摘要:设计了一套适合汽车加速度传感器性能测试的数据采集终端，利用RS-232接口将采集终端的数据和工控机 连接起来,组成一套完整的汽车加速度传感器性能测试系统。利用LabVIEW强大的数据处理功能对数据进行采集和分 析,得出加速度传感器的输出特性曲线，同时判断是否合格。详细介绍了 LabVIEW在该系统中数据采集、分析和处理、显 示特性曲线以及报表生成的应用。

　　关键词:LabVIEW;汽车加速度传感器;数据采集;RS - 232;测试台

　　0　引言

　　加速度传感器广泛用于汽车领域，它主要用在以下几个方 面:安全气袋、翻转检测、碰撞检测、车辆动态控制、刹车控制系 统及驾驶者安全装置。一般情况下，加速度传感器的输出信号 分2种方式:即模拟电压输出方式和数字输出方式。在闭环控 制系统中，传感器一般用来检测控制过程中的物理量,充当反 馈元件的作用，而文中的工作是测试汽车加速度本身的特性。 通过汽车加速度传感器的输出曲线和给定的特性曲线进行对 比得出汽车加速度传感器是否合格的结论。

　　图I为被测加速度传感器的理想输出特性曲线，加速度传感器的测量范围为-1.5~+1.5 g，传感器的电压输出值与 加速度成正比。被测加速度传感器工作在某一加速度值下就 可以得到该点加速度值下的加速度传感器的电压输出值。系 统采用匀速旋转运动产生向心加速度的方法产生加速度条件, 即将汽车加速度传感器安装在勻速旋转的圆盘上，改变圆盘的旋转速度就可以得到不同的加速度值。

　　1　系统组成

　　由于被测汽车加速度传感器的加速度产生条件是旋转产生的，加速度传感器固定在匀速旋转的圆盘上,其电压输出线 无法直接接到工控机的数据采集卡上进行数据采集，故自行设 计了一个数据采集板卡，它与汽车加速度传感器一起被固定在 匀速旋转的圆盘上,采集到的加速度传感器的数据通过射频方 式传送出来，然后再通过RS-232接口的方式传入工控机，工 控机负责对数据的分析处理、显示、保存和打印等。

　　图2为汽车加速度传感器性能自动测试台的系统硬件结构图。系统由工控机、接口电路、电机调速系统、电动机、采样 系统和被测传感器测试台组成。采样系统与被测加速度传感 器一起转动,而接口电路与工控机处于静止状态。采样系统与 接口电路之间通过射频进行信号传输。被测传感器固定在测 试台的圆盘上，圆盘的半径为0.2 m.圆盘通过电动机驱动旋 转,电动机采用伺服电机，它由电机调速系统驱动，工控机通过 串口控制电动机的转速。接口电路通过射频传输获得采样系 统的数据,它将该数据通过串口传入工控机。
采样系统的作用是:采集传感器的信号和将数据通过射频 收发电路实现数据的接收和发送。系统采用MICROCHIP公司 的PIC16F877A单片机为采样系统的处理器，它内部带有10位8 通道A/D转换器,能一次性测量8个加速度传感器，而且10位 A/D转换器基本能满足系统的精度要求。为了解决数据采集 中旋转部分与静止部分的接线困难问题,设计中采用了射频技术进行数据传输,射频芯片采用nwdic公司的射频收发芯片 nRE2401,它是一个单片集成接收、发射器的芯片，工作频率范 围为全球开放的2.4GHz频段。采用GFSK调制时的数据速率 为高速率1Mbit/s,高于蓝牙,具有高数据吞吐量。NRF2401内置了 CRC纠、检错硬件电路和协议。发射功率、工作频率等所 有工作参数全部通过软件设置完成。每个芯片可以通过软件 设置最多40 bit地址，只有收到本机地址时才会输出数据且提 供一个中断指示，该芯片编程非常方便。

　　图2系统的硬件结构图

　　2　 LabVIEW编程实现数搌采集、分析与处理

　　2.1LabVIEW程序功能实现与程序流程

　　UbVIEW在系叙'中主要用于上位PC机的测试控制软件的 编写，它主要包括用户配置、测试、数据分析、报表生成几个部 分。图3为汽车加速度传感器性能测试系统的LabVIEW程序 流程图。在用户配置界面中，用户可以配置系统使用的参数， 如使用的串口配置，测试的汽车加速度传感器的类型,测试的 汽车加速度传感器的安装形式、个数，汽车加速度传感器的给 定理想输出曲线，打印报表的形式、份数等。测试界面为该软 件的主要界面，它主要用来控制汽车加速度传感器的数据采 集。在数据采集完毕之后，编写LabVIEW程序可以自动地将数 据进行分析处理，在数据分析界面可以査看数据分析结果，同 时还可以手动对数据进行一些处理。采集到大量的汽车加速 度数据之后必须将数据进行归类总结，并保存在计算机中，同时还可以将数据打印，这些处理在报表生成界面中来完成。

　　2.2LabVIEW串口数据传输的编程

　　工控机的通信与数据采集部分的数据传输采用RS - 232 串行总线接口。进行串口通信之前，要对串口进行初始化，包 括串口地址、波特率、奇偶校验、数据位、停止位等串口参数设 置，调用VISA Configure Serial Port子VI可以完成对串口的初始 化，调用VISA Read和VISA Write子VI可以分别完成对串口的 读与写。进行数据采集程序编写时只要按照系统规定的通信图3 LabVIEW程序流程图协议向串口写发送命令即可。系统中的串行通信采用的校验 方法为CRC校验。由于LabVIEW中本身不带CRC校验子VI，故CRC校验子VI需要自行编写，计算CRC码的步骤如下：

　　(1)预置16位寄存器为十六进制FFFF(即全为1)，称此寄 存器为CRC寄存器；
　　(2)把第一个8位数据与16位CRC寄存器的低位相异或， 把结果放于CRC寄存器；
　　(3)把寄存器的内容右移一位(朝低位）,用〇填补最高位， 检查最低位；
　　(4)如果最低位为0:重复第3步(再次移位）;如果最低位 为1:CRC寄存器与多项式A001(1010 0000 0000 0001)进行异或；
　　(5)重复步骤3和4,直到右移8次，这样整个8位数据全部 进行了处理；
　　(6)重复步骤2到步骤5,进行下一个8位数据的处理；

　　(7) 最后得到的CRC寄存器即为CRC码。

LabVIEW流程图

　　与工控机通信的单片机程序采用C语言编写，它的CRC校 验码的计算方法与LabVIEW程序相同。

　　2.3 LabVIEW数据测试

　　数据测试是软件实现的主要功能之一。在自动测试界面， 只要点击开始测试,程序就通过串口向采集系统发送数据采集 命令，它能一次性测试8只传感器及其在不同状态下的数据， 下位机接收到命令之后就开始进行数据采集，等待数据采集完 毕,LabVIEW程序通过串口读取测试数据，将其放人一个临时 数组里，然后再将数组里的数组分类运算之后放人指定的二维 数组，一次测试过程完成之后就得到一组完整的测试数据，此 时在前面板中显示出来，同时传感器电压输出曲线图中显示出 汽车加速度传感器的输出特性曲线，可以很直观地看出曲线是 否与给定的理想曲线吻合。同时,程序通过实测曲线与理想曲 线的对比，可以指示出传感器是否合格。手动测试与自动测试 不同，它可以指定测试8只传感器中的任意一只在某一个状态 下的输出特性曲线。

　　图4为测试系统测试主界面

　　2.4LabVIEW数据分析与显示

　　一次数据测试完毕之后，可以打开数据分析界面,选定某 一传感器在某一状态下的特性曲线进行査看，图5为传感器2 在16 V,地线可靠接地时的输出特性曲线，从图5可以看出，它 与标准曲线基本吻合。程序可以根据标准曲线与测试曲线的 吻合程度进行判断并显示其结果。在该界面中,用户还可以对 该组数据的某个点的值进行重新测试，将实测曲线在不同的标 准下进行分析而得出结论。同时可以将某组数据进行删除、保 存等操作。

　　2.5LabVIEW报表生成与打印

　　测试生成的数据保存在临时数组中，在报表生成界面中可 以将这些数据保存到计算机的硬盘中，利用LabVIEW中的Report Generation Toolkit 工具箱可以很方便地将测试表格、曲线等 信息以Microsoft Word的形式进行保存并打印。

　　
图5实测传感器输出曲线图

　　3　结论

　　NI LabVIEW图形化的编程语言具有操作简单，图面简单直 观的优点，它包含大量的数学分析计算模块，可以完成数据采集、数据处理、数据分析。同时，Report Generation Toolkit工具箱 可以直接将测试数据以图形和表格的形式保存成Word文档并 进行打印。系统采用LabVIEW作为编程语言简化了编程，提高了效率,且调试过程方便快捷，生成的软件界面美观。（作者：资道周，葛召炎，李建奇，贺渊明）