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2.2設計方案 2.2.1設計內容 本文要研究的內容是要研制出基于LabVIEW的便攜式汽車儀表測試系統。所以首先要對儀表的種類和構造進行研究，了解和分析汽車中車速表、轉速表、水溫表、燃油表、里程表、各種LED報警燈、LCD等的結構原理以及他們的顯示原理，分析它們工作時的參數以及這些表的國家標準等。 本文其次要研究的是LabVIEW，在本課題中用LabVIEW作為便攜式汽車儀表檢測系統的軟件平臺，所以在研究中我們把LabVIEW用作儀表測試結果的顯示和儀表信號的輸入。所以LabVIEW也本課題要研究的重要內容之一。 本文研究內容還包括汽車中的通信模塊，在本論文中用到CAN總線以及PXI板卡，所以在研究中我們要研究它們在汽車中是怎樣通信的，研究出怎么連接才能使我們最快最準確的數據。 2.2.2研究方法 本文在實驗室研究，由本文研究負責人對整個方案的硬件和軟件所需的數據進行收集整理，再對收集回來的相關參數進行分析，接著就是硬件平臺的搭建，硬件平臺的搭建就在論文負責人能夠使用的各個汽車相關實驗室之間進行搭建，論文用到的軟件平臺由實驗室提供的LabVIEW，它作為軟件平臺為硬件提供測試參數和用來校準的儀表，測試系統的通信模塊用來連接我們的硬件和軟件并在其中傳送信息。測試模塊中用到的總線，要我們在實驗室測試過程中進行選擇，這就是整個方案的研究方法。 2.2.3技術路線 汽車儀表測試系統的開發要求針對不同的車型，能夠模擬產生出儀表所需的各種采集信號信息，并且能夠通過CAN接口與被測儀表進行通信。本文介紹的測試系統包括以下主要功能： 車速里程表的脈沖信號模擬產生采集對比; 發動機轉速表的脈沖信號模擬產生采集對比; 車輛燃油表信號模擬產生采集對比; 車輛水溫表信號模擬產生采集對比; 各種車燈、車窗、車門等車身開關信號模擬產生采集對比。 數字儀表具有CAN通信接口，作為一個CAN節點，可以與車上CAN網絡上的其他節點進行通信。 本文利用NI公司的軟硬件系列產品和一塊自己研發的數據通信轉換卡，根據便攜式汽車儀表檢測系統所需要的各種模擬、數字、開關、CAN等各種信號參數，采用NI的PXI板卡和數據通信轉換卡連接好硬件電路，在此硬件基礎上，通過NI公司的LabVIEW軟件平臺對整個測試系統進行開發，最終研發出一個完整的便攜式汽車儀表檢測系統的方案。 1、汽車儀表測試系統的硬件系統主要包括工控機(是整個控制系統的大腦)、PXI板卡(PXI6528是一塊靜態數字I/O板卡，專門針對某些變化緩慢的數字信號，并且具有24路輸入和24路輸出，既可以采集數字信號，又可以向外輸出)、信號接線盒、數據通信轉換板卡、CAN卡、可編程網絡電阻、供電電源以及被檢測儀表等主要部分，其組織結構圖如圖2-4所示。 2、儀表檢測系統軟件采用NI公司的LabVIEW平臺進行設計，本系統采用LabVIEW的圖形化程序語言，以一種很直觀的方法建立前面板人機界面和程序框圖，其組織結構圖如圖2一5所示。 3、儀表的測試平臺分為兩個部分：其中一部分是各種模塊功能測試的切換按鍵;另一部分是模擬汽車儀表板的顯示界面，如車速表、轉速表、水溫表、燃油表、里程指示以及各種報警和開關信號等信息顯示。 第三章硬件結構 3.1硬件簡介 3.1.1工控機 工控機即工業控制計算機，但現在的叫法是產業電腦或工業電腦，英文簡稱IPC，全稱IndustrialPersonalcomputer.工控機通俗的說就是專門為工業現場而設計的計算機。如圖3一1工控機機箱圖 IPC的技術特點： 1、采用符合“ElA”，標準的全鋼化工業機箱，增強了抗電磁干擾能力。 2、采用總線結構和模塊化設計技術。CPU及各功能模塊皆使用插板式結構，并帶有壓桿軟鎖定，提高了抗 沖擊、抗振動能力。 3、機箱內裝有雙風扇，正壓對流排風，并裝有濾塵網用以防塵。 4、配有高度可靠的工業電源，并有過壓、過流保護。 5、電源及鍵盤均帶有電子鎖開關，可防止非法開、關和非法鍵盤輸入。 6、具有自診斷功能。 7、可視需要選配I/O模板。 8、設有“看門狗”定時器，在因故障死機時，無需人的干預而自動復位。 9、開放性好，兼容性好，吸收了PC機的全部功能，可直接運行PC機的各種應用軟件。 10、可配置實時操作系統，便于多任務的調度和運行。 11、可采用無源母板(底板)，方便系統升級。 IPC的主要結構： 1、全鋼機箱 IPC的全鋼機箱是按標準設計的，抗沖擊、抗振動、抗電磁干擾，內部可安裝同PC一bus兼容的無源底板。 2、無源底板 無源底板的插槽由ISA和PCI總線的多個插槽組成，ISA或PCI插槽的數量和位置根據需要有一定選擇，該板為四層結構，中間兩層分別為地層和電源層，這種結構方式可以減弱板上邏輯信號的相互干擾和降低電源阻抗。底板可插接各種板卡，包括CPU卡、顯示卡、控制卡、I/O卡等。 3、工業電源 為AT開關電源，平均無故障運行時間達到250000小時。 4、CPU卡 IPC的CPU卡有多種，根據尺寸可分為長卡和半長卡，根據處理器可分為386、486、586、Pll、PIH主板，用戶可視自己的需要任意選配。其主要特點是：工作溫度O一60℃;裝有“看門狗”計時器;低功耗，最大時為5V/2.5A. 5、其他配件 IPC的其他配件基本上都與PC機兼容，主要有CPU、內存、顯卡、硬盤、軟驅、鍵盤、鼠標、光驅、顯示器等。 國內生產工控機的廠家有研祥、華北工控、研華、愛雷絲等。國外的工控機西門子的很出名。工控機箱標準長度為19英寸，高度為4U. 6、適用領域 目前，IPC已被廣泛應用于工業及人們生活的方方面面。 例如：控制現場、路橋收費、醫療、環保、通訊、智能交通、監控、語音、排隊機、POS、數控機床、加油機、金融、石化、物探、野外便攜、環保、軍工、電力、鐵路、高速公路、航天、地鐵等等。 7、工控機特點 工控機通俗的說就是專門為工業現場而設計的計算機，而工業現場一般具有強烈的震動，灰塵特別多，另有很高的電磁場力干擾等特點，且一般工廠均是連續作業即一年中一般沒有休息。因此，工控機與普通計算機相比必須具有以下特點： l)機箱采用鋼結構，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。 2)機箱內有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽。 3)機箱內有專門電源，電源有較強的抗干擾能力。 4)要求具有連續長時間工作能力。 5)一般采用便于安裝的標準機箱(4u標準機箱較為常見) 目前工控機的劣勢： 盡管工控機與普通的商用計算機機相比，具有得天獨厚的優勢，但其劣勢也是非常明顯的一數據處理能力差，具體如下： 1)配置硬盤容量小; 2)數據安全性低; 3)存儲選擇性小： 4)價格較高。 工控機箱內部結構：硬盤架、光驅架：硬盤架一般分兩種，一種是分拆式，一種是壓卡式。 品質優異的機箱一般都帶金屬彈簧防震功能;安裝硬盤數量一般從4-15個。 底板：底板的規格有多種;主要以主板的規格來劃分。普通的主板一般都可以安裝;其中52Omm以下長度的機箱是安裝不了12*13的強大板的主板的，必須要520mm長度的機箱才能安裝。 壓卡條：主要起固定作用。有安防監控的安裝視頻長卡，或者是工業CPU長卡時，必須要固定長卡，以免使用過程中出現晃動，不牢固等現象。 后槽的擴展：有7槽或14槽兩種;14槽的背板主要的用途是安裝多路視頻卡，比如有些大型的監控系統，則要64路，或者128路時，必須要換成14槽的背板。 工控機箱的導熱：散熱結構的合理性是關系到計算機能否穩定工作的重要因素。目前最有效的機箱散熱解決方案是利用互動散熱通道結構散熱：外部低溫空氣由機箱前部12Omm高速滾珠風扇和機箱兩側散熱孔吸入進入機箱，經過硬盤架、南北橋芯片、各種板卡、北橋芯片，最后到達CPU附近，在經過CPU散熱器后，熱空氣一部分從機箱后部的兩個80mm高速滾珠排氣風扇抽出機箱，另外一部分通過電源風扇排出機箱。機箱風扇采用滾珠風扇，其優點是風量大、轉速高、發熱少、壽命長、噪音低，避免了過大的噪音，真正實現了“綠色”散熱。 8.工控機箱的抗震 工控機箱在工作的時候，由于機箱內部的光驅、硬盤、機箱里的多個風扇在高速運轉的時候都會產生震動，而震動很容易導致光盤讀錯和硬盤磁道損壞以至丟失數據，所以機箱的抗震性也是我們機箱關鍵的一個結構設計方案。因為考慮到機箱的抗腐蝕、導電、導熱等的內部要求，我們的機箱減震系統全部采用金屬材料制成，這比起用橡膠材料做減震不但能達到上述要求，還能起到抗老化，耐熱等作用。這套減震系統的解決方案得到了國內外客戶的好評。 工控機箱的電磁屏蔽：主機在工作的時候，主板、CPU、內存和各種板卡都會產生大量的電磁輻射，如果不加以防范也會對人體造成一定傷害。這個時候機箱就成為了屏蔽電磁輻射，保護我們健康的一道重要防線。 屏蔽良好的機箱還可以有效地阻隔外部輻射干擾，保證計算機內部配件不受外部輻射影響。工控機箱為了增加散熱效果，機箱上必要的部分都會開孔，包括箱體側板孔、抽氣扇進風孔和排氣扇排風孔等等，所以孔的形狀必須符合能阻擋輻射的技術要求。機箱上的開孔要盡量小，而且要盡量采用阻隔輻射能力較強的圓孔。其次，要注意各種指示燈和開關接線的電磁屏蔽。比較長的連接線需要設計成絞線，線兩端的裸露的焊接金屬部分必需用膠套包裹，這樣也避免了機箱內用電線路產生的電磁輻射。 工控機在基于LabVIEW便攜式汽車儀表檢測儀中的是起到總體控制整個檢測系統的作用，它就相當于人體的大腦一樣，所有儀表信息的采集、處理、對比、反饋都由它來完成。 |
