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1、基于Labview的车载虚拟仪表设计摘要：针对汽车仪表发展的新趋势，本文对国内汽车仪表行业的现状和发展远景进行了概述，针对性的研究了基于LabVIEW技术和单片机技术而建立虚拟汽车仪表系统的构成，并且系统的给出了一种可行性方案，从LabVIEW软件实现方法,软、硬件的通信三方面进行了阐述。本文设计出来的汽车虚拟仪表系统可以实现日期/时间、总里程、当前速度、转速、温度、油箱存油量等信息的显示。关键字：LabView；汽车仪表盘；虚拟仪器目 录第1章 绪论1 1.1 汽车仪表的概述1 1.2 汽车仪表的发展历程1第2章 研究的背景以及主要内容2 2.1 研究的背景2 2.2 研究的主要内容2第3章
2、 虚拟仪表4 3.1 虚拟仪器的概述4 3.2 仪器技术的演化与发展历程6第4章 汽车仪表盘设计原理和功能分析8 4.1 汽车仪表盘设计原理8 4.2 汽车仪表盘功能分析9 4.3 虚拟仪表系统的实现步骤10第5章 汽车仪表盘系统 实现方法11 5.1 软件简介11 5.2 界面模块和程序11结束语18参考文献19教辅工具b第1章 绪 论1.1 汽车仪表的概述汽车仪表系统是车载综合信息系统的重要组成部分,也是其要实现的最基本的功能。众所周知,仪表板是驾驶员与车辆进行信息交流的重要接口和界面, 也是汽车高尖技术的主要部分,它为驾驶员提供其所需的信息。随着汽车工业的发展,现代汽车的各种机构日趋复杂
3、,附属装置也日益增多,为了使驾驶员更多更迅速地掌握各种机构和装置的状态,以便更有效地控制汽车,使其正常地工作,汽车仪表板作为现代汽车的信息中枢显得越来越重要,并伴随着汽车电子技术的发展而快速发展。汽车仪表的发展趋势,从一个侧面反映出汽车电子化水平的快速提高。1.2 汽车仪表的发展历程 为了充分了解汽车仪表发展现状,难确地把握其未来发展趋势,有必要对其发展过程作一简单回顾按汽车仪表在工作原理上取得的重大技术创新来分,可以划分为4个阶段,或称为经过4代。第1代汽车仪表是基于机械作用力而工作的机械式仪表,人们习惯称这类仪表为机械机心表;第2代汽车仪表的工作原理基于电测原理,即通过各类传感器将被测的非
4、电量变换成电信号加以测量,通常称这类仪表为电气式仪表;第3代为模拟电路电子式汽车仪表;第4代为步进电动机式全数字汽车仪表；继全数字汽车仪表后,随着信息技术和计算机技术的不断发展,以及降低汽车仪表制造成本的要求,汽车仪表逐渐向网络化!智能化和虚拟化方向发展。第2章 研究的背景以及主要内容2.1 研究的背景汽车走过了100多年的发展历程,汽车仪表也在不断开发和发展之中，汽车仪表正在经历由第3代向第4代转型时期，第3代汽车用仪表工作原理与电气式仪表基木相同,只不过是用电子器件取代原来的电气器件。各国一直在努力开发汽车仪表技术,并不断取得新的发展，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
5、、差、的状况尚未改变,与国外相比有很大的差距,表现在产品技术水平低,造型单调,产品质量可靠性和耐久性差,制造工艺落后,产品检测不完善,数字化程度低等方面。我国的汽车仪表与国外发达国家相比,技术水平有相当大的差距，例如,当今国外发.达国家普遍使用全数字式汽车仪表,而且绝大部分是步进电动机式汽车仪表,并且正积极准备向更高方向发展而国内真正民族汽车仪表厂,还没有批量生产出该类型的仪表,只有德国VDO公司和美国德科公司在我国设厂生产。虽然国内汽车仪表界一致看好全数字式汽车仪表，但我国民族汽车仪表生产厂家从事汽车仪表设计的工程技术人员,绝大部分还不具备这方面的知识能力,自主开发还不具备技术条件。目前国内
6、车辆仪表数字化水平还不高,绝大部分仪表还是模拟式的,而大多数模拟仪表表头的体积较大、数量多,使得显示系统拥挤不堪,影响美观;另外一些模拟仪表故障率高,增加了用户的经济负担,减小了车辆行使的安全系数。而随着电子技术的广泛应用,传统汽车仪表逐渐被微处理器为核心的电子控制数字仪表取代已成为必然趋势。汽车仪表产品的更新换代势在必行,进行技术创新,寻求和确定我国汽车仪表产品的发展方向,研制开发新一代汽车仪表产品,有利于迅速提高我国汽车仪表产品的技术设计能力和生产制造水平，汽车将会越来越多地采用各种用途的电子化仪表,造型新颖别致和功能强大的电子化仪表将是今后车用仪表的发展趋势和潮流。鉴于我国汽车仪表的这种
7、现状,而车辆仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要接口和界面,是车辆安全行驶的重要保证，人们提出了虚拟仪表的方案。2.2 研究的主要内容汽车仪表的发展趋势传统仪表一般是机电式模拟仪表,只能为驾驶员提供汽车运行中必要而又少量的数据信沙息,已远远不能满足现代汽车新技术、高速度的要求。汽车仪表的功能已不仅仅是单纯的指示,而是通过对汽车各部件参数的监测和微处理机配套,从而达到控制汽车各种运行工况的目的。系统的设计要求是：1. 车载综合信息显示系统必须完成车况的数字显示和监测;车况的数字显示和监测是对车辆所有重要部件的性能和工作状态的显示和监测,以保证驾驶员能够及时了解车辆工作状况,迅速对各种异常情况做出
8、对应措施而且车辆运行状态的监测是保障车辆正常工作和进行故障。 2.诊断和设备维修的基础充分考虑系统功能的可扩展性，根据系统的设计要求,本系统的硬件和软件均采用模块化、标准化、系列化的设计方法,并充分考虑系统的扩展能力。第3章 虚拟仪器3.1 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
9、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。 3.1.1 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3-1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
10、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
11、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
12、果显示三部分组成。如图3-2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。3.1.2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
13、，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。3.1.3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。仪器面板控制软件数据处理软件仪器驱动程序通用I/O接口软件数据采集卡计算机 图3-3虚拟仪器的软件构成框图3.2
14、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
15、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。
