基于LabVIEW 的發動機電控傳感器信號采集系統設計

黃曉飛，申榮衛

（天津職業技術師范大學 汽車與交通學院，天津 300222）

基于LabVIEW 的發動機電控傳感器信號采集系統設計

黃曉飛，申榮衛

（天津職業技術師范大學 汽車與交通學院，天津 300222）

基于LabVIEW通過發動機電子控制傳感器、信號處理電路、研華數據采集卡PCI-1712以及PC機等對發動機進行信號采集，而且成功設計出了發動機傳感器采集信號系統。并進行對比驗證了系統可靠、穩定。

數據采集；LabVIEW；曲軸位置傳感器

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.035

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988（2016）11-95-02

1、LabVIEW簡介

LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是美國NI公司推出的一種圖形化的編程語言，產生的程序是框圖的形式，易學易用，特別適用于硬軟件工程師、測試技術職員、流水線工藝技術人員的進修和應用，可在很短的時刻內學會并應用到實踐中去。LabVIEW集成了GPIB、PCI、RS-232和RS-485協議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能，它還內置了便于應用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數[1]。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。這種語言很方便程序員開發軟件，主要是用流程圖來代替程序代碼，可以高效率縮短開發周期而且也大大的簡化了復雜的程序代碼[2]。這是一款功能強大且靈活的軟件。

2、發動機電子控制傳感器的信號采集系統的總體方案設計

發動機電子控制傳感器信號采集系統的總體方案是測試和研究了采集到的發動機的傳感器信號，PCLD-8710接線板接受虛擬儀器采集到的數字量，然后通過數據總線連接到PCI-1712型數據采集卡上，依據LabVIEW程序，對采集到的信號數據進行分析、運算以及處理等，并實現對其數據分析的顯示以及對采集到的傳感器信號實現圖形化顯示。

2.1發動機電子控制傳感器信號采集系統的硬件設計

2.1.1傳感器的選擇

發動機傳感器主要有：節氣門位置傳感器、進氣壓力傳感器、進氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、爆震傳感器、氧傳感器、轉速傳感器、油門踏板位置傳感器等。

2.1.2數據采集卡選擇

依據實際傳感器信號的采集參數要求和成本的控制的多項思考，本文采納了研華公司產品中的PCI-1712。

PCI-1712數據采集卡主要特點如下：

1）板卡自身A/D內存為1K FIFO buffer 和D/A輸出的32K FIFO buffer。

2）1MHz的采樣速率，12位A/D變換器并且采納PCI數據總線傳輸[3]。

3）16路單端或8路差分模擬量輸入（AI0～AI15），或組合方法輸入[4]。

4）模擬量輸入輸出自動校準。每個通道輸入增益可編程等。

2.1.3調理電路

信號調理的主要作用就是放大較弱信號使之變換成為標準信號以滿足插入式采集設備的模擬電壓輸入范圍要求；阻斷計算機與傳感器信號以保護測試信號不被共模電壓的干擾；在測試信號中濾出不需要信號等。

2.1.4PC機的選擇

本套系統采用現有的聯想臺式機，可以滿足實驗的要求。

2.2發動機電子控制傳感器信號采集系統軟件設計

2.2.1軟件結構

應用程序主要實現功能：采集參數設置、數據采集、信號實時顯示以及信號儲存四大功能模塊。

2.2.2信號采集模塊

模擬輸入、模擬輸出、計時器以及數字輸入/輸出是LabVIEW數據采集的主要幾種功能。而模擬輸入方式是其中最常用一種方式。一個數據采集過程的模擬信號是主要通過數據采集卡多路開關，A / D轉換芯片和數據緩存若干組件將單個信道的模擬信號轉換成數字信號，并存儲在數據高速緩存中，而研華數據采集卡中的若干組件是被電腦利用虛擬儀器中的代碼進行操作的。電腦和數據采集之間則是通過PCI總線進行相互的信息轉換、通信和控制。本模塊對傳感器信號的實時采集主要是利用了研華數據采集卡實施的。信號采集的程序框圖如圖1。

2.2.3參數設置模塊

此部分主要是數據收集系統的多種參數進行配置。主要包括取樣速率、取樣通道的選擇、開始取樣時間以及取樣數的配置。為了簡化框圖的復雜，采納了局部變量將配置好的參數傳達到后續，并保持前后一致及同步。

2.2.4信號顯示模塊

良好的人機交互界面使儀器的操作非常簡單。采集完的數據以一維數組的形式輸入為SplitDArray.vi，轉換為二維數組后進過索引數組，根據之前條件結構中給出的索引值索引出相應的子數組。然后再輸入給創建波形作為波形中的Y值，通過創建數組在波形圖表中顯示出來。

3、實例應用

以TSI發動機轉速感器為例進行說明。曲軸位置傳感器又稱轉速傳感器，一般是霍爾效應式，分布在分電器內，用以檢測發動機的曲軸的轉角和轉速，為電腦的點火時刻和噴油時刻供應電信號。

豐富的數據圖形化顯示控件是LabVIEW的最大優勢之一，而且使用起來非常簡單[5]。測試結果以及分析結果可以用圖表的形式顯示出來，便于觀察被測目標的改化趨向，同時也使前面板顯示的結果倍加形象直接。利用設計好的程序測得轉速傳感器的波形如圖2所示，通過對比驗證可知本系統可靠。

4、結束語

本文基于LabVIEW的圖形化程序語言，完成了對電子控制發動機傳感器信號的采集系統的配置，而且整個系統完成了對傳感器信號的取樣及顯示，并通過系統對比驗證，證明本系統穩定可靠。與傳統的數據采集儀器相比，基于虛擬儀器LabVIEW的數據采集系統具有價格低廉、維護方便、操作簡單及開發周期短等優點。

圖1　信號采集程序框圖

圖2　轉速傳感器信號

[1]石博強, 趙德永, 李暢, 雷振山. LabVIEW6.1 編程技術實用教程[M]. 北京:中國鐵道出版社, 2002

[2]吳新華. 虛擬儀器在數據采集中的應用[J]. 萍鄉高等專科學校學報, 2011

[3]嚴航明. 虛擬儀器基本原理及其應用[J]. 計算機光盤軟件與應用, 2011

[4]PCI-1712PCI-1712L.[2016-1-4].http://downloadt.advantech.com.cn/ productFile/Downloadfile2/1-1u20mi/PCI-1712_1712L_DC_CHS.p df.

[5]趙易彬,周以琳.基于LabVIEW的數據采集系統[J].青島科技大學學報，2005(10).

Engine electronic control sensor signal acquisition system design based on LabVIEW

Huang Xiaofei, Shen Rongwei
( Tianjin vocational technology normal university, Tianjin 300222 )

Based on LabVIEW through electronic engine control sensors, signal processing circuit, Advantech PCI-1712 data acquisition card and PC machine the engine signal acquisition, and successfully designed an engine sensor signal acquisition systems. And compared to verify the system is reliable and stable.

Data acquisition; LabVIEW; Crankshaft position sensor

U463.6 文獻表示碼：A

1671-7988（2016）11-95-02

黃曉飛 （1988—），男，碩士研究生。就讀于天津職業技術師范大學。研究方向：汽車電子控制技術。

申榮衛 （1971—），男，博士，教授，碩士生導師。就職于天津職業技術師范大學。研究方向：汽車新能源與電子控制技術。