的效果。

　　筆者在使用中，曾為力傳感器輸出某一不確定值作為零點(diǎn)(如：電子秤上放置隨意大小輕重不一的托盤之后，作為零點(diǎn))，然后再進(jìn)行測(cè)量計(jì)算費(fèi)盡心血，而且自己至今感覺效果不理想。虛擬儀器面板上的控制元件圖形，與迅猛發(fā)展的時(shí)代潮流相比，顯得不夠入伍，建議盡快地推出更新、更美、更柔和的圖形圖案，并開放用戶圖形圖案界面，由用戶創(chuàng)意新器件來(lái)補(bǔ)充圖庫(kù)。

　　National Instruments公司的軟件、硬件性能超群，這是無(wú)與倫比的，但是比同類產(chǎn)品的價(jià)格貴許多，這就限制了普及推廣應(yīng)用。薄利多銷是占領(lǐng)市場(chǎng)份額關(guān)鍵所在，因經(jīng)濟(jì)因素使得忠實(shí)而信賴的用戶被無(wú)可奈何地跑掉，實(shí)在令人觸景傷情!是否可以換一種思維方法來(lái)改變現(xiàn)狀。