摘要:設(shè)計了一套適合汽車加速度傳感器性能測試的數(shù)據(jù)采集終端，利用RS-232接口將采集終端的數(shù)據(jù)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(tǒng)。利用LabVIEW強大的數(shù)據(jù)處理功能對數(shù)據(jù)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(tǒng)中數(shù)據(jù)采集、分析和處理、顯 示特性曲線以及報表生成的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:LabVIEW;汽車加速度傳感器;數(shù)據(jù)采集;RS - 232;測試臺
0 引言
加速度傳感器廣泛用于汽車領(lǐng)域，它主要用在以下幾個方 面:安全氣袋、翻轉(zhuǎn)檢測、碰撞檢測、車輛動態(tài)控制、剎車控制系 統(tǒng)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(shù)字輸出方式。在閉環(huán)控 制系統(tǒng)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(jié)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(tǒng)采用勻速旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生向心加速度的方法產(chǎn)生加速度條件, 即將汽車加速度傳感器安裝在勻速旋轉(zhuǎn)的圓盤上，改變圓盤的旋轉(zhuǎn)速度就可以得到不同的加速度值。
1 系統(tǒng)組成
由于被測汽車加速度傳感器的加速度產(chǎn)生條件是旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，加速度傳感器固定在勻速旋轉(zhuǎn)的圓盤上,其電壓輸出線 無法直接接到工控機的數(shù)據(jù)采集卡上進行數(shù)據(jù)采集，故自行設(shè) 計了一個數(shù)據(jù)采集板卡，它與汽車加速度傳感器一起被固定在 勻速旋轉(zhuǎn)的圓盤上,采集到的加速度傳感器的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)由工控機、接口電路、電機調(diào)速系統(tǒng)、電動機、采樣 系統(tǒng)和被測傳感器測試臺組成。采樣系統(tǒng)與被測加速度傳感 器一起轉(zhuǎn)動,而接口電路與工控機處于靜止狀態(tài)。采樣系統(tǒng)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(qū)動旋 轉(zhuǎn),電動機采用伺服電機，它由電機調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動，工控機通過 串口控制電動機的轉(zhuǎn)速。接口電路通過射頻傳輸獲得采樣系 統(tǒng)的數(shù)據(jù),它將該數(shù)據(jù)通過串口傳入工控機。
采樣系統(tǒng)的作用是:采集傳感器的信號和將數(shù)據(jù)通過射頻 收發(fā)電路實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。系統(tǒng)采用MICROCHIP公司 的PIC16F877A單片機為采樣系統(tǒng)的處理器，它內(nèi)部帶有10位8 通道A/D轉(zhuǎn)換器,能一次性測量8個加速度傳感器，而且10位 A/D轉(zhuǎn)換器基本能滿足系統(tǒng)的精度要求。為了解決數(shù)據(jù)采集 中旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分的接線困難問題,設(shè)計中采用了射頻技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸,射頻芯片采用nwdic公司的射頻收發(fā)芯片 nRE2401,它是一個單片集成接收、發(fā)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(diào)制時的數(shù)據(jù)速率 為高速率1Mbit/s,高于藍牙,具有高數(shù)據(jù)吞吐量。NRF2401內(nèi)置了 CRC糾、檢錯硬件電路和協(xié)議。發(fā)射功率、工作頻率等所 有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成。每個芯片可以通過軟件 設(shè)置最多40 bit地址，只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)且提 供一個中斷指示，該芯片編程非常方便。
圖2系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖
2 LabVIEW編程實現(xiàn)數(shù)搌采集、分析與處理
2.1LabVIEW程序功能實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(tǒng)的LabVIEW程序 流程圖。在用戶配置界面中，用戶可以配置系統(tǒng)使用的參數(shù)， 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(shù)，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(shù)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(shù)據(jù)采 集。在數(shù)據(jù)采集完畢之后，編寫LabVIEW程序可以自動地將數(shù) 據(jù)進行分析處理，在數(shù)據(jù)分析界面可以査看數(shù)據(jù)分析結(jié)果，同 時還可以手動對數(shù)據(jù)進行一些處理。采集到大量的汽車加速 度數(shù)據(jù)之后必須將數(shù)據(jù)進行歸類總結(jié)，并保存在計算機中，同時還可以將數(shù)據(jù)打印，這些處理在報表生成界面中來完成。
2.2LabVIEW串口數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幊?br>
工控機的通信與數(shù)據(jù)采集部分的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)位、停止位等串口參數(shù)設(shè) 置，調(diào)用VISA Configure Serial Port子VI可以完成對串口的初始 化，調(diào)用VISA Read和VISA Write子VI可以分別完成對串口的 讀與寫。進行數(shù)據(jù)采集程序編寫時只要按照系統(tǒng)規(guī)定的通信圖3 LabVIEW程序流程圖協(xié)議向串口寫發(fā)送命令即可。系統(tǒng)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(yù)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(shù)據(jù)與16位CRC寄存器的低位相異或， 把結(jié)果放于CRC寄存器；
(3)把寄存器的內(nèi)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(fù)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(fù)步驟3和4,直到右移8次，這樣整個8位數(shù)據(jù)全部 進行了處理；
(6)重復(fù)步驟2到步驟5,進行下一個8位數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)測試
數(shù)據(jù)測試是軟件實現(xiàn)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(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)采集 命令，它能一次性測試8只傳感器及其在不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)， 下位機接收到命令之后就開始進行數(shù)據(jù)采集，等待數(shù)據(jù)采集完 畢,LabVIEW程序通過串口讀取測試數(shù)據(jù)，將其放人一個臨時 數(shù)組里，然后再將數(shù)組里的數(shù)組分類運算之后放人指定的二維 數(shù)組，一次測試過程完成之后就得到一組完整的測試數(shù)據(jù)，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(tài) 下的輸出特性曲線。
圖4為測試系統(tǒng)測試主界面
2.4LabVIEW數(shù)據(jù)分析與顯示
一次數(shù)據(jù)測試完畢之后，可以打開數(shù)據(jù)分析界面,選定某 一傳感器在某一狀態(tài)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(jù)標準曲線與測試曲線的 吻合程度進行判斷并顯示其結(jié)果。在該界面中,用戶還可以對 該組數(shù)據(jù)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(jié)論。同時可以將某組數(shù)據(jù)進行刪除、保 存等操作。
2.5LabVIEW報表生成與打印
測試生成的數(shù)據(jù)保存在臨時數(shù)組中，在報表生成界面中可 以將這些數(shù)據(jù)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(jié)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(yōu)點，它包含大量的數(shù)學分析計算模塊，可以完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析。同時，Report Generation Toolkit工具箱 可以直接將測試數(shù)據(jù)以圖形和表格的形式保存成Word文檔并 進行打印。系統(tǒng)采用LabVIEW作為編程語言簡化了編程，提高了效率,且調(diào)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）
