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　　摘要:設(shè)計(jì)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(jī) 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(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能對數(shù)據(jù)進(jìn)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(xì)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(dāng)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(jìn)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(diǎn)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(yùn)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(jī)的數(shù)據(jù)采集卡上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，故自行設(shè) 計(jì)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(jī)，工 控機(jī)負(fù)責(zé)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(jī)、接口電路、電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、電動機(jī)、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(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)。采樣系統(tǒng)與 接口電路之間通過射頻進(jìn)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(jī)驅(qū)動旋 轉(zhuǎn),電動機(jī)采用伺服電機(jī)，它由電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動，工控機(jī)通過 串口控制電動機(jī)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(jī)。
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(shí)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(jī)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(jì)中采用了射頻技術(shù)進(jìn)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(lán)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(jī)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(shí)現(xiàn)數(shù)搌采集、分析與處理

　　2.1LabVIEW程序功能實(shí)現(xiàn)與程序流程

　　UbVIEW在系敘'中主要用于上位PC機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行歸類總結(jié)，并保存在計(jì)算機(jī)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(jī)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(jìn)行串口通信之前，要對串口進(jìn)行初始化，包 括串口地址、波特率、奇偶校驗(yàn)、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(jìn)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(yàn) 方法為CRC校驗(yàn)。由于LabVIEW中本身不帶CRC校驗(yàn)子VI，故CRC校驗(yàn)子VI需要自行編寫，計(jì)算CRC碼的步驟如下：

　　(1)預(yù)置16位寄存器為十六進(jìn)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(bǔ)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(xiàng)式A001(1010 0000 0000 0001)進(jìn)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(jìn)行了處理；
　　(6)重復(fù)步驟2到步驟5,進(jìn)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(jī)通信的單片機(jī)程序采用C語言編寫，它的CRC校 驗(yàn)碼的計(jì)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(shí)現(xiàn)的主要功能之一。在自動測試界面， 只要點(diǎn)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(jī)接收到命令之后就開始進(jìn)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(yùn)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(shí)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)曲線基本吻合。程序可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線與測試曲線的 吻合程度進(jìn)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(diǎn)的值進(jìn)行重新測試，將實(shí)測曲線在不同的標(biāo) 準(zhǔn)下進(jìn)行分析而得出結(jié)論。同時可以將某組數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)算機(jī)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(jìn)行保存并打印。

　　
圖5實(shí)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(diǎn)，它包含大量的數(shù)學(xué)分析計(jì)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(jìn)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）

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