基于虛擬儀器的車速表檢驗(yàn)臺自動化檢定系統(tǒng)

引 言

滾筒式機(jī)動車車速表檢驗(yàn)臺是一種以滾筒模擬路面，利用車輪與滾筒在無相對滑移時(shí)線速度一致的原理，通過與滾筒同步的轉(zhuǎn)速傳感器測量機(jī)動車車速，并與機(jī)動車車速表指示值進(jìn)行比較的設(shè)備。

根據(jù)JJG 909-2009《滾筒式車速表檢驗(yàn)臺檢定規(guī)程》規(guī)定，在對滾筒式車速表檢驗(yàn)臺進(jìn)行檢定時(shí)，需要將機(jī)動車緩慢地駛?cè)胲囁贆z驗(yàn)臺，使機(jī)動車驅(qū)動輪置于前后滾筒之間，并與前后滾筒可靠地接觸，驅(qū)動車速檢驗(yàn)臺滾筒使其穩(wěn)速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)車速檢驗(yàn)臺示值在 30 km/h，40 km/h，60 km/h 時(shí)，分別記錄車速檢驗(yàn)臺顯示儀表示值和轉(zhuǎn)速表（或測速儀）示值。顯然，滾筒轉(zhuǎn)速的測量是檢定方法中的關(guān)鍵步驟。在現(xiàn)行檢定方法中，往往使用單獨(dú)的轉(zhuǎn)速表，整個(gè)檢定過程 / 裝置整體性較差、智能化程度低。因此，有必要研發(fā)針對滾筒式車速表檢驗(yàn)臺的智能化檢定系統(tǒng)。

針對上述要求，本文研制開發(fā)了基于虛擬儀器技術(shù)的車速表檢驗(yàn)臺自動化檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)由光電開關(guān)觸發(fā)產(chǎn)生電信號，經(jīng)由數(shù)據(jù)采集卡采集，最終在上位機(jī)軟件上處理并輸出相應(yīng)格式的電子原始記錄文件。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及硬件配置

系統(tǒng)硬件主要包括激光光電開關(guān)、數(shù)據(jù)采集卡以及上位機(jī) PC。系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖 1 所示。

圖 1 系統(tǒng)運(yùn)行流程

其中，激光光電開關(guān)負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)速信息轉(zhuǎn)換為電信號，并 對其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)理。該光電開關(guān)采用 4芯航空插頭，包含NC（空）、VCC（5V 電源）、GND（地）和 TTL（信號輸出） 4 個(gè)引腳，可直接與后續(xù)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行連接。激光光電開關(guān)的光束集中，可測距離達(dá)到米量級，提高了測量的方便性。當(dāng)未接收到反射光時(shí)，光電開關(guān) TLL 引腳持續(xù)輸出高電平； 當(dāng)接收到反射信號時(shí)，輸出低電平。光電開關(guān)測量轉(zhuǎn)速的輸 出信號示意如圖 2 所示。

圖 2 光電開關(guān)測量轉(zhuǎn)速的輸出信號示意圖

數(shù)據(jù)采集卡選型時(shí)兼顧車速表檢驗(yàn)臺現(xiàn)場檢定的便攜性以及測速系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，最終選擇 NI 公司 USB-6341 型板卡。該板卡是基于 USB 接口的 NI X 系列多功能 DAQ 設(shè)備， 可同時(shí)雙向傳輸模擬、數(shù)字和計(jì)時(shí) / 計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)。在本文系統(tǒng)中，使用板卡中的引腳 32（GND）、引腳 77（板卡內(nèi)置計(jì)時(shí)器 1 的信號輸入）以及引腳 96（5 V 電源）。引腳 96、引腳 32 分別與激光光電開關(guān)的電源、地連接，引腳 77 與光電開關(guān)的輸出信號相連。

上位機(jī) PC 采用一款 Windows 平臺的平板電腦，整個(gè)系統(tǒng)比較輕便，其硬件組成如圖 3 所示。

2 上位機(jī)軟件

系統(tǒng)上位機(jī)軟件基于 LabVIEW 平臺開發(fā)，采用基于“隊(duì)列”的模塊化設(shè)計(jì)思路，基本框圖如圖 4 所示。

圖 4 軟件框圖

主界面程序提供整個(gè)系統(tǒng)的 UI 界面，硬件參數(shù)配置模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集卡的硬件配置，可對普通用戶屏蔽。

基本信息模塊提供原始記錄基本信息的輸入界面，包括送檢單位、設(shè)備名稱、制造商、型號規(guī)格、檢定日期、檢定地點(diǎn)、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等。

轉(zhuǎn)速測量模塊是軟件系統(tǒng)的核心部分，首先需要手動輸入滾筒直徑的測量值，確認(rèn)后開始測量轉(zhuǎn)速。檢定人員將零值誤差、零點(diǎn)漂移以及示值手動輸入到軟件中，示值也可根據(jù)規(guī)程預(yù)置。車速臺滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，軟件實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)速并換算為速度，點(diǎn)擊按鈕用以記錄當(dāng)前速度值。完成三組測量點(diǎn)后， 數(shù)據(jù)將被保存以供后續(xù)生成原始記錄調(diào)用。

生成原始記錄模塊則根據(jù)前述步驟存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的誤差計(jì)算，并以 Excel 文件形式輸出符合規(guī)程要求的電子原始記錄。上位機(jī)軟件界面如圖 5 所示。

3 結(jié) 語

本文研制開發(fā)的虛擬儀器自動化檢定系統(tǒng)滿足了車速表檢驗(yàn)臺的現(xiàn)場檢定需求，通過激光光電開關(guān)將轉(zhuǎn)速信息轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡以及上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)自動化檢定和原始記錄自動生成等，提高了檢定工作的效率與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

圖 5 上位機(jī)軟件界面