【正文】 計(jì)特點(diǎn)表現(xiàn)在：（1）控制功能分布化，減輕了上位機(jī)的負(fù)擔(dān)，有利于在下位機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。（2）各節(jié)點(diǎn)之間通過一對(duì)雙絞線連接，顯著減少了系統(tǒng)的線纜數(shù)量。（3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高。便于在底層控制軟件上實(shí)現(xiàn)模塊化，在硬件上實(shí)現(xiàn)“即插即用”的功能。 數(shù)據(jù)采集方案 數(shù)據(jù)采集方案氧傳感器信號(hào)采集方案如下圖所示.PC端發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器CAN節(jié)點(diǎn)CAN總線CAN節(jié)點(diǎn) 氧傳感器信號(hào)采集方案信號(hào)調(diào)理是把來自前端的模擬信號(hào)變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制過程、執(zhí)行計(jì)算并顯示讀出和其他目的的數(shù)字信號(hào)。 通常前端原始的模擬信號(hào)不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這是因?yàn)樗鼈円话愣际窍喈?dāng)小的電壓、電流信號(hào)，必須對(duì)其進(jìn)行信號(hào)調(diào)理。調(diào)理就是放大、緩沖、濾波或定標(biāo)模擬信號(hào)，使其適合于后級(jí)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的輸入。也就是利用內(nèi)部的電路(如濾波器、轉(zhuǎn)換器、放大器)來改變輸入的信號(hào)類型并輸出之。因?yàn)楣I(yè)信號(hào)有些是高壓，過流，浪涌等，不能被系統(tǒng)正確識(shí)別，必須調(diào)整理清之。然后，ADC對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并把數(shù)字信號(hào)送到微控制器或其他數(shù)字器件，以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。由于電噴發(fā)動(dòng)機(jī)各種傳感器輸出信號(hào)的類型、電壓幅值及信號(hào)性質(zhì)各不相同且存在較多的干擾，因此不能被數(shù)據(jù)采集卡接受。如將傳感器的輸出信號(hào)與采集卡的輸入端直接連接，將會(huì)造成所采集的信號(hào)因干擾而引起失真，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞采集卡。因此在傳感器輸入采集卡前，應(yīng)根據(jù)采集卡的要求對(duì)各傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行必要的預(yù)處理，使信號(hào)電壓滿足采集卡的輸入范圍要求且濾除包含在信號(hào)中的雜波，保證系統(tǒng)所采集到的是純凈的標(biāo)準(zhǔn)傳感器信號(hào)，以進(jìn)行下一步的處理和顯示。輸入保護(hù)：在測(cè)量過程中，為了防止干擾或誤操作而造成系統(tǒng)元件的損壞，在采集的最前端設(shè)計(jì)限幅保護(hù)電路。低通濾波：又因?yàn)檠鮽鞲衅鬏敵龅男盘?hào)為頻率很低的模擬信號(hào)，因此在模擬信號(hào)的通道中必須加入低通濾波器，將高于某一設(shè)定頻率的信號(hào)進(jìn)行急劇的衰減，以濾除高頻的干擾信號(hào)，使信號(hào)采集卡接受到的是純凈的傳感器信號(hào)。輸出保護(hù)：模擬信號(hào)處理通道的最后一個(gè)環(huán)節(jié)是輸出保護(hù)電路，這部分電路的輸出信號(hào)將直接送入數(shù)據(jù)采集卡，作為采集卡的輸入信號(hào)；而采集卡對(duì)其輸入信號(hào)有一定的要求，因此這部分電路的主要功能是對(duì)已經(jīng)經(jīng)過濾波的信號(hào)進(jìn)行幅值上的調(diào)整，使其滿足采集卡的要求。 軟件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) LabVIEW是一種圖形化的編程語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。它內(nèi)置了信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，摒棄了傳統(tǒng)開發(fā)工具的復(fù)雜性，為編程者提供了強(qiáng)大功能的同時(shí)還保證了系統(tǒng)靈活性。LabView可以在自己的平臺(tái)上集成一套完整的應(yīng)用方案。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。它主要的方便就是，一個(gè)硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件！ 第五章 軟件設(shè)計(jì) 界面與程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)前面板主界面主要分成幾個(gè)功能區(qū)：如圖所示，可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試程序開始控制、測(cè)試程序停止控制、文件的存盤、文件的回放和退出系統(tǒng)等。 軟件按鈕控制區(qū)如圖所示，通過儀表區(qū)可以觀察發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開度、電壓與電阻、運(yùn)行燈、怠速節(jié)氣門開度燈、大負(fù)荷節(jié)氣門開度燈等，以此觀測(cè)相關(guān)傳感器或執(zhí)行器的工作情況。 軟件儀表區(qū)，可以顯示采集到的各傳感器或執(zhí)行器信號(hào)的波形圖、參數(shù)的特征值，以便進(jìn)行波形分析與數(shù)據(jù)流分析。此外，利用工具可以對(duì)波形進(jìn)行放大、縮小等操作，利用按鈕可以暫停測(cè)試或繼續(xù)測(cè)試，暫停按鈕的設(shè)置，便于鎖定界面，進(jìn)行必要的游標(biāo)測(cè)量或?qū)崟r(shí)分析。配合按鈕區(qū)使用，可以對(duì)波形進(jìn)行保存或回放。另外，對(duì)采樣點(diǎn)與采樣率我們可以根據(jù)需要設(shè)置，滿足不同信號(hào)的要求，多樣的選擇是本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)所在可以波形分析測(cè)量中對(duì)波形圖和波形圖表的幅值與時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，使信號(hào)波形的顯示看的清楚，滿足視覺要求?？梢暂敵鱿嚓P(guān)數(shù)據(jù)及采點(diǎn)時(shí)間等，確切的波形是分析的有力根據(jù)，方便使用者對(duì)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。 軟件波形分析區(qū)，對(duì)應(yīng)不同的傳感器或執(zhí)行器和它們各自的特征，顯示信號(hào)最大值、最小值、峰峰值、均值、占空比、穿越次數(shù)等，以此判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況。本系統(tǒng)的優(yōu)越之處在于，采用了簇的控件來顯示數(shù)據(jù)，方便記錄和顯示結(jié)果，這樣節(jié)省了空間，也便于觀察、編程與分析。同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)圖表來幾率測(cè)試所得的歷史數(shù)據(jù)，使得對(duì)數(shù)據(jù)的對(duì)比以及分析更加方便直觀。 軟件數(shù)據(jù)顯示區(qū) 程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中采用的是基于事件的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)模式，它使程序開發(fā)人員能夠很容易地描述出對(duì)象或系統(tǒng)在整個(gè)生命周期或執(zhí)行過程中的各種活動(dòng)情況，有利于代碼的開發(fā)和維護(hù)等工作。本程序分成了4種狀態(tài)：Init、Wait、Run、exit，各狀態(tài)構(gòu)成一個(gè)完整的程序，來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)的功能。 Init狀態(tài)程序的初始化狀態(tài)，主要是對(duì)控件進(jìn)行了初始化，完成基本設(shè)置。其中，采樣率、采用點(diǎn)最大值和最小值可以根據(jù)需要更改。根據(jù)程序要求對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：選擇具體的任務(wù)，選擇采樣率1000，采樣模式采用連續(xù)采樣，采樣的點(diǎn)數(shù)100，最大值設(shè)為5及最小值5，對(duì)控制按鈕進(jìn)行初始化。通過測(cè)試控制子VI與控制枚舉（包括初始化、測(cè)試、停止測(cè)試、暫停、回放項(xiàng)目）來整體控制采集測(cè)量傳感器信號(hào)時(shí)各布爾按鈕的機(jī)械動(dòng)作，以確保亂按、按錯(cuò)布爾按鈕造成軟件死循環(huán)狀態(tài)。還有初始化轉(zhuǎn)盤動(dòng)作的、定義波形圖表的格式和相關(guān)數(shù)據(jù)顯示控件的賦零。此處，將程序轉(zhuǎn)入“wait”狀態(tài)。 init狀態(tài)程序 Wait狀態(tài)“wait”狀態(tài)主要任務(wù)是對(duì)幾個(gè)事件進(jìn)行響應(yīng)。事件一：采用文件對(duì)話框、TMDS打開、TDMS讀取、TDMS關(guān)閉等，通過程序編譯，使測(cè)試時(shí)保存的文件可以進(jìn)行回放，方便使用者對(duì)波形進(jìn)行事后分析與處理。 wait狀態(tài)程序事件二：“‘開始’值改變”：轉(zhuǎn)入“run”狀態(tài)，進(jìn)行程序的有序運(yùn)行。同時(shí)把“結(jié)束”“回放”“開始”三個(gè)按鈕設(shè)為禁用，“存儲(chǔ)”“暫?！薄巴Ｖ埂痹O(shè)為有效。事件三：“‘結(jié)束’值改變”：轉(zhuǎn)入“exit”狀態(tài)，完成程序的有序退出。 Run狀態(tài)這是該程序的核心部分，主要完成傳感器數(shù)據(jù)、波形和電壓電阻的測(cè)試與分析，并輸出測(cè)試結(jié)果，在層疊式順序結(jié)構(gòu)0[0..2]中，在運(yùn)行測(cè)試時(shí)先初始化，通過控制枚舉與測(cè)試控制子VI的來控制當(dāng)前布爾按鈕的機(jī)械動(dòng)作，通過參數(shù)設(shè)置決定手動(dòng)控制和自動(dòng)控制采集信號(hào)的選擇，在層疊式順序結(jié)構(gòu)1[0..2] 中，就是分析測(cè)量的中心部分，將在模塊分析中進(jìn)行講解，在層疊式順序結(jié)構(gòu)2[0..2]中，通過測(cè)試控制子vi控制停止后的各布爾按鈕動(dòng)作、各數(shù)據(jù)、儀表歸零狀態(tài)、各個(gè)顯示燈回復(fù)運(yùn)行前狀態(tài)和各轉(zhuǎn)盤的初始化狀態(tài)。其程序設(shè)計(jì)如下： run狀態(tài)程序 Exit狀態(tài)當(dāng)使用者按下退出系統(tǒng)的按鈕時(shí)，事件發(fā)生，利用狀態(tài)機(jī)將程序?qū)搿癳xit”狀態(tài)，系統(tǒng)的退出，此時(shí)轉(zhuǎn)速表、怠速開度表、大負(fù)荷開度表都將不亮。第六章 主要數(shù)據(jù)處理模塊解析 波形文件的儲(chǔ)存和回放通過文件對(duì)話框、TMDS打開、TDMS寫入、TDMS關(guān)閉等，利用條件結(jié)構(gòu)和移位寄存器實(shí)現(xiàn)任意長(zhǎng)度的波形存儲(chǔ)，程序采集數(shù)據(jù)時(shí)，點(diǎn)擊前面板“存儲(chǔ)”按鈕開始存盤，點(diǎn)擊“結(jié)束”則結(jié)束存儲(chǔ)。通過程序編譯，實(shí)現(xiàn)波形文件的存儲(chǔ)，為使用者對(duì)波形進(jìn)行事后分析與處理提供數(shù)據(jù)。其程序設(shè)計(jì)如下圖所示： 文件儲(chǔ)存程序設(shè)計(jì)通過文件對(duì)話框、TMDS打開、TDMS讀取、TDMS關(guān)閉等，使測(cè)試時(shí)保存的文件可以進(jìn)行回放，方便使用者對(duì)波形進(jìn)行事后分析與處理，程序設(shè)計(jì)如下圖所示。 文件回放程序設(shè)計(jì) 波形數(shù)據(jù)的測(cè)量與標(biāo)定通過時(shí)基幅值旋鈕控件，可以實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)波形顯示的X標(biāo)尺（時(shí)間）和Y標(biāo)尺（幅值），并將控件的顯示項(xiàng)“文本顯示”顯示出來，用戶可以方便的看到實(shí)時(shí)的時(shí)基和幅值的具體值，程序設(shè)計(jì)如下所述。通過旋鈕屬性對(duì)話框，可以為每一檔標(biāo)定顯示值。 時(shí)基幅值旋鈕屬性對(duì)話框通過電壓調(diào)整子VI與時(shí)基調(diào)整子VI，以及相應(yīng)控件的“值改變”事件觸發(fā)事件結(jié)構(gòu)，通過波形圖與波形圖表的屬性節(jié)點(diǎn)X標(biāo)尺Y標(biāo)尺的范圍（最大值、最小值、增量）改變波形顯示特征，程序設(shè)計(jì)如下圖所示： 通過子VI改變屬性節(jié)點(diǎn)電壓調(diào)整與時(shí)基調(diào)整子VI通過條件結(jié)構(gòu)設(shè)置不同檔位下波形顯示的最大值（Maximam）、最小值（Minimum）、增量（Increment）。前面板幅值和時(shí)基旋鈕控件如下圖所示： 前面板幅值和時(shí)基旋鈕控件通過調(diào)節(jié)前面板的幅值與時(shí)基按鈕可以調(diào)劑波形顯示的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，可以將一幅波形圖中的某個(gè)部分或細(xì)節(jié)更清楚地顯示出來，方便用戶觀察診斷。下圖為將波形的中間時(shí)間段的上半部分放大顯示，方便用戶觀察波形，從中獲取所需信息。 信號(hào)的數(shù)據(jù)流分析 將所以需要顯示的數(shù)據(jù)通過簇控件綁定起來，多個(gè)數(shù)據(jù)操作同時(shí)傳輸運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的數(shù)據(jù)流分析，前面板簇控件如下圖所示，各元素一目了然。 前面板簇控件分別將需要顯示的數(shù)據(jù)同時(shí)傳遞給簇常量相應(yīng)的元素，方便實(shí)時(shí)觀察信號(hào)的特征，為故障診斷提供依據(jù)，程序設(shè)計(jì)如下圖所示： 氧傳感器數(shù)據(jù)流的分析 基于LabVIEW的CAN接口信號(hào)采集在Labview端的VISA Read函數(shù)讀取就個(gè)字符后返回的是一個(gè)字符串型的數(shù)據(jù)，所以要用Sring To Byte Array函數(shù)轉(zhuǎn)換成無符號(hào)字節(jié)數(shù)組，通過Index Array函數(shù)取出相應(yīng)的字節(jié)，子函數(shù)返回我們需要的ID表示和數(shù)據(jù)值。在LabVIEW中利用VISA實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)接收如下圖所示。 串口接收和發(fā)送程序框圖 LabVIEW程序打包成安裝文件LabVIEW自帶的生成exe文件只有在安裝了LabVIEW引擎的電腦上面才能運(yùn)行，在沒有男裝的計(jì)算機(jī)還是運(yùn)行不了，所以我們要將設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)封裝成一個(gè)小軟件就行和迅雷一樣便于安裝使用。首先，通過自帶的工具生成exe格式的可執(zhí)行文件，利用程序生成規(guī)范生成安裝程序，添加進(jìn)自己的文件作為源文件，進(jìn)行安裝配置，將LabVIEW軟件的一些程序包封裝進(jìn)我的程序的安裝包。這樣就可以把我設(shè)計(jì)的程序在別人的電腦上面進(jìn)行安裝使用了。 生成安裝包文件第七章 結(jié)束語(yǔ)在開始具體設(shè)計(jì)工作之前，我首先從指導(dǎo)老師處了解了本次設(shè)計(jì)的實(shí)際價(jià)值和總體步驟。在了解相關(guān)信息后，我通過現(xiàn)有的書籍、論文、網(wǎng)絡(luò)等途徑查閱了包括程序設(shè)計(jì)使用軟件LabVIEW的相關(guān)知識(shí)、發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理、傳感器知識(shí)、信號(hào)處理知識(shí)、數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備等與該課題相關(guān)聯(lián)的文獻(xiàn)資料。在獲得了這些設(shè)計(jì)所需基礎(chǔ)知識(shí)的前提下，我在與老師的求教、與同學(xué)的討論、參加相關(guān)課題的研討會(huì)以及自己的研究學(xué)習(xí)下完成了設(shè)計(jì)中包括數(shù)據(jù)流分析、功能分析等關(guān)鍵核心問題。在這些充分準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，我比較順利的完成了主體程序的設(shè)計(jì)，經(jīng)過模擬調(diào)試，程序基本可以達(dá)到預(yù)先設(shè)定的要求。當(dāng)然由于個(gè)人的綜合研究能力也非常平庸，因此在具體操作中遇到了許多問題有的問題經(jīng)過老師指導(dǎo)得到了圓滿解決，這些問題包括：在不了解相關(guān)信號(hào)處理的核心算法、如何完善程序的功能分析等；另外有些問題由于時(shí)間的原因還未得到妥善處理，這些問題包括：友善的人機(jī)交流界面、程序的優(yōu)化以及信號(hào)的后期處理問題等等，我本人將會(huì)在以后的工作學(xué)習(xí)中繼續(xù)對(duì)這些問題進(jìn)行研究。虛擬技術(shù)是一門時(shí)下流行的技術(shù)，它取代了以往功能單一，操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴的實(shí)際儀器，這樣的更新?lián)Q代符合現(xiàn)在節(jié)約型社會(huì)的意識(shí)主流，從現(xiàn)實(shí)意義來說有非常明顯的研究?jī)r(jià)值。希望下一屆學(xué)弟學(xué)妹們能發(fā)揮自己的高超智慧，將這個(gè)課題繼續(xù)深入、細(xì)致的研究下去。也希望我在這個(gè)學(xué)期中的研究可以為這個(gè)課題最終的完善做出一點(diǎn)綿薄的貢獻(xiàn)。致 謝本人能夠順利完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了東南大學(xué)成賢學(xué)院許多專家、老師、學(xué)長(zhǎng)、同學(xué)的幫助，另外在本次設(shè)計(jì)中我還得到了美國(guó)國(guó)家儀器公司的系統(tǒng)工程師的熱情幫助。首先，我要感謝輔導(dǎo)我完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的何丹婭副教授。何老師知識(shí)面廣闊，為人和善，對(duì)于我的畢業(yè)設(shè)計(jì)也付出了很大的心血，很多次都占用她周末寶貴的休息時(shí)間來學(xué)校指導(dǎo)我的設(shè)計(jì)工作。在這為期3個(gè)月的時(shí)間中，她首先詳細(xì)的介紹了課題內(nèi)容以及相關(guān)情況，接著幫助我分析相關(guān)問題并且指導(dǎo)我完成整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在我的具體設(shè)計(jì)過程中何老師也給我了很多有價(jià)值的指導(dǎo)和建議，并且?guī)椭倚薷耐瓿闪俗罱K的畢業(yè)論文。這一切都給我留下了深刻的印象，在此致以我個(gè)人最崇高的敬意。其次，我還要感謝在本次設(shè)計(jì)中給與我?guī)椭徒ㄗh的遲英姿老師。由于本次設(shè)計(jì)時(shí)間有限，本人的知識(shí)水平有限，因此在最終的成果中存在著一些問題甚至是錯(cuò)誤，懇請(qǐng)各位專家、老師給與批評(píng)與指正。在此再一次表達(dá)我個(gè)人誠(chéng)摯的謝意。謝謝！參考文獻(xiàn)[1]江建軍, 程序設(shè)計(jì)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，[2]龍華偉, [M].北京：清華大學(xué)出版社，[3][D]:[碩士學(xué)位論文].武漢：.[4]Chu Jiangwei, Zhang Lili, Cui pengfei. 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