解析油微量水分自動測試儀的系統(tǒng)研制

使用NI 公司的LabVIEW 圖片控制工具包，IMAQ 可視化軟件，研制一臺

以筆記本電腦為主體，插入相應(yīng)的DAQ 數(shù)據(jù)采集卡，與形式多樣的各種傳感器組成融為一體的積木化汽車儀器設(shè)備檢定測試系統(tǒng)。

介紹：

長期以來，汽車行業(yè)安全檢測線國家強(qiáng)制性檢定項(xiàng)目,以工程車為運(yùn)載工具，攜帶大量的各種汽車檢定儀器，滿足對汽車制造業(yè)生產(chǎn)*線儀器不同參數(shù)的計量檢定。

新近研制的該虛擬儀器檢定、測試系統(tǒng),采用美國國家儀器公司的LabVIEW 虛擬儀器軟件包設(shè)計，具有頁面簡捷，易于操作等特點(diǎn)，硬件亦采用該公司配套的多功能數(shù)據(jù)采集卡，具有集成度高、性能超群、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，傳感器選用各國公司產(chǎn)品（如：力傳感器選用美國METTLER TOLEDO 公司產(chǎn)品，光電傳感器選用德國DATRON公司產(chǎn)品，位移傳感器選用德國HBM 公司產(chǎn)品，各傳感器精度控制在0.3‰之內(nèi)），從而系統(tǒng)精良，數(shù)據(jù)處理可信度在同類產(chǎn)品中略高*。

進(jìn)入LabVIEW 軟件程序設(shè)計：

（1） 快捷的設(shè)計

National Instruments 公司LabVIEW 圖片控制工具包中的“Search Example”（搜索范例） 、“Solution Wizard”（解決方案向?qū)?span lang="EN-US">） 欄目為用戶提供了一條周密祥盡的編程思路，同時又是一種方便快捷的使用途徑，許多范例舉一反三，在此基礎(chǔ)上略加改變，就可輕松地成為用戶所需的素材，所以可得到事半功倍的效果。例如，在“ FrequencyMeasurement”（頻率測量）自定義數(shù)據(jù)采集解決方案向?qū)е?，加?“Wheel Diameter Input”（車輪直徑輸入）功能及頻率/車速換算公式，并在數(shù)據(jù)采集卡的CLKB1 端口接入德國DATRON公司光電傳感器產(chǎn)品，在被測車輪鋼圈側(cè)面粘貼反光紙，用來測量車輪的轉(zhuǎn)動速率，即可制作成一臺測量汽車瞬時車速的儀器。再作一些適當(dāng)變換就能改編成一臺高度精良的車速檢定測試系統(tǒng)。

在編制虛擬儀器框圖程序時，亦可在“Open VI”（打開虛擬儀器）中查找“Examples”（范例）“Activity”（控件）等欄目內(nèi)直接取用與用戶較近的現(xiàn)成VI子程序，在此基礎(chǔ)上再作適當(dāng)修改。這樣一來可以立即引用成熟的框圖程序，少走編程過程中的彎路，加速整個開發(fā)周期所用的時間。例如，汽車制動踏板力、手剎車?yán)z定測試系統(tǒng)，采用“ Single-Point Strain Gauge Measurement” （單點(diǎn)應(yīng)變量測量）范例，再作一些適當(dāng)改編，選用美國METTLER TOLEDO 公司力傳感器產(chǎn)品，就能變換成一臺高度精良的汽車制動力檢定測試系統(tǒng)。

虛擬儀器與單片機(jī)開發(fā)儀器相比，硬件工作量明顯減輕，可節(jié)省大量選購電子元件過程，印刷電路板設(shè)計難度被簡化，安裝調(diào)試過程中使用的儀器大大地減少了，整個開發(fā)周期縮短許多倍。另外，儀器的可塑性很大，隨時隨地可按照實(shí)際情況增減功能,改進(jìn)設(shè)計方案，其*性是無比的；單片機(jī)開發(fā)的儀器使用若干年后，因?yàn)橛脩籼岢鲂碌囊?，原來設(shè)計功能不能適應(yīng)變化的環(huán)境而被淘汰；虛擬儀器應(yīng)用若干年后，日積月累，隨時隨地可以不斷改進(jìn)更新功能，因而越用越完善、越貼近用戶；尤其是當(dāng)單片機(jī)開發(fā)單臺儀器時，開發(fā)專項(xiàng)新產(chǎn)品的設(shè)計者積累的感性認(rèn)識被限制在當(dāng)時的一定范籌內(nèi)，從設(shè)計到變成儀器，受到時間跨度和經(jīng)費(fèi)支出的一定程度限制，其可靠性、穩(wěn)定性常造成先天性不足，事后亦難以彌補(bǔ)解決。虛擬儀器的硬件、軟件是常年累月地由一套機(jī)構(gòu)、一個群體的智慧，是成批量的產(chǎn)物，其成熟性，可靠性，穩(wěn)定性是不容置疑的。而且，軟件中如有不滿足之處，事后彌補(bǔ)輕而易舉徒手之勞。它又是零編程設(shè)計、模塊化的集成，直觀性強(qiáng)，即使是非計算機(jī)專業(yè)對口人才，通過簡單培訓(xùn)也能容易地進(jìn)行修改。本應(yīng)用方案在減少開發(fā)時間和降低成本方面的優(yōu)勢看來，應(yīng)用LabVIEW *性是確切的。

（2）油微量水分自動測試儀的系統(tǒng)研制

傳統(tǒng)儀器智能化數(shù)據(jù)處理幾乎是不可能的，而虛擬儀器通過內(nèi)裝的功能強(qiáng)大的信號處理軟件，分析所采集到的數(shù)據(jù)，直觀性*。該軟件包漢化簡便，可與Office 中的Word 字處理、Excel 電子數(shù)據(jù)表方便地連結(jié)，隨意自如地按照設(shè)計者的思路，進(jìn)行科學(xué)計算及文字處理，儲存打印輸出規(guī)范化的測試、檢定報告。根據(jù)需要亦可及時改進(jìn)版面格式。

虛擬儀器從實(shí)用性向趣味性滲透的效果也是顯而易見的，圖片和聲音功能的應(yīng)用使得該虛擬儀器檢定系統(tǒng)，既能達(dá)到常規(guī)的測量性能指標(biāo)設(shè)計要求，又能滿足進(jìn)行測量檢定時，人性化親切友好的平臺界面。為此，它可與圖形文件相連結(jié)，從而可以圖文并茂地輸出各種圖表文件。還可將圖片制作成動畫片，再根據(jù)使用場景配音，發(fā)揮男、女、老、幼各自語音的魅力，制作豐富多彩，生動活潑的畫面來襯托常規(guī)的告示，故障報警等，從而使其更具有親切友好的人性味，使用戶感覺到它不僅是一臺測試儀器，而且是一位趣味橫生的“伙伴”。當(dāng)測試、檢定過程中遇到問題時，根據(jù)場景專門增設(shè)了熱情洋溢的提示，使您恍然大悟，倍受鼓舞；頁面報警顯示一目了然，使你思量無暇感嘆萬分；當(dāng)測試完成后，天真活潑的卡通圖片與娓娓動聽的語言，使您進(jìn)入心曠神怡情真意切的境地。然而即便如此，使用時間長久后，用戶也會感到厭倦發(fā)膩。好在計算機(jī)硬盤的容量迅猛發(fā)展，不必為硬盤的容量不足而擔(dān)憂，為此制作豐富多彩的新潮圖片、動畫片和語音，供不同層次的用戶選擇，并用隨機(jī)排序方式輸出，從而避免了單調(diào)貶味的感覺。

文件輸入輸出功能巧妙應(yīng)用，為用戶學(xué)習(xí)使用該虛擬儀器提供方便，可以從幫助欄內(nèi)查閱相關(guān)的性能指標(biāo)、簡明扼要的使用方法以及技術(shù)服務(wù)等內(nèi)容。

總而言之，盡力避免閑置NI 產(chǎn)品各種不同類型的功能，充分發(fā)揮潛力能夠做出盡善盡美的儀器。

（3） 油微量水分自動測試儀的系統(tǒng)研制

虛擬儀器使用范圍極其廣泛，傳感器的種類數(shù)不勝數(shù)，聯(lián)結(jié)件形狀千姿百態(tài)，而且大多數(shù)是原裝的標(biāo)準(zhǔn)件，可連接到相關(guān)系列產(chǎn)品的常規(guī)儀器上，“殘忍地”對它宰一刀，統(tǒng)一換成一種形狀的連接件亦不現(xiàn)實(shí)。如果為了兼容把形式多樣的插座制作在一塊接口板上，恐怕要設(shè)計一塊比虛擬儀器尺寸大若干倍的“ 海量 ”接口板，才能勉強(qiáng)應(yīng)付。

為此，我們采用兩種方案來彌補(bǔ)上述缺陷：

１．虛擬儀器上配置zui常用的典型插座，設(shè)計在多塊印刷電路板上，從而免去傳統(tǒng)工藝中與儀器機(jī)箱間亂如蛛網(wǎng)的連接線，并且直接插到輸入、輸出卡槽內(nèi)，而且可根據(jù)不同需要自由組合。

２．若傳感器無法直接與虛擬儀器的任何一塊接口板相連接，則在儀器與傳感器之間用連接插頭線過渡。因此，較好地解決了傳感器與虛擬儀器間連接問題。虛擬儀器得心應(yīng)手地構(gòu)建了用戶自己定義的測量方案，真正地把心想事成變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

Natinal InstrumentsLabVIEW 軟件是一種新型的語言結(jié)構(gòu)，與市面上常見的Microsoft Visual Basic軟件相比顯得更方便、更易學(xué)。但它畢竟是一種語言，需要花費(fèi)一定的時間掌握它、用好它、精通它，必然要耗費(fèi)大量的精力。為此，建議對*次使用的新用戶，應(yīng)該適當(dāng)?shù)卦黾优嘤?xùn)時間，培訓(xùn)費(fèi)亦可計入軟件成本，才能更快更好地得到推廣應(yīng)用。筆者是一位從事非標(biāo)儀器硬件設(shè)計的工程技術(shù)人員，從對NI 虛擬儀器軟件一無所知到真正投入zui初階段似懂非懂地應(yīng)用，化成去了3 ~ 6個月的時間，如果要進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)，預(yù)計還要耗費(fèi)1 ~ 2 年時間。

外語和本國的母語相比，畢竟存在著語言理解上的差距，往往采用上機(jī)反反復(fù)復(fù)試驗(yàn)的方法來加深理解。若能提供中文信息資料，使用的效果將會更快、更好、更確切。廣告詞中的“ …… 幾秒鐘內(nèi)生成應(yīng)用程序”應(yīng)該是極個別軟件制造商或是精通該軟件的人士。這種輿論誤導(dǎo)使得*層對使用NI 產(chǎn)品的工程技術(shù)人員壓力太大。有些常規(guī)的功能，如Reset（儀器復(fù)位） 、 Zero （零位顯示） 、Clear（總清） 、Add（累加和） 、Select （功能選擇） 、 Manual/Auto （手動的/自動的） 、Start（測量開始） 、Stop（測量停止）、Calibration（準(zhǔn)確度校準(zhǔn)） 、Print（打印） 、Plot（繪圖） 等幾乎大多數(shù)儀器都會用到，應(yīng)當(dāng)提供成熟的編程范例，使用戶取之即用*的效果。

筆者在使用中，曾為力傳感器輸出某一不確定值作為零點(diǎn)（如：電子秤上放置隨意大小輕重不一的托盤之后，作為零點(diǎn)），然后再進(jìn)行測量計算費(fèi)盡心血，而且自己至今感覺效果不理想。虛擬儀器面板上的控制元件圖形，與迅猛發(fā)展的時代潮流相比，顯得不夠入伍，建議盡快地推出更新、更美、更柔和的圖形圖案，并開放用戶圖形圖案界面，由用戶創(chuàng)意新器件來補(bǔ)充圖庫。

National Instruments公司的軟件、硬件性能超群，這是的，但是比同類產(chǎn)品的價格貴許多，這就限制了普及推廣應(yīng)用。薄利多銷是占領(lǐng)*關(guān)鍵所在，因經(jīng)濟(jì)因素使得忠實(shí)而信賴的用戶被無可奈何地跑掉，實(shí)在令人觸景傷情！是否可以換一種思維方法來改變現(xiàn)狀。