汽車專用儀器檢定系統研制

使用NI 公司的LabVIEW 圖片控制工具包，IMAQ 可視化軟件，研制一臺以筆記本電腦為主體，插入相應的DAQ 數據采集卡，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備檢定測試系統。

介紹

長期以來，汽車行業安全檢測線國家強制性檢定項目,以工程車為運載工具，攜帶大量的各種汽車專用檢定儀器，滿足對汽車制造業生產第一線儀器不同參數的計量檢定。

新近研制的該虛擬儀器檢定、測試系統,采用美國國家儀器公司的LabVIEW 虛擬儀器軟件包設計，具有頁面簡捷，易于操作等特點，硬件亦采用該公司配套的多功能數據采集卡，具有集成度高、性能超群、穩定性好等優點，傳感器選用各國名牌公司產品（如：力傳感器選用美國METTLER TOLEDO 公司產品，光電傳感器選用德國DATRON公司產品，位移傳感器選用德國HBM 公司產品，各傳感器精度控制在0.3‰之內），從而系統精良，數據處理可信度在同類產品中略高一籌。

LabVIEW 軟件程序設計

（1） 高效快捷的設計

National Instruments 公司LabVIEW 圖片控制工具包中的“Search Example”（搜索范例） 、“Solution Wizard”（解決方案向導） 欄目為用戶提供了一條周密祥盡的編程思路，同時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”（頻率測量）自定義數據采集解決方案向導中，加入 “Wheel Diameter Input”（車輪直徑輸入）功能及頻率/車速換算公式，并在數據采集卡的CLKB1 端口接入德國DATRON公司光電傳感器產品，在被測車輪鋼圈側面粘貼反光紙，用來測量車輪的轉動速率，即可制作成一臺測量汽車瞬時車速的儀器。再作一些適當變換就能改編成一臺高度精良的車速檢定測試系統。

在編制虛擬儀器框圖程序時，亦可在“Open VI”（打開虛擬儀器）中查找“Examples”（范例）“Activity”（控件）等欄目內直接取用與用戶較近的現成VI子程序，在此基礎上再作適當修改。這樣一來可以立即引用成熟的框圖程序，少走編程過程中的彎路，加速整個開發周期所用的時間。例如，汽車制動踏板力、手剎車拉力檢定測試系統，采用“ Single-Point Strain Gauge Measurement” （單點應變量測量）范例，再作一些適當改編，選用美國METTLER TOLEDO 公司力傳感器產品，就能變換成一臺高度精良的汽車制動力檢定測試系統。

虛擬儀器與單片機開發儀器相比，硬件工作量明顯減輕，可節省大量選購電子元件過程，印刷電路板設計難度被簡化，安裝調試過程中使用的儀器大大地減少了，整個開發周期縮短許多倍。另外，儀器的可塑性很大，隨時隨地可按照實際情況增減功能,改進設計方案，其優越性是無比的；單片機開發的儀器使用若干年后，因為用戶提出新的要求，原來設計功能不能適應變化的環境而被淘汰；虛擬儀器應用若干年后，日積月累，隨時隨地可以不斷改進更新功能，因而越用越完善、越貼近用戶；尤其是當單片機開發單臺專用儀器時，開發專項新產品的設計者積累的感性認識被限制在當時的一定范籌內，從設計到變成儀器，受到時間跨度和經費支出的一定程度限制，其可靠性、穩定性常造成先天性不足，事后亦難以彌補解決。虛擬儀器的硬件、軟件是常年累月地由一套機構、一個群體的智慧，是成批量的產物，其成熟性，可靠性，穩定性是不容置疑的。而且，軟件中如有不滿足之處，事后彌補輕而易舉徒手之勞。它又是零編程設計、模塊化的集成，直觀性強，即使是非計算機專業對口人才，通過簡單培訓也能容易地進行修改。本應用方案在減少開發時間和降低成本方面的優勢看來，應用LabVIEW 優越性是確切的。

（2）智能化設計

傳統儀器智能化數據處理幾乎是不可能的，而虛擬儀器通過內裝的功能強大的信號處理軟件，分析所采集到的數據，直觀性極強。該軟件包漢化簡便，可與Office 中的Word 字處理、Excel 電子數據表方便地連結，隨意自如地按照設計者的思路，進行科學計算及文字處理，儲存打印輸出規范化的測試、檢定報告。根據需要亦可及時改進版面格式。

虛擬儀器從實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用使得該虛擬儀器檢定系統，既能達到常規的測量性能指標設計要求，又能滿足進行測量檢定時，人性化親切友好的平臺界面。為此，它可與圖形文件相連結，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畫片，再根據使用場景配音，發揮男、女、老、幼各自語音的魅力，制作豐富多彩，生動活潑的畫面來襯托常規的告示，故障報警等，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測試儀器，而且是一位趣味橫生的“伙伴”。當測試、檢定過程中遇到問題時，根據場景專門增設了熱情洋溢的提示，使您恍然大悟，倍受鼓舞；頁面報警顯示一目了然，使你思量無暇感嘆萬分；當測試完成后，天真活潑的卡通圖片與娓娓動聽的語言，使您進入心曠神怡情真意切的境地。然而即便如此，使用時間長久后，用戶也會感到厭倦發膩。好在計算機硬盤的容量迅猛發展，不必為硬盤的容量不足而擔憂，為此制作豐富多彩的新潮圖片、動畫片和語音，供不同層次的用戶選擇，并用隨機排序方式輸出，從而避免了單調貶味的感覺。

文件輸入輸出功能巧妙應用，為用戶學習使用該虛擬儀器提供方便，可以從幫助欄內查閱相關的性能指標、簡明扼要的使用方法以及技術服務等內容。

總而言之，盡力避免閑置NI 產品各種不同類型的功能，充分發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計

虛擬儀器使用范圍極其廣泛，傳感器的種類數不勝數，聯結件形狀千姿百態，而且大多數是原裝的標準件，可連接到相關系列產品的常規儀器上，“殘忍地”對它宰一刀，統一換成一種形狀的連接件亦不現實。如果為了兼容把形式多樣的插座制作在一塊接口板上，恐怕要設計一塊比虛擬儀器尺寸大若干倍的“ 海量 ”接口板，才能勉強應付。

為此，我們采用兩種方案來彌補上述缺陷：

1. 虛擬儀器上配置最常用的典型插座，設計在多塊印刷電路板上，從而免去傳統工藝中與儀器機箱間亂如蛛網的連接線，并且直接插到輸入、輸出卡槽內，而且可根據不同需要自由組合。

2. 若傳感器無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渡。因此，較好地解決了傳感器與虛擬儀器間連接問題。虛擬儀器得心應手地構建了用戶自己定義的測量方案，真正地把心想事成變為現實。

精益求精，自我完善

Natinal InstrumentsLabVIEW 軟件是一種新型的語言結構，與市面上常見的Microsoft Visual Basic軟件相比顯得更方便、更易學。但它畢竟是一種語言，需要花費一定的時間掌握它、用好它、精通它，必然要耗費大量的精力。為此，建議對第一次使用的新用戶，應該適當地增加培訓時間，培訓費亦可計入軟件成本，才能更快更好地得到推廣應用。筆者是一位從事非標儀器硬件設計的工程技術人員，從對NI 虛擬儀器軟件一無所知到真正投入最初階段似懂非懂地應用，化成去了3 ～ 6個月的時間，如果要進一步深入學習，預計還要耗費1 ～ 2 年時間。

外語和本國的母語相比，畢竟存在著語言理解上的差距，往往采用上機反反復復試驗的方法來加深理解。若能提供中文信息資料，使用的效果將會更快、更好、更確切。廣告詞中的“ …… 幾秒鐘內生成應用程序”應該是極個別軟件制造商或是精通該軟件的人士。這種輿論誤導使得領導層對使用NI 產品的工程技術人員壓力太大。有些常規的功能，如Reset（儀器復位） 、 Zero （零位顯示） 、Clear（總清） 、Add（累加和） 、Select （功能選擇） 、 Manual/Auto （手動的/自動的） 、Start（測量開始） 、Stop（測量停止） 、Calibration（準確度校準） 、Print（打印） 、Plot（繪圖） 等幾乎大多數儀器都會用到，應當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（如：電子秤上放置隨意大小輕重不一的托盤之后，作為零點），然后再進行測量計算費盡心血，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，與迅猛發展的時代潮流相比，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，由用戶創意新器件來補充圖庫。

National Instruments公司的軟件、硬件性能超群，這是無與倫比的，但是比同類產品的價格貴許多，這就限制了普及推廣應用。薄利多銷是占領市場份額關鍵所在，因經濟因素使得忠實而信賴的用戶被無可奈何地跑掉，實在令人觸景傷情！是否可以換一種思維方法來改變現狀。