【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ASIC，LabWindows/CVI等；B、圖形化編程語(yǔ)言如LabVIEW，HPVEE等。——LabVIEW 概述LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench——實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）是一種圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。它是一種32位的編譯型圖形化編程語(yǔ)言，因此美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)將它稱之為G語(yǔ)言(Graphical Programing Language——圖形化編程語(yǔ)言)[10]。1986年LabVIEW之父Jeff Kodosky正式宣布了LabVIEW的誕生，經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，發(fā)展到現(xiàn)在的版本，LabVIEW已經(jīng)成為測(cè)試測(cè)量和控制行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)軟件開發(fā)平臺(tái)[11]。LabVIEW與傳統(tǒng)編程有著顯著的區(qū)別，傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)句和指令的先后順序決定程序的執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序的執(zhí)行順序。它用圖表表示函數(shù)，用連線表示數(shù)據(jù)流向[12]。使用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器，與以往測(cè)試儀器相比，可以提高效率410倍[13]。同時(shí)利用其模塊和遞歸方式，用戶可以從自己的需求出發(fā)，在很短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建、設(shè)計(jì)自己的所需要的虛擬儀器，并且可以隨心所欲地組合儀器的前面板，然后經(jīng)過簡(jiǎn)單的連線操作，一臺(tái)功能復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)就可以展現(xiàn)在用戶面前。 LabVIEW的特點(diǎn)[12]（1) 提供了豐富的圖形控件，并采用圖形化編程方法，徹底把工程師們從復(fù)雜苦澀的文本編程工作解放出來。（2） 內(nèi)建的編程器在用戶編寫程序的時(shí)候就在后臺(tái)自動(dòng)完成了編譯。因此用戶在編寫程序的過程中如果有語(yǔ)法錯(cuò)誤，它會(huì)立即被顯示出來.（3） 由于采用數(shù)據(jù)流模型，他實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的多線程，從而能充分利用處理器尤其是多處理器的處理能力。（4） 通過DLL，CIN節(jié)點(diǎn)，ActiveX，NET或MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)等技術(shù)，可以輕松實(shí)現(xiàn)LabVIEW與其他編程語(yǔ)言混合編程。（5） 通過應(yīng)用程序生成器可以輕松地發(fā)布EXE、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)或安裝包。（6） LabVIEW提供了大量的驅(qū)動(dòng)與專用工具，幾乎能與任何接口的硬件輕松連接。（7） LabVIEW內(nèi)建600多個(gè)分析函數(shù)，用于數(shù)據(jù)分析和信號(hào)處理。（8） NI同時(shí)提供了豐富的附加模塊，用于擴(kuò)展LabVIEW在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用。 LabVIEW ，具有一些新的特性，具體如下：（1） 效率的再次提高；（2） 更靈活的分析與數(shù)據(jù)表達(dá)；（3） 專為工業(yè)級(jí)應(yīng)用而優(yōu)化的LabVIEW實(shí)時(shí)模塊。 LabVIEW的應(yīng)用[8]目前隨著虛擬儀器的發(fā)展，LabVIEW廣泛應(yīng)用于航空航天、通信、汽車、半導(dǎo)體、生物技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域。LabVIEW主要應(yīng)用可以體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面。（1） 自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)在測(cè)試與測(cè)量方面，LabVIEW已經(jīng)成為該領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其提供的大量的開發(fā)工具使復(fù)雜的測(cè)試與測(cè)量任務(wù)變得簡(jiǎn)單易行。（2） 工業(yè)控制和控制平臺(tái)LabVIEW常常用于苛刻的工業(yè)應(yīng)用，例如需要高級(jí)I/O，包括高速模擬信號(hào)采集；振動(dòng)監(jiān)控、控制和機(jī)器視覺之類的高級(jí)信號(hào)處理應(yīng)用；與工業(yè)硬件的通信等應(yīng)用領(lǐng)域。（3） 數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)LabVIEW提供了功能強(qiáng)大的高級(jí)數(shù)據(jù)分析庫(kù)，包括統(tǒng)計(jì)、估計(jì)、回歸分析、線性代數(shù)等。上述功能可以滿足大多數(shù)用戶的需求。（4） 嵌入式設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)于需要芯片完全確定性和執(zhí)行性能的應(yīng)用，LabVIEW提供了多種解決方案。LabVIEW FPGA模塊同PCI和PXI可以重復(fù)配置I/O設(shè)備、CompactRIO或者緊湊視覺系統(tǒng)CVS結(jié)合，可提供一個(gè)便捷的運(yùn)行在NI FPGA上的可編程解決方案。（5） 原型設(shè)計(jì)平臺(tái)LabVIEW可以利用高效的設(shè)計(jì)應(yīng)用、仿真以及仿真數(shù)據(jù)與這是測(cè)量之間進(jìn)行比較。再設(shè)計(jì)過程中輕松地將真實(shí)世界的測(cè)試工具與仿真模型進(jìn)行比較，找出設(shè)計(jì)中的不足，從而獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。 數(shù)據(jù)采集技術(shù) 概述數(shù)據(jù)采集（Data AcQuisition，DAQ），又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一座橋梁。數(shù)據(jù)采集可以采集各種信號(hào)如：溫度、流量、速度、壓力等。數(shù)據(jù)采集是LabVIEW的核心技術(shù)之一，NI公司提供了豐富的設(shè)備以求到達(dá)適應(yīng)各中測(cè)量需求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及儀表總成和網(wǎng)路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的技術(shù)必定會(huì)大大提高。并且數(shù)據(jù)采集技術(shù)會(huì)用于多個(gè)方面，例如汽車研發(fā)、工業(yè)成產(chǎn)等，大大提高了工業(yè)成產(chǎn)的效率，并且可以瞬時(shí)獲得大量動(dòng)態(tài)信息，成為科學(xué)研究的有力武器。 數(shù)據(jù)采集構(gòu)成數(shù)據(jù)采集主要是由傳感器，DAQ卡、信號(hào)調(diào)理、PC以及軟件構(gòu)成的，其基本結(jié)構(gòu)圖如22所示傳感器信號(hào)號(hào)信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡PC數(shù)據(jù)顯示圖22數(shù)據(jù)采集基本結(jié)構(gòu)下面對(duì)傳感器，DAQ卡、信號(hào)調(diào)理、PC以及軟件做一下簡(jiǎn)單介紹。 傳感器所謂傳感器，就是一種能測(cè)量各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量并把它們轉(zhuǎn)變成電量的裝置。傳感器相當(dāng)于人的感覺器官，通過傳感器的感知來正確地檢測(cè)出各種條下的物理量[14]。例如熱電偶、電阻式測(cè)溫計(jì)、熱敏電阻器等。傳感器的性能指標(biāo)包括精度、響應(yīng)特性、可靠性、結(jié)構(gòu)是否緊湊、耐久性以及制造成本等。電子化、信息化的趨勢(shì)也帶動(dòng)了傳感器的發(fā)展，未來傳感器的發(fā)展史多功能化、集成化、多功能化。這些性能的發(fā)展還將提高可靠性以及降低系統(tǒng)制造成本。 信號(hào)調(diào)理從傳感器的得到的型號(hào)，有可能很微弱、或者含有很大噪聲，因此必須對(duì)這些信號(hào)做出一些必要的調(diào)理。信號(hào)調(diào)理的方式主要有放大、衰減、隔離、濾波、激勵(lì)、線性化等。（1） 放大信號(hào)幅值調(diào)理，以便適宜于采樣。總是希望信號(hào)幅值的峰值足夠大，以便利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精確度。同時(shí)信號(hào)調(diào)整模塊應(yīng)盡可能靠進(jìn)信號(hào)源和傳感器，使得信號(hào)在收到傳輸信號(hào)的環(huán)境噪聲影響之前被放大，使信噪比得到改善。（2） 衰減衰減與放大正好相反。降低了信號(hào)的幅度。從而處于ADC范圍之內(nèi)。（3） 隔離隔離是指通過變壓器耦合，電容耦合和光電耦合等方法在被測(cè)對(duì)象和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間傳遞信號(hào)，避免兩者之間存在直接的電氣連接[15]。這樣不僅僅可以組合高壓波以及較高共模電壓，而且可以保護(hù)操作人員和昂貴的設(shè)備。（4） 濾波濾波就是濾除信號(hào)中的高頻噪聲，以提高信噪比。大部分型號(hào)調(diào)整裝置都包括了為最大程度抑制50Hz或60Hz噪聲而設(shè)計(jì)的低通濾波器。（5） 激勵(lì)激勵(lì)對(duì)于一些轉(zhuǎn)換器是必須的，例如應(yīng)變計(jì)、電熱調(diào)節(jié)器和RTD需要外部電壓或流激勵(lì)信號(hào)。（6） 線性化許多傳感器電信號(hào)與物理量之間是分線性化的，因而需要對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行線性化以補(bǔ)償傳感器帶來的誤差。 數(shù)據(jù)采集設(shè)備通常情況下數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集卡，與計(jì)算機(jī)連接可以有許多方式。數(shù)據(jù)采集卡的功能包括模擬輸入，模擬輸出，數(shù)字I\O觸發(fā)采集和定時(shí)I\O。 PC與軟件軟件使PC與數(shù)據(jù)采集硬件形成了一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集、分析和顯示系統(tǒng)。沒有軟件，數(shù)據(jù)采集硬件是毫無用處的。軟件分為驅(qū)動(dòng)程序與上層引用程序。一般來說，數(shù)據(jù)采集卡都有自己的驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)程序控制數(shù)據(jù)采集卡的硬件操作。上層應(yīng)用程序用來完成數(shù)據(jù)的分析、存儲(chǔ)和顯示等。 本章小結(jié)在本章節(jié)中主要介紹了以下幾部分內(nèi)容：（1） 虛擬儀器的概念、特點(diǎn)、構(gòu)成以及與傳統(tǒng)儀器的顯著優(yōu)點(diǎn)。（2） 著重分析了圖形化開發(fā)平臺(tái)LabVIEW仿真軟件的基本特點(diǎn)、功能、應(yīng)用以及本設(shè)計(jì)所使用的LabVIEW 。（3） 最后闡述了數(shù)據(jù)采集技術(shù)。3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 相關(guān)概念以及基本原理 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)的功用汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的作用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)可以迅速達(dá)到理想的工作溫度，并且無論環(huán)境和工作條件如何變化，始終保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶詢?nèi)。冷卻系統(tǒng)既要防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，又要防止在冬季發(fā)動(dòng)機(jī)過冷。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)的時(shí)候要讓發(fā)動(dòng)機(jī)迅速升溫，盡快達(dá)到合適的工作溫度。無論是在極冷或極熱的條件下，無論是在交通堵塞的城市環(huán)境中還是在高速公路上搞速行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)必須能夠同樣高速地運(yùn)轉(zhuǎn)已求達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作狀態(tài)。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間，最高燃燒溫度可能高達(dá)2500攝氏度，即使在怠速或中等轉(zhuǎn)速下，燃燒室溫度也會(huì)在1000攝氏度以上。因此，在如此高溫度的情況下，以高溫氣體接觸的發(fā)動(dòng)機(jī)零件將會(huì)受到強(qiáng)烈的加熱。若不進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過熱情況， 將會(huì)導(dǎo)致如下危害：（1） 汽缸壁溫度過高會(huì)破壞缸壁的潤(rùn)滑油膜，降低潤(rùn)滑性能，加速機(jī)件磨損。（2） 氣缸或進(jìn)氣管溫度過高，導(dǎo)致混合氣受熱膨脹，造成充氣減少，降低了汽車的動(dòng)力性。（3） 汽缸中的活塞以及活塞環(huán)由于高溫而膨脹破壞了配合間隙，造成摩擦阻力增加，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生咬死現(xiàn)象。（4） 早燃和爆燃可能性增大，破壞了發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作；同時(shí)，也促使零件承受額外的沖擊負(fù)荷而造成早期損壞。（5） 過高的溫度將會(huì)使汽車的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、耐久性全面的下降。由此可見，過高的溫度將會(huì)導(dǎo)致汽車諸多的危害，可是若是發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度過低也會(huì)造成如下危害：（1） 過低的溫度導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)散熱損失以及摩擦損失的增加。（2） 溫度的過低有可能引起混合氣的點(diǎn)燃困難或者燃燒遲緩，造成發(fā)動(dòng)機(jī)的功率下降。（3） 溫度過低導(dǎo)致機(jī)油粘度增大，增加了零件運(yùn)動(dòng)的阻力又或者不能進(jìn)入零件運(yùn)動(dòng)的間隙，加劇了零件的磨損。（4） 燃油消耗率也會(huì)隨之增加。因此鑒于發(fā)動(dòng)機(jī)過高或者過低都會(huì)造成上述危害，現(xiàn)代的高效率發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于工作溫度有著極其精確的要求。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱能力都應(yīng)該滿足發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷時(shí)的散熱需求。 現(xiàn)代冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)功用是使發(fā)動(dòng)機(jī)在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行工作，并且還是運(yùn)用節(jié)溫器、保溫簾和冷卻風(fēng)扇。三者工作互不相連，不能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況而準(zhǔn)確調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)散熱能力[16]。而現(xiàn)代冷卻系統(tǒng)除了應(yīng)該協(xié)調(diào)控制上述三者的工作，使其程序化、模塊化、系統(tǒng)化統(tǒng)籌考慮每一項(xiàng)因素。還應(yīng)考慮改善燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放等作用。因此現(xiàn)代冷卻系統(tǒng)要綜合下列因素[17]：（1） 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的摩擦損失。（2） 冷卻系統(tǒng)消耗功率。（3） 燃燒邊界條件，如燃燒室溫度，充量密度、充量溫度等。 水冷冷卻系統(tǒng)組成（1） 冷卻風(fēng)扇其功用是當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)的時(shí)候吸進(jìn)空氣讓空氣通過散熱器，以增強(qiáng)散熱能力，加快冷卻液冷卻速度。（2） 節(jié)溫器節(jié)冷器又被稱為調(diào)溫器，主要是用于控制冷卻液流動(dòng)路徑，改變冷卻液循環(huán)范圍，調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的散熱能力，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于適當(dāng)?shù)臏囟认鹿ぷ鳌９?jié)溫器其實(shí)就是控制冷卻液流動(dòng)的閥門?，F(xiàn)在主要使用的是蠟式節(jié)溫器，蠟式節(jié)溫器有兩種形式，一種是單閥型，另一種是雙閥型。當(dāng)冷卻液溫度低于規(guī)定值時(shí)，節(jié)溫器內(nèi)的石蠟處于固態(tài)。節(jié)溫器閥在彈簧的作用下關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)與散熱器之間的通道，冷卻液經(jīng)水泵返回發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行小循環(huán)。冷卻液流經(jīng)路線如圖31所示。圖31 小循環(huán)工作狀態(tài)當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到規(guī)定值后，石蠟開始融化逐漸由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，體積也將隨之增大并壓迫橡膠管使其收縮。在橡膠管收縮的同時(shí)對(duì)推桿作用以向上的推力，推桿對(duì)閥門有向下的反推力使閥門開啟。這時(shí)冷卻液經(jīng)由散熱器和節(jié)溫器閥，再經(jīng)水泵流回發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行大循環(huán)。冷卻液流經(jīng)路線如圖32所示。圖32 大循環(huán)工作狀態(tài)1水泵齒形帶輪；2散熱；3曲軸齒形帶輪；4水泵；5節(jié)溫器；6控制閥；7暖風(fēng)機(jī)（3） 散熱器散熱器其實(shí)就是一個(gè)熱交換器，冷卻液在散熱器芯流動(dòng)，空氣在散熱器芯外流動(dòng)，熱的冷卻液由于逐漸向空氣散熱而變冷，冷空氣則吸收冷卻液散出的熱量而變熱。散熱器一般是由進(jìn)水室、出水室以及散熱器芯等部分構(gòu)成的。按散熱器中冷卻液流動(dòng)的方向可將散熱器分為縱流式和橫流式兩種散熱器?？v流式散熱器芯是豎直布置，冷卻液由進(jìn)水室自上而下地流過散熱器芯進(jìn)入出水室。而橫流式散熱器芯是橫向布置的，冷卻液自進(jìn)水室經(jīng)散熱器芯到出水室橫向流過散熱器?，F(xiàn)代多數(shù)汽車時(shí)使用橫流式散熱器的，這樣可以使發(fā)動(dòng)機(jī)罩的外擴(kuò)較低，有助于改善車身前端的空氣動(dòng)力性。（4） 水泵其功用是對(duì)冷卻液加壓，保證冷卻液在冷卻系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)。現(xiàn)代汽車廣泛采用的是離心式水泵。該水泵是由水泵殼體、水泵軸、葉輪以及進(jìn)、出水管所組成的。 車用傳感器 概述傳感器其實(shí)就是將某中物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的元件。在汽車上傳感器應(yīng)用非常廣泛，諸如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、位置、空氣流量、氣體濃度、速度、角度、減速度、爆震等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)2008年全球傳感器市場(chǎng)容量為506億美元，預(yù)計(jì)在未來，全球傳感器市場(chǎng)可達(dá)600億美元以上。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的地區(qū)，而美國(guó)、德國(guó)、日本依舊是傳感器市場(chǎng)分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場(chǎng)上增長(zhǎng)最快的依舊是汽車市場(chǎng)，占第二位的是過程控制市場(chǎng)以及通訊市場(chǎng)。在現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)主要是由三部分組成的，第一部分是信號(hào)采集部分，第二部分即ECU（Electronic Control Unit）是對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行分析處理，然后發(fā)出相應(yīng)的控制指令。第三部分是執(zhí)行ECU的指令，從而完成控制指令。其中第一部分即信號(hào)采集時(shí)有傳感器來完成的，如果沒有各種傳感器，電子控制系統(tǒng)是根本無法完成的，傳感器在電子控制中起著至關(guān)重要的作用。它與ECU、執(zhí)行器三者緊密聯(lián)系，使汽車全面優(yōu)化運(yùn)行，降低了排放污染，減少燃油消耗，提高了汽車行駛安全性、駕駛舒適性。傳感器、ECU和執(zhí)行器三者工作關(guān)系如圖33所示[18]。傳感器 精確地監(jiān)視當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，然后向控制模塊（ECM）發(fā)出信號(hào)。ECU處理傳感器發(fā)來的信號(hào)，與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)比，然后向執(zhí)行器發(fā)出信號(hào)。執(zhí)行器根據(jù)控制模塊發(fā)出的控制信號(hào)，執(zhí)行不同的發(fā)動(dòng)機(jī)功能。圖33 傳感器、ECU和執(zhí)行器工作關(guān)系 傳感器分類由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及信息技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，汽車電子控制技術(shù)得到了全面的發(fā)展，因此導(dǎo)致了工程師設(shè)計(jì)出了各種各樣的汽車傳感器，傳感器的靈敏度、分辨率、線性度以及測(cè)量范圍都得到了全面的優(yōu)化。就算測(cè)量同一種參數(shù)，也可以使用不同傳感器去測(cè)量。另外同一種傳感器也可以測(cè)量不同的參數(shù)。傳感器有許