基于虛擬儀器的汽車檢測儀設計與實現

0 引 言
汽車產業(yè)已成為國民經濟增長的一個亮點，隨著科學技術的發(fā)展，汽車檢測經歷了人工檢驗、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雜、穩(wěn)定性差、檢測效率低、檢測誤差大等缺點。電子技術和計算機技術在汽車上的普及運用，對汽車售后維修服務提出了更高要求，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數據或曲線，以此來進行汽車故障的診斷。近年來，國內外很多公司和高校把虛擬儀器技術運用到生產和科研中，取得了一定的經濟和社會效益。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)豐富并增強了傳統(tǒng)儀器的功能；(3)測量穩(wěn)定性與重復性好；(4)經濟性好；(5)系統(tǒng)構建周期短，易于進行功能擴展。將虛擬儀器引入到汽車行業(yè)，為汽車檢測技術帶來了新的活力。
影響最大的虛擬儀器編程語言是美國NI公司的LabVEIW和LabWindoWs／CVI，還有其他基于WINDOWS操作系統(tǒng)的可視化編程工具如VB、C++、Delphi等。VB是一種非常方便的Windows應用程序編程開發(fā)平臺，它最有力的就是快速創(chuàng)建可視化用戶界面，把復雜而完善的Windows操作系統(tǒng)的使用融于易于學習和使用的高級語言中，因而受到廣大工程技術人員的普遍歡迎。

1 虛擬式汽車檢測儀的結構
開發(fā)的汽車檢測儀是基于數據采集卡的PC-DAQ結構。系統(tǒng)的結構如圖1所示，由硬件和軟件兩大部分構成。

硬件的核心是一臺PC，I／O接口設備采用阿爾泰的PCI2006數據采集卡。該卡具有14位分辨率的A／D轉換器，提供了16(雙極)／32(單極)模擬輸入通道，輸入信號幅度可以經程控增益放大至合適的范圍，保證最佳轉換精度；32位PCI總線，支持PCI2．2協(xié)議，即插即用；單通道400 kHz采樣頻率，偽同步采樣減少通道間的采樣時差，8 KB深度FIFO存儲器保證數據的完整性；軟件部分支持Windows XP系統(tǒng)下的I／O接口儀器驅動程序，包括對VB、C++、Delphi以及LabVEIW的驅動程序，編程使用的VB語言運用其相應的驅動程序對該卡進行數據采集的編程。
該卡主要分為4大塊：(1)模擬前端的信號輸入、調理電路；(2)對模擬輸入信號進行AD轉換的模數轉換部分；(3)基于FPGA的控制部分；(4)和上位機進行通信的接口電路。

2 PCI2006數據采集的編程實現
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行數據采集。
2．1 PCI2006的設備管理
由于驅動程序采用面向對象編程，所以要使用設備的一切功能，用CreateDevice函數創(chuàng)建一個設備對象句柄hDevice，有了這個句柄，就擁有了對該設備的絕對控制權。然后將此句柄作為參數傳遞給其他函數，如Init-DeviceProAD可以使用hDevice句柄以程序查詢方式初始化設備的A／D部件，ReadDeviceProAD函數可以用hDe-vice句柄實現對A／D數據的采樣讀取，SetDeviceDO函數可用實現開關量的輸出等。最后可以通過ReleaseDevice將hDevice釋放掉。
2．2 用非空查詢方式采集數據
有了hDevice設備對象句柄后，便可用InitDeviceProAD函數初始化A／D部件，關于采樣通道、頻率等參數的設置是由這個函數的pPara參數結構體決定的。只需要對這個pPara參數結構體的各個成員簡單賦值即可實現所有硬件參數和設備狀態(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反復讀取A／D數據以實現連續(xù)不間斷采樣。當需要暫停設備時，執(zhí)行StopDeviceProAD，當需要關閉AD設備時，ReleaseDeviceProAD便可實現，但設備對象hDevice依然存在。ReadDeviceProAD_NotEmpty雖然主要面對批量讀取，高速連續(xù)采集而設計，但亦可用它以單點或幾點的方式讀取A／D數據，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 用半滿方式采集數據
用StartDeviceProAD啟動A／D部件，開始A／D采樣，接著調用GetDevStatusAD_Half函數以查詢A／D的存儲器FIFO的半滿狀態(tài)，如果達到半滿狀態(tài)，即可用ReadDeviceProAD_Half函數一批半滿長度(或半滿以下)的A／D數據，然后再接著查詢FIFO的半滿狀態(tài)，若有效再讀取，就這樣反復查詢狀態(tài)反復瀆取A／D數據即可實現連續(xù)不間斷采樣。