1 系統硬件設計

　　本設計將LabVIW軟件、多傳感器、計算機結合，構建了一個空氣流量測試系統，實現對多傳感器信息的融合。系統包括被測對象、傳感系統、信號調理電路、數據采集與處理系統，系統框圖如圖1所示。

　　1.1 被測對象

　　被測對象通過改變變頻器的頻率控制風機發出不同大小的風量通過流量傳感器，模擬進入發動機的空氣流量大小。

　　1.2 傳感系統

　　傳感系統主要包括溫度傳感器、空氣流量傳感器、玻璃轉子流量計及有關連接部分。

　　1.2.1 溫度傳感器

　　溫度傳感器選擇集成電路溫度傳感器LM35，它具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例，并且無需外部校準或微調，可以提供±1/4℃的常用室溫精度。

　　1.2.2 空氣流量傳感器

　　空氣流量傳感器是用來直接或間接與被測對象發生聯系，將被測參數（機械、物理、化學、壓力、溫度等非電量）轉換成可以直接測量的信號，它為系統提供了進行處理和決策所必需的原始信息，是現代檢測系統中的關鍵環節。

　　1.2.3 玻璃轉子流量計

　　為了驗證空氣流量測試系統試驗數據的正確性，需要對測試系統進行試驗標定，設計選擇標準流量計標定方法。標準流量計選用LAB一10型玻璃轉子流量計，它與被檢的空氣流量傳感器測量范圍相當，準確度較高，是在101325Pa，20℃狀態下用空氣進行標定的。

　　1.3 信號調理電路

　　在許多需要數字采集的系統中，傳感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過1個模擬放大器對其進行一定倍數的放大，才能滿足采集卡對輸入信號電平的要求，這種情況下，就需要采用信號調理電路對傳感器輸出的信號量進行放大。信號調理電路使輸出電壓與輸入電壓成正比，它的核心是1個具有電容負反饋、且輸入阻抗極高的高增運算放大器。差動儀表放大器如圖2所示。

　　1.4 數據采集卡的選擇

　　系統使用PCI總線形式的數據采集卡LDl200一PCI.

　　LDl200是一種雙通道、高帶寬的數字存儲示波卡，將它插入計算機PCI槽上。再運行控制軟件，便可組成一臺價格便宜、人機界面友好、性能優良的數字存儲示波器。它具有數據采集、測量信號、過程監測、多種觸發等功能，因此也大量應用于高速的數據采集系統、自動控制系統。主要功能是輸入過壓保護，具有自檢功能，可以光標測量時間和電壓，并支持二次開發。

　　2 軟件設計

　　軟件設計是測試系統的核心部分，如數據的采集與處理、數據分析、數據顯示都是由系統軟件控制實現。系統軟件采用模塊化方法進行設計，劃分為以下幾個模塊：板卡初始化及參數設置模塊、數據采集模塊、數據分析模塊，數據庫模塊，如圖3所示。在系統中把各個代碼模塊進行定義并使它們之間的接口標準化，從而在一個模塊內進行擴展性改變將不會影響程序中其它模塊，因此增加了系統的靈活性。在測試過程中，可根據需要隨時改變信號參數和測試方法。測試系統的程序主流程圖如圖4所示。

　　2.1 板卡初始化及參數設置模塊

　　該模塊的功能是實現檢驗并初始化板卡，然后設置系統基本參數來控制硬件系統，既可以無觸發采集，又可以單通道觸發采集數據。在啟動采集之前，首先對LDl200初始化，確定自檢成功或提示“無LDl200卡”，程序如圖5所示。

　　然后設置采樣參數，采樣參數設置的程序如圖6所示。根據采集數據的需要，設置雙通道并行輸入，采樣頻率為100Hz，使用軟件觸發方式，即手動點擊采集按鈕，則開始運行采集程序。將設置的采樣參數放在1個簇里，采用選擇結構進行參數設置。反之則顯示“請先初始化”。

　　2.2 數據采集模塊

　　該模塊實現多通道實時數據采集與顯示，其設計是動態測試中的核心部分，直接影響數據分析的結果，影響系統其它功能的實現。該模塊能否正常工作直接關系到整個系統的工作。

　　編寫數據采集程序前，必須先安裝好采集板的驅動程序，否則無法調用AD板的動態鏈接庫。該驅動使用了中斷采集方式，并在定時器取值處設置了延時時間，保證了采樣的連續性。

　　在程序面板上，與傳統開發一樣，可以使用各種程序控制結構，如順序、條件、循環等，也可以使用其他Ⅵ。程序套用Case選擇結構如圖7所示，采集的數據通過1個子程序進行數據分組、處理，然后送人控制界面顯示。

　　2.3 數據分析模塊

　　該模塊實現對采集的原始數據進行最小二乘法曲線擬合分析。其測試目的在于獲取被測對象的性能、狀態或特征，所以信號采集只是測試工作的第一步。信號的分析和數據處理是構成測試系統的重要組成部分之一。系統采用線性回歸分析法即曲線擬合法，由多維回歸方程來建立被測目標參量與傳感器輸出量之間的關系，以消除溫度的影響，如圖8所示。

　　2.4 數據庫模塊

　　該模塊實現數據庫的管理功能，數據的存儲與回放，添加與刪除等。由于要對被測目標進行全方位檢測，多傳感器協調應用獲取對目標的全面認識，數據量急劇增長，對實時采集的數據存儲和查詢也有較高要求，需要采用數據庫技術。

　　首先需要安裝LabSQL，它是一個免費的數據庫訪問工具。

　　LabSQL與數據庫之間通過ODBC連接，用戶需要在ODBC中指定數據源名稱和驅動程序。因此在使用LabSQL之前，需要在Windows操作系統中的ODBC數據源中創建一個DSN。LabSQL與數據庫之間的連接是建立在DSN基礎之上的。其連接流程如圖9所示。LabSQL能夠實現數據庫查詢、數據庫修改、數據庫添加以及數據庫刪除。

　　3 試驗結果

　　設計的試驗是在模擬汽車發動機真實工作環境下測試的，通過改變變頻器的頻率控制風機發出不同大小的風量通過流量傳感器來模擬進入發動機的空氣流量，通過設定恒溫濕箱的溫度改變傳感器工作環境溫度，以此來模擬發動機工作的溫度環境。

　　為使測量準確就要對測試系統進行試驗標定，設計選用標準流量計式標定方法。標準流量計選用LAB一10型玻璃轉子流量計來進行標定試驗。在變頻器從l～23Hz變化中，對應的輸出電壓為0—3V，經過標定試驗，在溫度為20℃時，可得到測試數據，經過處理后得到如圖10所示的曲線：曲線①為空氣流量傳感器經過數據處理后的輸出電壓曲線；曲線②為對數據進行曲線擬合后，空氣流量傳感器輸出擬合特性曲線；曲線③為玻璃轉子流量計輸出電壓曲線。

　　在常溫常壓條件下，測試系統所使用的空氣流量傳感器的輸出相對誤差最大為1.94%F.S，小于其最大允許誤差3.0%，滿足傳感器使用誤差要求。在測量過程中采用變頻器控制風機的供氣方式，氣體仍然存在一些脈動，又由于空氣流量傳感器的高敏感性及氣壓的影響，也會造成部分附加誤差。

　　4 結語

　　本系統為進一步研究利用LabVIEw測控系統以及進行多傳感器信息融合奠定了基礎。在一段時間的實踐應用后發現，系統性能良好，免除了對多傳感器信息采集過程中一些繁瑣的工作，采集過程不再需要編寫不同軟件以適應不同傳感器的要求。