1 引言

不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備有不同的數(shù)據(jù)記錄格式一喘，無論是軟件還是硬件都不兼容沾谜，因此不能共享軟硬件資源。傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)臺架實驗功能單一渊鞋，測試效率低绰更，實驗過程缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。產(chǎn)品開發(fā)周期長锡宋，設(shè)備升級能力及擴(kuò)展性差儡湾，重復(fù)勞動較多，造成了較大的資源浪費(fèi)执俩。虛擬儀器技術(shù)是上世紀(jì) 90 年代初被提出并逐步付諸實現(xiàn)的徐钠。該技術(shù)利用少量的標(biāo)準(zhǔn)化硬件模塊加上功能強(qiáng)大的圖形化編程平臺，將計算機(jī)技術(shù)同儀器技術(shù)完美的結(jié)合起來蚤就，具有開發(fā)周期短寥伍、成本低、重復(fù)勞動少闰厨、易于應(yīng)用新算法以及便于升級等特點撼腹。已在測控領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)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(shù)開發(fā)的 32 位面向計算機(jī)測控領(lǐng)域虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺玄饶。它以 ANSI C 為核心莲态，將功能強(qiáng)大、使用靈活的 C 語言平臺與用數(shù)據(jù)采集李腐、分析和表達(dá)的測控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來秤凡。它的集成化開發(fā)平臺、交互式編程方法憎苦、豐富的功能面板和庫函數(shù)大大增強(qiáng)了 C 語言的功能丘登，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)境叁震、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)竿漂、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(shè)計

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示窘问。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辆童，其功能是把發(fā)動機(jī)的性能參數(shù)通過傳感器轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號宜咒，為了充分利用現(xiàn)有的資源，節(jié)約成本把鉴，對與轉(zhuǎn)矩和油耗等參數(shù)的測量故黑，我們直接從測功機(jī)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)采集卡庭砍，其主要功能是對信號進(jìn)行采樣场晶、放大、 A/D 轉(zhuǎn)換怠缸，并把采集到的數(shù)據(jù)以一定的格式傳送給上位計算機(jī)诗轻；第三部分為計算機(jī)處理系統(tǒng)，其功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理揭北、顯示扳炬、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)采集卡罐呼，這是一種性能優(yōu)良的低價位適合 PC 機(jī)及其兼容機(jī)的采集卡鞠柄。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)等功能尺夺；具有 8 個模擬量輸入通道烧论、兩個模擬量輸出通道、 24 個數(shù)字量 I/O 接口舒叨、 3 個 16 位的計數(shù)器旋挺。將數(shù)據(jù)采集卡插入計算機(jī)的 PCI 插槽中。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集卡軟件驅(qū)動前滔测，應(yīng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置责爹，參數(shù)設(shè)置是通過 NI 公司提供的“ Measurement & Automation ”軟件實現(xiàn)的。

發(fā)動機(jī)實驗臺環(huán)境中存在著許多電磁干擾源罚迹，測試系統(tǒng)能否正常工作可靠地工作牧僻，關(guān)鍵在于有效地抑制外部噪聲。為了提高測試精度异这，在保證良好接地狀態(tài)的同時臊整，將輸入信號線屏蔽，盡量縮短信號線的長度愤售，并對轉(zhuǎn)換器采用了光電隔離技術(shù)蛔琅，通過測試表明，即使不采用軟件濾波峻呛，也能達(dá)到實驗要求罗售。

圖 1 硬件結(jié)構(gòu)圖

3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計

軟件系統(tǒng)主要包括參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集與存儲钩述、實驗結(jié)果顯示與打印寨躁、實驗過程演示等四大大部分組成穆碎。在此介紹各部分的功能以及實現(xiàn)方法。

3.1 參數(shù)設(shè)置部分

如圖 2 所示职恳。由于發(fā)動機(jī)臺架實驗一般要做負(fù)荷特性惨远、速度特性等好幾種實驗。在進(jìn)入測試系統(tǒng)后话肖，可以根據(jù)要求選擇所要做的實驗項目。為了保護(hù)實驗設(shè)備和人員安全葡幸，還可以根據(jù)不同的發(fā)動機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)速最筒、機(jī)油溫度、冷卻水溫度以及排氣溫度的報警值蔚叨。只要測得的實驗數(shù)據(jù)超過了所設(shè)置的報警值床蜘。就自動停機(jī)。

圖 2 參數(shù)設(shè)置面板

3.2 數(shù)據(jù)采集與存儲

進(jìn)入系統(tǒng)后议猛，程序自動執(zhí)行代碼中的 ConnectToDDESevr 函數(shù)玛呐，打開與數(shù)據(jù)庫的連接，以便與數(shù)據(jù)庫之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換蟋晾。在退出系統(tǒng)之前冻咆，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(shè)置策哈，確定各路信號所對應(yīng)的端口號炮家。運(yùn)用 Utility Library （設(shè)置庫函數(shù)）中的 Input Byte From Pot 函數(shù)，從各端口讀取數(shù)泪缨，并通過 ClientDDEWrite 函數(shù)將數(shù)據(jù)存儲到指定的文件中媚瘫。如圖（ 2 ）所示，在操作面板的 Chart 圖（圖 3 右上角）上虱忙，實時地顯示出采集到的的各路數(shù)據(jù)逢痕，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)的變化情況狼楔。采集過程中钳枕，如果測得的某個數(shù)據(jù)超過了預(yù)先設(shè)置的報警值，系統(tǒng)立即進(jìn)行聲光報警逻淌。

3.3 實驗結(jié)果顯示與打印

測試完畢后么伯，執(zhí)行函數(shù) ClientDDERead ，將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)文件中讀入內(nèi)存卡儒，運(yùn)用曲線擬合的最小二乘法田柔，對數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，并將運(yùn)算的結(jié)果顯示在操作面板的 Graph 圖上（圖 3 右下角）骨望。打印可以采用兩種方式：如果只要打印發(fā)動機(jī)的特性曲線圖硬爆，可以采用隱式調(diào)用 EXCEL 數(shù)據(jù)表的方法欣舵，打開與數(shù)據(jù)庫的連接，然后調(diào)用函數(shù) PrintCurve 打印操作面板上的 Graph 圖缀磕；如果要做實驗報表缘圈，既要出圖又要出數(shù)據(jù)，可以采用顯式調(diào)用 EXCEL 數(shù)據(jù)表的方法袜蚕，在操作系統(tǒng)中直接激活數(shù)據(jù)文件糟把。

圖 3 負(fù)荷特性實驗操作面板

3.4 實驗過程演示

有時為了查找實驗過程中出現(xiàn)異常現(xiàn)象原因消弧，希望能夠象放電影一樣堡雁，隨時可以在計算機(jī)上再現(xiàn)實驗過程。我們設(shè)計的這套系統(tǒng)就可以實現(xiàn)這樣的功能室域。實驗的時候淹疙，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的同時，自動記錄采集所用的總時間以及每組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的采集時刻杜域，這些信息與數(shù)據(jù)組一起寫入數(shù)據(jù)庫中柴哈。需要再次觀察測量過程時，調(diào)出數(shù)據(jù)組唁谣，調(diào)用函數(shù) Timer 冶巴，按照每組數(shù)據(jù)采集的先后順序，以一定的間隔時間（比如 0.5 秒）在虛擬儀表上顯示數(shù)據(jù)溪惶，同時在 Chart 圖上顯示曲線的變化秋鹅。

4 結(jié)束語

本文開發(fā)的發(fā)動機(jī)臺架實驗測試系統(tǒng)實現(xiàn)了發(fā)動機(jī)性能實驗的數(shù)據(jù)自動采集和處理功能，具備以下兩方面的特色：

? 聲光報警系統(tǒng)可自動監(jiān)測實驗狀況彤笼，保證了實驗系統(tǒng)和操作人員的安全析崎；

? 在計算機(jī)上實現(xiàn)了實驗過程的再現(xiàn)性，為查找實驗過程的異常工況提供了保證榜揖。

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