汽車產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)增長的一個亮點，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車檢測經(jīng)歷了人工檢驗、簡單儀器儀表測量、電腦控制的自診斷系統(tǒng)和專用的故障診斷儀等階段。這些檢測手段不同程度地存在著操作復(fù)雜、穩(wěn)定性差、檢測效率低、檢測誤差大等缺點。電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)在汽車上的普及運(yùn)用，對汽車售后維修服務(wù)提出了更高要求，促使在汽車的故障診斷中采用更多的快速、簡便和智能化儀器，要求檢測儀器實時采集和反映汽車工況的技術(shù)數(shù)據(jù)或曲線，以此來進(jìn)行汽車故障的診斷。近年來，國內(nèi)外很多公司和高校把虛擬儀器技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)和科研中，取得了一定的經(jīng)濟(jì)和社會效益。虛擬儀器相對于傳統(tǒng)儀器具有以下優(yōu)勢：(1)儀器功能由用戶自行定義；(2)豐富并增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能；(3)測量穩(wěn)定性與重復(fù)性好；(4)經(jīng)濟(jì)性好；(5)系統(tǒng)構(gòu)建周期短，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。將虛擬儀器引入到汽車行業(yè)，為汽車檢測技術(shù)帶來了新的活力.
1 虛擬式汽車檢測儀的結(jié)構(gòu)
開發(fā)的汽車檢測儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成。
硬件的核心是一臺PC，I／O接口設(shè)備采用阿爾泰的PCI9640數(shù)據(jù)采集卡。該卡具有14位分辨率的A／D轉(zhuǎn)換器，提供了16(雙極)／32(單極)模擬輸入通道，輸入信號幅度可以經(jīng)程控增益放大至合適的范圍，保證佳轉(zhuǎn)換精度；32位PCI總線，支持PCI2．2協(xié)議，即插即用；通道400 kHz采樣頻率，偽同步采樣減少通道間的采樣時差，16 KB深度FIFO存儲器保證數(shù)據(jù)的完整性；軟件部分支持Windows XP系統(tǒng)下的I／O接口儀器驅(qū)動程序，包括對VB、C++、Delphi以及LabVEIW的驅(qū)動程序，編程使用的VB語言運(yùn)用其相應(yīng)的驅(qū)動程序?qū)υ摽ㄟM(jìn)行數(shù)據(jù)采集的編程。
該卡主要分為4大塊：
(1)模擬前端的信號輸入、調(diào)理電路；
(2)對模擬輸入信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換部分；
(3)基于FPGA的控制部分
(4)和上位機(jī)進(jìn)行通信的接口電路。
2 PCI9640數(shù)據(jù)采集的編程實現(xiàn)
該卡能用3種不同方式即非空查詢方式、半滿方式和中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
2．1 PCI9640的設(shè)備管理
由于驅(qū)動程序采用面向?qū)ο缶幊蹋砸褂迷O(shè)備的一切功能，用CreateDevice函數(shù)創(chuàng)建一個設(shè)備對象句柄hDevice，有了這個句柄，就擁有了對該設(shè)備的控制權(quán)。然后將此句柄作為參數(shù)傳遞給其他函數(shù)，如Init-DeviceProAD可以使用hDevice句柄以程序查詢方式初始化設(shè)備的 A／D部件，ReadDeviceProAD函數(shù)可以用hDe-vice句柄實現(xiàn)對A／D數(shù)據(jù)的采樣讀取，SetDeviceDO函數(shù)可用實現(xiàn)開關(guān)量的輸出等。后可以通過ReleaseDevice將hDevice釋放掉。
2．2 用非空查詢方式采集數(shù)據(jù)
有了hDevice設(shè)備對象句柄后，便可用InitDeviceProAD函數(shù)初始化A／D部件，關(guān)于采樣通道、頻率等參數(shù)的設(shè)置是由這個函數(shù)的 pPara參數(shù)結(jié)構(gòu)體決定的。只需要對這個pPara參數(shù)結(jié)構(gòu)體的各個成員簡單賦值即可實現(xiàn)所有硬件參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)的初始化。然后用 StartDeviceProAD啟動A／D部件，開始A／D采樣，然后用ReadDeviceProAD_No-tEmpty反復(fù)讀取A／D數(shù)據(jù)以實現(xiàn)連續(xù)不間斷采樣。當(dāng)需要暫停設(shè)備時，執(zhí)行StopDeviceProAD，當(dāng)需要關(guān)閉AD設(shè)備時，ReleaseDeviceProAD便可實現(xiàn)，但設(shè)備對象hDevice依然存在。ReadDeviceProAD_NotEmpty雖然主要面對批量讀取，高速連續(xù)采集而設(shè)計，但亦可用它以單點或幾點的方式讀取A／D數(shù)據(jù)，以滿足慢速采集需要。具體執(zhí)行程序框圖如圖2所示。
2．3用半滿方式采集數(shù)據(jù)
用StartDeviceProAD啟動A／D部件，開始A／D采樣，接著調(diào)用GetDevStatusAD_Half函數(shù)以查詢A／D的存儲器FIFO 的半滿狀態(tài)，如果達(dá)到半滿狀態(tài)，即可用ReadDeviceProAD_Half函數(shù)一批半滿長度(或半滿以下)的A／D數(shù)據(jù)，然后再接著查詢FIFO的半滿狀態(tài)，若有效再讀取，就這樣反復(fù)查詢狀態(tài)反復(fù)瀆取A／D數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)連續(xù)不間斷采樣。
當(dāng)需要暫停設(shè)備時，執(zhí)行StopDeviceProAD，當(dāng)需要關(guān)閉 A／D設(shè)備時，ReleaseDeviceProAD便可實現(xiàn)，但設(shè)備對象hDevice依然存在。ReadDeviceProAD_Half函數(shù)在半滿狀態(tài)有效時也可以單點或幾點的方式讀取A／D數(shù)據(jù)，只是到下一次半滿信號到來時的時間間隔會變得非常短，而不再是半滿間隔。
2．4用中斷方式采集數(shù)據(jù)
用CreateDevice函數(shù)創(chuàng)建設(shè)備對象，同時調(diào)用CreateSystemEvent函數(shù)創(chuàng)建一個內(nèi)核事件對象句柄hEvent賦給 InitDeviceIntAD的相應(yīng)參數(shù)，它將作為接收A／D半滿中斷事件的變量。啟動A／D部件，開始A／D采樣，接著調(diào)用Win32 API函數(shù)WaitForSingleObject等待hEvent中斷事件的發(fā)生，在中斷未到時，自動使所在線程進(jìn)入睡眠狀態(tài)(不消耗CPU時間)，反之，則立即喚醒所在線程，執(zhí)行它下面的代碼，此時您便可用ReadDeviceIntAD函數(shù)讀取一批半滿長度(或半滿以下)的A／D數(shù)據(jù)，然后再接著等待FIFO的半滿中斷事件，若有效再讀取，就這樣反復(fù)讀取A／D數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)連續(xù)不間斷采樣。用同樣函數(shù)可暫停和關(guān)閉A／D設(shè)備。
3．系統(tǒng)界面
虛擬式汽車檢測儀的軟件界面如圖4所示。
軟件啟動畫面有兩個大內(nèi)容，分別是示波器模式和電壓表模式。示波器項可以顯示汽車各種電子部件產(chǎn)生的在線實時信號；電壓表項可以顯示信號的數(shù)據(jù)大小，要求輸入通道數(shù)(大為32個)和采集頻率，左下框顯示各通道電壓波形的峰峰值和頻率。
4 實驗驗證
4．1 傳感器電壓數(shù)據(jù)顯示
為了驗證此虛擬汽車檢測儀可靠性和效果，在汽車電控電路試驗臺進(jìn)行該車有關(guān)傳感器的實測。把虛擬汽車檢測儀數(shù)據(jù)采集卡的0、1、2、3通道分別與汽車的空氣流量傳感器信號線、節(jié)氣門位置傳感器信號線、節(jié)氣門位置傳感器電源信號線和水溫傳感器信號線相連。圖5為汽車在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時試驗臺上顯示的傳感器電壓值。
圖6是汽車檢測儀在電壓表模式下測出的傳感器電壓值(mV)。試驗臺傳感器電壓顯示值與實測值誤差分析如表1所示。
由表1說明誤差甚小。
4．2 傳感器電壓信號波形顯示
圖7所示為霍爾傳感器信號的脈沖波形，由圖7可以看出，霍爾電壓峰峰值為7．93 V，汽車怠速時的標(biāo)準(zhǔn)電壓為6．00～8．50 V。表明該傳感器顯示波形正常，無故障。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)及其波形圖分析可知，此虛擬汽車檢測儀能滿足汽車傳感器測量要求。另外，軟件界面清晰明了，操作簡單方便。
5.使用PCI9640的優(yōu)勢
利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車檢測儀，能連續(xù)檢測、記錄、顯示和存儲汽車各種汽車電子部件所產(chǎn)生的信號波形和數(shù)據(jù)，從而能迅速準(zhǔn)確地確定故障原因。通過存儲正常波形，用戶可以很容易地建立自己的波形數(shù)據(jù)庫，以備積累經(jīng)驗。本文是針對國內(nèi)汽車檢測的現(xiàn)實情況，嘗試研究開發(fā)集信號采集、處理、分析與管理等較多功能于一體的虛擬式汽車檢測儀。這樣一方面可以將維修人員從繁雜的傳統(tǒng)儀器設(shè)備中解放出來，發(fā)揮虛擬儀器的強(qiáng)大功能；另一方面，開發(fā)這樣的虛擬儀器軟件是針對性地對汽車電子部件檢測而量身打造，不但可以降低成本，而且將來對軟件還可以拓展增加一些功能。并且軟件的界面友好，容易操作。