虛擬儀器技術在發動機測試中的應用研究
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傳統的內燃機臺架實驗功能單一，測試效率低，實驗過程缺乏統一的數據處理系統。不同廠家生產的設備有不同的數據記錄格式，無論是軟件還是硬件都不兼容，因此不能共享軟硬件資源。產品開發周期長，設備升級能力及擴展性差，重復勞動較多，造成了較大的資源浪費。虛擬儀器技術是上世紀 90 年代初被提出并逐步付諸實現的。該技術利用少量的標準化硬件模塊加上功能強大的圖形化編程平臺，將計算機技術同儀器技術完美的結合起來，具有開發周期短、成本低、重復勞動少、易于應用新算法以及便于升級等特點。已在測控領域里得到了廣泛的應用。
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開發的 32 位面向計算機測控領域虛擬儀器的軟件開發平臺。它以 ANSI C 為核心，將功能強大、使用靈活的 C 語言平臺與用數據采集、分析和表達的測控專業工具有機地結合起來。它的集成化開發平臺、交互式編程方法、豐富的功能面板和庫函數大大增強了 C 語言的功能，為熟悉 C 語言的開發人員建立檢測系統、自動測量環境、數據采集系統、過程監控系統等提供了一個理想的軟件開發環境。
2 硬件系統的設計
系統的結構如圖 1 所示。整個系統大致由 3 部分組成：第一部分為傳感器和一次儀表，其功能是把發動機的性能參數通過傳感器轉化為相應的電信號，為了充分利用現有的資源，節約成本，對與轉矩和油耗等參數的測量，我們直接從測功機和油耗儀上的輸出端口引出信號線到信號調理模塊的接線端子上；第二部分為信號調理模塊和數據采集卡，其主要功能是對信號進行采樣、放大、 A/D 轉換，并把采集到的數據以一定的格式傳送給上位計算機；第三部分為計算機處理系統，其功能是實現數據的處理、顯示、存儲以及圖表打印等。
系統采用的是 NI 公司的 Lab-PC-1200 數據采集卡，這是一種性能優良的低價位適合 PC 機及其兼容機的采集卡。它能夠完成信號采集（ A/D ）、數字信號的模擬輸出（ D/A ）以及定時 / 計數等功能；具有 8 個模擬量輸入通道、兩個模擬量輸出通道、 24 個數字量 I/O 接口、 3 個 16 位的計數器。將數據采集卡插入計算機的 PCI 插槽中。在進行數據采集卡軟件驅動前，應進行參數設置，參數設置是通過 NI 公司提供的“ Measurement Automation ”軟件實現的。
發動機實驗臺環境中存在著許多電磁干擾源，測試系統能否正常工作可靠地工作，關鍵在于有效地抑制外部噪聲。為了提高測試精度，在保證良好接地狀態的同時，將輸入信號線屏蔽，盡量縮短信號線的長度，并對轉換器采用了光電隔離技術，通過測試表明，即使不采用軟件濾波，也能達到實驗要求。
圖 1 硬件結構圖
軟件系統主要包括參數設置、數據采集與存儲、實驗結果顯示與打印、實驗過程演示等四大大部分組成。在此介紹各部分的功能以及實現方法。
3.1 參數設置部分
如圖 2 所示。由于發動機臺架實驗一般要做負荷特性、速度特性等好幾種實驗。在進入測試系統后，可以根據要求選擇所要做的實驗項目。為了保護實驗設備和人員安全，還可以根據不同的發動機設置轉速、機油溫度、冷卻水溫度以及排氣溫度的報警值。只要測得的實驗數據超過了所設置的報警值。就自動停機。
圖 2 參數設置面板
進入系統后，程序自動執行代碼中的 ConnectToDDESevr 函數，打開與數據庫的連接，以便與數據庫之間進行數據交換。在退出系統之前，還必須用函數 DisconnectFromDDEServer 斷開與數據庫的連接。通過對數據采集卡參數的設置，確定各路信號所對應的端口號。運用 Utility Library （設置庫函數）中的 Input Byte From Pot 函數，從各端口讀取數，并通過 ClientDDEWrite 函數將數據存儲到指定的文件中。如圖（ 2 ）所示，在操作面板的 Chart 圖（圖 3 右上角）上，實時地顯示出采集到的的各路數據，并用不同的顏色來加以區分，使實驗人員很容易看出各個參數的變化情況。采集過程中，如果測得的某個數據超過了預先設置的報警值，系統立即進行聲光報警。
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