發布日期：2022-10-09 點擊率：78
摘要:設計了一套適合汽車加速度傳感器性能測試的數據采集終端，利用RS-232接口將采集終端的數據和工控機 連接起來,組成一套完整的汽車加速度傳感器性能測試系統。利用LabVIEW強大的數據處理功能對數據進行采集和分 析,得出加速度傳感器的輸出特性曲線，同時判斷是否合格。詳細介紹了 LabVIEW在該系統中數據采集、分析和處理、顯 示特性曲線以及報表生成的應用。
關鍵詞:LabVIEW;汽車加速度傳感器;數據采集;RS - 232;測試臺
0 引言
加速度傳感器廣泛用于汽車領域，它主要用在以下幾個方 面:安全氣袋、翻轉檢測、碰撞檢測、車輛動態控制、剎車控制系 統及駕駛者安全裝置。一般情況下，加速度傳感器的輸出信號 分2種方式:即模擬電壓輸出方式和數字輸出方式。在閉環控 制系統中，傳感器一般用來檢測控制過程中的物理量,充當反 饋元件的作用，而文中的工作是測試汽車加速度本身的特性。 通過汽車加速度傳感器的輸出曲線和給定的特性曲線進行對 比得出汽車加速度傳感器是否合格的結論。
圖I為被測加速度傳感器的理想輸出特性曲線，加速度傳感器的測量范圍為-1.5~+1.5 g，傳感器的電壓輸出值與 加速度成正比。被測加速度傳感器工作在某一加速度值下就 可以得到該點加速度值下的加速度傳感器的電壓輸出值。系 統采用勻速旋轉運動產生向心加速度的方法產生加速度條件, 即將汽車加速度傳感器安裝在勻速旋轉的圓盤上，改變圓盤的旋轉速度就可以得到不同的加速度值。
1 系統組成
由于被測汽車加速度傳感器的加速度產生條件是旋轉產生的，加速度傳感器固定在勻速旋轉的圓盤上,其電壓輸出線 無法直接接到工控機的數據采集卡上進行數據采集，故自行設 計了一個數據采集板卡，它與汽車加速度傳感器一起被固定在 勻速旋轉的圓盤上,采集到的加速度傳感器的數據通過射頻方 式傳送出來，然后再通過RS-232接口的方式傳入工控機，工 控機負責對數據的分析處理、顯示、保存和打印等。
圖2為汽車加速度傳感器性能自動測試臺的系統硬件結構圖。系統由工控機、接口電路、電機調速系統、電動機、采樣 系統和被測傳感器測試臺組成。采樣系統與被測加速度傳感 器一起轉動,而接口電路與工控機處于靜止狀態。采樣系統與 接口電路之間通過射頻進行信號傳輸。被測傳感器固定在測 試臺的圓盤上，圓盤的半徑為0.2 m.圓盤通過電動機驅動旋 轉,電動機采用伺服電機，它由電機調速系統驅動，工控機通過 串口控制電動機的轉速。接口電路通過射頻傳輸獲得采樣系 統的數據,它將該數據通過串口傳入工控機。
采樣系統的作用是:采集傳感器的信號和將數據通過射頻 收發電路實現數據的接收和發送。系統采用MICROCHIP公司 的PIC16F877A單片機為采樣系統的處理器，它內部帶有10位8 通道A/D轉換器,能一次性測量8個加速度傳感器，而且10位 A/D轉換器基本能滿足系統的精度要求。為了解決數據采集 中旋轉部分與靜止部分的接線困難問題,設計中采用了射頻技術進行數據傳輸,射頻芯片采用nwdic公司的射頻收發芯片 nRE2401,它是一個單片集成接收、發射器的芯片，工作頻率范 圍為全球開放的2.4GHz頻段。采用GFSK調制時的數據速率 為高速率1Mbit/s,高于藍牙,具有高數據吞吐量。NRF2401內置了 CRC糾、檢錯硬件電路和協議。發射功率、工作頻率等所 有工作參數全部通過軟件設置完成。每個芯片可以通過軟件 設置最多40 bit地址，只有收到本機地址時才會輸出數據且提 供一個中斷指示，該芯片編程非常方便。
圖2系統的硬件結構圖
2 LabVIEW編程實現數搌采集、分析與處理
2.1LabVIEW程序功能實現與程序流程
UbVIEW在系敘'中主要用于上位PC機的測試控制軟件的 編寫，它主要包括用戶配置、測試、數據分析、報表生成幾個部 分。圖3為汽車加速度傳感器性能測試系統的LabVIEW程序 流程圖。在用戶配置界面中，用戶可以配置系統使用的參數， 如使用的串口配置，測試的汽車加速度傳感器的類型,測試的 汽車加速度傳感器的安裝形式、個數，汽車加速度傳感器的給 定理想輸出曲線，打印報表的形式、份數等。測試界面為該軟 件的主要界面，它主要用來控制汽車加速度傳感器的數據采 集。在數據采集完畢之后，編寫LabVIEW程序可以自動地將數 據進行分析處理，在數據分析界面可以査看數據分析結果，同 時還可以手動對數據進行一些處理。采集到大量的汽車加速 度數據之后必須將數據進行歸類總結，并保存在計算機中，同時還可以將數據打印，這些處理在報表生成界面中來完成。
2.2LabVIEW串口數據傳輸的編程
工控機的通信與數據采集部分的數據傳輸采用RS - 232 串行總線接口。進行串口通信之前，要對串口進行初始化，包 括串口地址、波特率、奇偶校驗、數據位、停止位等串口參數設 置，調用VISA Configure Serial Port子VI可以完成對串口的初始 化，調用VISA Read和VISA Write子VI可以分別完成對串口的 讀與寫。進行數據采集程序編寫時只要按照系統規定的通信圖3 LabVIEW程序流程圖協議向串口寫發送命令即可。系統中的串行通信采用的校驗 方法為CRC校驗。由于LabVIEW中本身不帶CRC校驗子VI，故CRC校驗子VI需要自行編寫，計算CRC碼的步驟如下：
(1)預置16位寄存器為十六進制FFFF(即全為1)，稱此寄 存器為CRC寄存器；
(2)把第一個8位數據與16位CRC寄存器的低位相異或， 把結果放于CRC寄存器；
(3)把寄存器的內容右移一位(朝低位）,用〇填補最高位， 檢查最低位；
(4)如果最低位為0:重復第3步(再次移位）;如果最低位 為1:CRC寄存器與多項式A001(1010 0000 0000 0001)進行異或；
(5)重復步驟3和4,直到右移8次，這樣整個8位數據全部 進行了處理；
(6)重復步驟2到步驟5,進行下一個8位數據的處理；
(7) 最后得到的CRC寄存器即為CRC碼。
LabVIEW流程圖
與工控機通信的單片機程序采用C語言編寫，它的CRC校 驗碼的計算方法與LabVIEW程序相同。
2.3 LabVIEW數據測試
數據測試是軟件實現的主要功能之一。在自動測試界面， 只要點擊開始測試,程序就通過串口向采集系統發送數據采集 命令，它能一次性測試8只傳感器及其在不同狀態下的數據， 下位機接收到命令之后就開始進行數據采集，等待數據采集完 畢,LabVIEW程序通過串口讀取測試數據，將其放人一個臨時 數組里，然后再將數組里的數組分類運算之后放人指定的二維 數組，一次測試過程完成之后就得到一組完整的測試數據，此 時在前面板中顯示出來，同時傳感器電壓輸出曲線圖中顯示出 汽車加速度傳感器的輸出特性曲線，可以很直觀地看出曲線是 否與給定的理想曲線吻合。同時,程序通過實測曲線與理想曲 線的對比，可以指示出傳感器是否合格。手動測試與自動測試 不同，它可以指定測試8只傳感器中的任意一只在某一個狀態 下的輸出特性曲線。
圖4為測試系統測試主界面
2.4LabVIEW數據分析與顯示
一次數據測試完畢之后，可以打開數據分析界面,選定某 一傳感器在某一狀態下的特性曲線進行査看，圖5為傳感器2 在16 V,地線可靠接地時的輸出特性曲線，從圖5可以看出，它 與標準曲線基本吻合。程序可以根據標準曲線與測試曲線的 吻合程度進行判斷并顯示其結果。在該界面中,用戶還可以對 該組數據的某個點的值進行重新測試，將實測曲線在不同的標 準下進行分析而得出結論。同時可以將某組數據進行刪除、保 存等操作。
2.5LabVIEW報表生成與打印
測試生成的數據保存在臨時數組中，在報表生成界面中可 以將這些數據保存到計算機的硬盤中，利用LabVIEW中的Report Generation Toolkit 工具箱可以很方便地將測試表格、曲線等 信息以Microsoft Word的形式進行保存并打印。
圖5實測傳感器輸出曲線圖
3 結論
NI LabVIEW圖形化的編程語言具有操作簡單，圖面簡單直 觀的優點，它包含大量的數學分析計算模塊，可以完成數據采集、數據處理、數據分析。同時，Report Generation Toolkit工具箱 可以直接將測試數據以圖形和表格的形式保存成Word文檔并 進行打印。系統采用LabVIEW作為編程語言簡化了編程，提高了效率,且調試過程方便快捷，生成的軟件界面美觀。（作者：資道周，葛召炎，李建奇，賀淵明）
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