虚拟仪器汽车仪表盘模拟.docx

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虚拟仪器汽车仪表盘模拟

实验课程名称：

虚拟仪器大作业

题目：

虚拟仪器-汽车仪表盘模拟

注意：

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组长：

组员：

班级：

机电0班

1.实验题目：

虚拟仪器-汽车仪表盘模拟

1.1引言：

汽车仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的窗口,也是汽车高尖技术的主要部分,各个国家一直在努力开发汽车仪表技术,并不断取得新的进展。

我国汽车产业正在蓬勃发展，汽车行业步入快速稳定增长期。

整个行业在经2002年的爆发，05年的恢复性调整以后，自2006年以来已经步入一个长达5-8年（甚至更长）的稳定快速增长期。

2007年1-5月产销两旺，根据中汽协的统计数据，国产汽车销量同比增长22.03%，其中乘用车销售2,572,650辆，同比增长21.09%。

2007年我国汽车市场产销量将达830万辆，总体增长率达16.3%，更促使最近几年我国汽车保有量持续上升，截至2006年年底，我国民用汽车的保有量从1998年不足1500万辆，一举跃升为3568万辆，比2005年增长了12.27%，如此一来，就为我国汽车备件市场提供了庞大的市场需求空间。

然而汽车仪表正逐步向智能化和数字化方向发展,用数字化的虚拟仪表取代我国现阶段普遍采用的电子式或电器式仪表已成为实现车辆自动化的一个重要课题。

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、仪器面板设计等多项内容的虚拟汽车仪表盘。

利用LabVIEW软件产生虚拟转速、耗油、速度等模拟和数字信号源,然后再进行模拟和数字信号的采集和分析,转换建立函数模型在虚拟仪表盘上显示发动机转速、汽车车速、油耗量、温度变化及转向灯等信息。

利用虚拟仪器技术模拟汽车仪表盘,不仅可以完成先进汽车仪表盘的功能,而且还可以免去汽车机械及电子器件,降低成本,提高可研性,在计算机测控技术、汽车电子技术等课程的教学及开放实验中具有广泛的实用价值。

1.2研究的目的、意义以及主要内容

我国汽车仪表经历了第一代机械式仪表，第二代电气式仪表，第三代模拟电路电子式仪表，现在正在向第四代全数字汽车仪表迈进。

然而随着电子控制系统单元（ECU）在汽车上广泛应用，汽车电子化程度要求越来越高。

电控系统的增加虽然提高了汽车的动力性、经济性和舒适性，但是复杂的电路，会导致车身布线庞大而且很复杂，安装空间出现短缺。

为了提高电控单元信息利用率，要求大量的数据信息能在不同的电子单元间可以共享，汽车综合控制系统中大量的控制信号也需要实时交换，不同功能电子控制系统单元间的数据通信变得越来越重要。

因此对电子控制系统单元的设计提出了越来越高的要求，不仅要求通信网络应具有通信速率高、精确高、可靠性高，而且在控制模块上也应具有控制实效性高、空间小等优点。

目前国内汽车仪表行业在整体上仍滞后于整车的发展，“散、乱、差”的状况尚未改变，与国外相比还是有很大的差距，表现在产品技术水平过低，造型比较单调，产品质量可靠性和耐久性也比较差，而且制造工艺落后，产品检测不完善，数字化程度低等方面。

由于当今世界汽车排放、安全、节能和使用性等舒适性能不断提高，使得汽车的电子控制程度要求也越来越高。

汽车电子控制装置必须迅速、准确地处理各种信息，并通过电子仪表显示出来，使驾驶员及时了解并掌握汽车的运行状态和妥善处理各种汽车的情况。

现在，汽车的故障诊断、全球GPS导航和定位系统等大量复杂的信息服务系统已开始大量安装到汽车上，汽车电子仪表作为信息显示终端能够完成这些任务。

汽车电子仪表显示装置不仅能提供大量复杂的信息服务，而且还有精度高和高可靠性、一表多用、外形设计美观、自由度大、满足小型轻量化要求等特点，因此电子仪表显示装置已成为现代汽车的发展新潮流，具有非常广阔的发展空间

1.3系统软件介绍

本设计采用LabVIEW软件进行开发设计。

LabVIEW是美国NI公司的一种基于G语言的虚拟仪器软件开发工具。

它的显著特点是：

采用简单易学的图形化编程，提供众多的设备驱动程序和可供用户直接调用且功能强大的函数库和Windows动态链接库函数，实现多线程编程等高级功能。

并提供灵活的程序调试手段，既可以设置断点又可以设置探针，在程序运行中观察数据流的变化。

LabvIEW编写的程序叫虚拟仪器程序，包括前面板设计和程序图设计2部分。

软前面板代替常规仪器的控制面板，基本由开关、旋钮、表头、显示器等其他部件组成的一个直观视角图。

仪器的程序图设计，是根据仪器的功能来要求，利用虚拟仪器开发平台提供的子模板，确定程序的流程图、处理算法和所实现的技术方法。

流程图与每个仪器的前面板相对应，用户能够直观的通过前面板，用鼠标或控件操作仪器。

LabVIEW具有功能强大的函数模块库，特别适用于测试和控制系统的开发。

结合NI的硬件模块，能够方便的进行采集和分析相关测试数据。

考虑到仪表整体功能测试和模块功能测试的需要，整个流程图主要包括前面模块和程序模板和各个功能测试模块。

根据信号类型将仪表功能测试分为：

车速表测试模块、发动机转速表测试模块、燃油表测试模块等主要功能模块。

1.4虚拟仪器

1.4.1仪器技术的演化与发展历程

电子测量仪器发展至今,大体可分为4代:

模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。

第1代一模拟仪器,这类仪器至今在某些场合被广泛使用着。

如指针一式万用表、晶体管电压表及模拟示波器等,均是典型的模拟式仪器仪表。

这类仪表的基本结构是电磁机械式的,利用电磁测量原理,借助指针的移动或电子束的偏移来显示最终结果。

它们的特点是结构简单,成本较低,易于维护,适用于对精度要求不高的场合。

第2代一数字化仪器,这类仪器目前相当普及,如数字电压表、数字频率计等，这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量,并以数字方式输出最终结果,适用于快速响应和较高准确度的测量。

第3代一智能仪器,这类仪器内置微处理器,既能进行自动测试又具有一定的数据处理能力,可取代部分的脑力劳动,习惯上称为智能仪器。

智能仪器以微电子器件代替常规电子线路,具有信息采集、显示、处理、传输及优化控制等功能,甚至具有辅助专家进行推断分析与决策的能力，它的功能块全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在,无论是开发还是应用,都缺乏灵活性。

第4代一虚拟仪器,这类仪器技术的实质是充分利用最新的计算机技术实现和扩展传统仪器的功能，它利用现有的计算机,配上相应的硬件（如数据采集卡、输入/输出卡、GP工B卡等）和专用软件,形成既有普通仪器的基本功能,又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。

虚拟仪器是现代计算机!

通信技术和测量技术相结合的产物,它从根本上更新了仪器的概念,具有传统仪器无法比拟的优势，它的出现是仪器发展史上的一场革命,代表着仪器发展的最新方向和潮流,是信息技术的一个重要领域。

1.4.2虚拟仪器的概述

虚拟仪器的概念是由美国国家仪器公司最先提出的。

所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等，可集成于自动控制、工业控制系统之中，可自由构建成专有仪器系统。

虚拟仪器是智能仪器之后的新一代测量仪器。

虚拟仪器的核心技术思想就是“软件即是仪器”。

该技术把仪器分为计算机、仪器硬件和应用软件三部分。

虚拟仪器以通用计算机和配备标准数字接口的测量仪器为基础，将仪器硬件连接到各种计算机平台上，直接利用计算机丰富的软硬件资源，将计算机硬件和测量仪器等硬件资源与计算机软件资源有机的结合起来。

1.4.3虚拟仪器的特点及优势

虚拟仪器是基于计算机的功能化硬件模块和计算机软件构成的电子测试仪器，而软件是虚拟仪器的核心，如图2.1所示，其中软件的基础部分是设备驱动软件，而这些标准的仪器驱动软件使得系统的开发与仪器的硬件变化无关。

这是虚拟仪器最大的优点之一，有了这一点，仪器的开发和换代时间将大大缩短。

虚拟仪器中应用程序将可选硬件和可重复用库函数等软件结合在一起，实现了仪器模块间的通信、定时与触发。

由于VI的模块化、开放性和灵活性，以及软件是关键的特点，当用户的测试要求变化时可以方便地由用户自己来增减硬、软件模块，或重新配置现有系统以满足新的测试要求。

这样，当用户从一个项目转向另一个项目时，就能简单地构造出新的VI系统而不丢失己有的硬件和软件资源。

图3-1虚拟仪器开发框图

虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。

虚拟仪器技术十分符合国际上流行的“硬件软件化”的发展趋势，因而常被称作“软件仪器”。

它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据，它操作灵活，完全图形化界面，风格简约，符合传统设备的使用习惯，用户经简单培训即可迅速掌握操作规程。

虚拟仪器是基于计算机的仪器。

计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。

这种结合基本有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是智能化仪器。

随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。

另一种方式是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能，虚拟仪器主要是指这种方式。

虚拟仪器的组成与传统仪器一样，主要由数据采集与控制、数据分析和处理、结果显示三部分组成。

如图2.2所示。

图3-2虚拟仪器的内部功能的划分

对于传统仪器，这三个部分几乎均由硬件完成。

对于虚拟仪器，前一部分由硬件构成，后两部分主要由软件实现。

与传统仪器相比，虚拟仪器设计日趋模块化、标准化，使设计工作量大大减小。

通常虚拟仪器测试系统硬件组成部分是由传感器部件、信号调理及信号采集部件、通用计算机、打印机等构成。

系统软件部分通常用专用的虚拟仪器开发语言编写而成，并可通过Internet实现网络扩展。

1.4.4虚拟仪器硬件的构成

虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。

计算机硬件平台可以是各种功能的计算机,如普通台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等，计算机管理着虚拟仪器的硬件资源,是虚拟仪器的硬件基础。

按照测控功能的不同,Vl可分为GPIB、vXI、PXI、DAQ和串口总线五种标准体系结构。

1.4.5虚拟仪器软件的构成

在虚拟仪器系统中用灵活强大的计算机软件代替传统仪器的某些硬件,特别是系统中应用计算机直接参与测试信号的产生和测量特征的解析,使仪器中的一些硬件甚至整个仪器从系统中“消失”,而由计算机的软硬件资源来完成它们的功。

虚拟仪器测试系统的软件主要分为:

仪器面板控制软件、数据分析处理软件、仪器驱动软件和通用工/0接口软件。

1.5要求：

利用簇模拟汽车控制，如图所示，控制面板可以对显示面板中的参量进行控制。

油门控制转速，转速=油门*100，档位控制时速，时速=档位*40，油量随VI运行时间减少，初始油量设为200升，当油量低于20升，油量指示器闪烁报警。

2.实验目的：

为了对虚拟仪器的更好理解和应用，我们完成了虚拟仪器大作业，一方面可以学到关于虚拟仪器的一些基础知识并且了解labview的操作界面和一些人机交互，另一方面，通过我们大作业的完成，增加了我们团队意识，相互学习，相互帮助，在我们共同努力下，完成了本次作业。

在完成作业的过程中学会了很多，受益匪浅。

3.汽车仪表盘系统功能分析

汽车仪表是用以监测汽车各系统工作状况的装置，如当前车速、里程显示、油量消耗、油耗警告等。

驾驶员能通过汽车仪表随时掌握汽车各部件的工作状态，为正确使用和维修发动机提供依据和指南。

汽车仪表盘主要有以下几大功能：

3.1车速表车速表是用来指示汽车车速的装置。

其单位是公里／小时（表面上标km／h）。

表上的刻度线表示速度，指针指到不同的刻度线表示不同的速度。

车速表用于查看你的行驶速度的应用，支持公里/小时单位。

车速表功能需要较强的GPS信号支持，最高可显示200公里/小时的车速。

3.2转速表转速表是机械行业必备的仪器之一，用来测定电机的转速、线速度或频率。

转速表是用来指示发动机转速的装置，转速表单位是r/min，即显示发动机每分钟转多少转。

为选择正确的换挡时机提供参考，使发动机保持额定转速，以减少发动机的磨损并减少油耗。

3.3油罐。

有关就是燃油表，燃油表在发动机上可以显示油量的指示表可以是指针的也可以是数字显示的燃油表是汽车信号系统的仪表装置之一，它用来显示和监控燃油箱燃油的储备量及燃油的消耗量用来指示燃油箱内的存油量，其单位是升（L），表上的刻度线表示存油量，指针指到不同的刻度线表示不同的存油量并在表盘上显示相应的数据。

若启动引擎后，指针指向与库存油量相对应的位置，否则指针复零。

3.4左右转向灯汽车转向灯是指在车辆转弯时，起到警示车前或车后的行人或车辆的作用的灯它有前、后、侧转向信号灯之分，一般位于车辆的四角。

汽车转弯时，发出明暗交替的闪光信号，以表示汽车向左或向右转向行驶。

3.5油门。

油门控制转速。

3.6档位。

档位控制时速。

4.设计步骤

4.1新建VI

4.2新建簇

4.3创建布尔元件

4.4新建簇2

4.5编辑滑动杆的属性

4.6在程序面板，按名称解绑簇

4.7创建捆绑簇，将程序面板按照逻辑关系连接起来

4.8将布尔元件排列在簇的面板上

4.9在外围增加While循环，在内部增加条件结构

4.10控制油缸程序

4.11最终程序图

4.12前面板图

4.13运行图

4.14当油量低于20时，报警指示灯变色。

5.结论

初步掌握了Labview的基本使用，我们按照题目要求按成了这次题目，设计了时速，转速，油罐，左转灯，右转灯以及油量不足提醒灯等，在制作过程中也出现了许多问题，在小组的讨论下，及时解决了，所以这次这个题目我们做的比较成功。

6.心得体会

大作业的设计是检测学习成果的综合性测试，它不仅要求我们有扎实的专业理论知识和实践操作能力，更要求我们有严谨治学、团结协作的精神。

但由于我们的基础理论知识不够扎实，对新技术的了解也很少，所以我们在设计过程中遇到了许多问题和困难，但在老师的悉心指导帮助下，我们终于顺利地完成了本次课题的设计。

通过这次的设计，我进一步加深了对专业知识的理解。

设计前夕，对于这次课程设计的设计要求有点没头绪，对于要设计的汽车仪表盘的具体设计步骤还不是很清晰。

接下来就进入了设计环节，运用虚拟仪器这门课程中所学到的知识再加上课外书、上网查资料等方式我终于将汽车仪表盘在labview中设计了出来，然而在程序最终的调试中却出现了一些问题，这时候团队的力量就体现出来了，同学们的帮助，老师的悉心指导，使我很快就克服了困难，完成了此次设计，达到了老师的设计要求。

一股成就感不禁油然而生！

通过本次设计，我深刻地认识到了虚拟仪器技术是当代仪器发展的重要发展方向。

虚拟仪器也以崭新的模式和强大的功能深入人心，伴随计算机技术和信息技术的发展虚拟仪器必将拓展到各个领域，引起仪器的深层次变革。

7.参考文献

[1]杨乐平，李海涛，杨磊编著.LabVIEW程序设计与应用（第二版）.北京：

电子工业出版社，2007

[2]刘君华主编.基于LabVIEW的虚拟仪器设计.北京：

电子工业出版社，2003

[3]黄松林，吴静编著.虚拟仪器设计教程.北京：

清华大学出版社，2008

[4]陆绮荣编著.基于虚拟仪器技术个人实验室的构建.北京：

电子工业出版社