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汽车虚拟仪表实验台及控制系统设计

杨春园，指导教师：郑永军

中国农业大学机械电子工程系（100083）

摘要：汽车仪表盘可以反映汽车的多种工作参数，虚拟仪器技术取代传统仪器的部分功能是当今仪器仪表技术的一大趋势。本设计建立了汽车运行原始参数的模型，利用PCI6011数据采集卡，结合虚拟仪器和汽车仪表技术，实现了对汽车运行状态参数（流量、转速）的模拟量输出和采集分析，经相应转换，在虚拟汽车仪器面板上实现了转速、速度、加减速、油耗、超速报警等内容的显示，并输出转速的数字量至LED显示。设计主要应用Labwindows/CVI虚拟仪器开发平台进行开发。

关键词：计算机测控，汽车仪表板，虚拟仪器1.引言

利用虚拟仪器技术模拟汽车仪表盘，设计综合数据采集、信号分析、仪器面板等多个内容的虚拟仪器，包括设计虚拟实验台，提供转速、流量等源信号，设计信号采集系统，设计程序进行信号分析与转换函数，在汽车虚拟仪表中显示转速、速度、加减速、油耗、超速报警等信息。程序为实验台预留RS232接口。利用虚拟仪器技术模拟汽车仪表盘，不仅可以完成一般指示仪表的功能，而且由于免去了许多机械电子仪器部件,减小了仪表板受湿度、振动和其他一些条件影响。

2.汽车发动机参数的模拟和汽车虚拟仪表设计的总体方案

2.1实验的设计方案

分析汽车运行中的转速、燃料流量等模型，模拟上述源信号，显示在输出面板上；通过数据卡D\A转换输出上述源信号；输出的模拟信号连接到采集卡模拟输入端口,经A/D转换读入计算机中，处理后显示在虚拟汽车仪表面板上；同时将部分参数数字输出，驱动显示装置，I/O输出驱动报警装置[1]。

关键部分描述：（1）、模拟汽车转速、流量参数：实际中转速、流量等源信号是通过传感器测量得到的模拟量[2]，考虑设计成本和实验条件，硬件实验台设计采用LabWindows/CVI软件模拟，模拟的转速信号为表盘上显示的数字值，流量信号为一定时间的油减少量。为了使实验尽量符合实际情况，将这些数字量通过数模转换成模拟量输出。此方法节约实验成本，方便进行设计调试，简化实验条件，对实验内容灵活安排，能得到相对满意的试验。（2）、参数采集及处理流程：该方案的采集及处理流程主要也是由CVI软件完成，是将以上模拟的两个输出参量采集进入计算机，经过处理后作为源参量，再由它们导出其它的汽车参数[3]。处理流程如图1。

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图1参数的处理流程图

2.2方案能实现以下几方面功能

在虚拟仪器前面板上显示转速、速度值、显示百公里油耗（L/100km）、超速报警、档位等等；指示加速或减速；通过模-数转换实现模拟量的输入，通过数-模转换实现模拟量的输出；如果车速超过90km/h,则报警灯发光二极管亮，实现开关量的输出。实现转速的数字量输出，并用四位LED动态显示；

2.3汽车工作参数模拟和虚拟仪表控制系统设计的几个模块及其要求

对于几个重要模块（图2）的要求如下：

①人机接口，采用windows风格的可视化界面，在界面上可以直观的反应汽车工作的各种参数，起到了汽车仪表板面的作用，用户还可以根据需求在面板上增加显示其它有关汽车运行状况的参数[4][5][6]。

②模拟信号输出输入模块，可以实时采集汽车参数值。本设计中此模块内容是软件产生的两种数字信号经过两路数模转换输出模拟量再经过模数转换采集进入计算机显示在虚拟面板上。

③数字信号输出输入部分，数字信号输出DO为16路，输出的为开关量信号。

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图2汽车虚拟仪表台功能模块

④控制计算机，装有SFPCI-6011卡，可以接收操作者的控制要求，接受外部信号并将采集到的数据处理、转换后显示在软件面板上，。

⑤数字显示部分，用四位LED显示数字输出接口输出的四位数字转速信号。

3.汽车虚拟仪表参数的计算模型

3.1通常行驶状态下的转速模拟

本设计中模拟的转速函数及其对应的速度函数如图3，采集进来的数据可以直接作为转速值r显示在面板上，由于模拟的汽车转速信号与速度成正比的，则

速度:v=π*D*r*60/1000公式1

D为车轮直径；v为汽车转速（单位km/h）；π取3.14。加速度：为单位时间内的速度变化值，

a=(v2-v1)/t公式2