口科研设计成果口 仪器仪表用户 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—１０４１．２０１ １．０５．０１０ 基于ＬａｂＶＩＥＷ的汽车轮速传感器检测台设计 陈永良。陶贤华，陶开胜，陈淳馥 （中国计量学院质量与安全工程学院，杭州３１００１８） 摘要：对基于ＬａｂＶ ＩＥＷ的汽车轮速传感器检测台进行设计。检测台综合运用虚拟仪器技术、数据采集技术以及计算机自 动化处理技术，对汽车轮速传感器的输出信号进行采集、仿真和处理，利用波形图判定汽车轮速传感器的质量问题所在，从 而帮助汽车传感器企业及时发现产品质量问题。提高产品质量和检测效率。降低检测成本。 关键词：ＬａｂＶＩＥＷ；轮速传感器；信号采集；波形显示；数据检测；数据保存 中图分类号：ＴＮ０６ 文献标志码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｅｓｔ・ｂｅｄ ｏｆ ａｕｔｏ ｗｈｅｅｌ ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬａｂＶＩＥＷ ＣＨＯＮ Ｙｏｎｇ一］ｉａｎｇ，ＴＡＯ Ｘｉａｎ—ｈｕａ，ＴＡＯ Ｋａｉ—ｓｈｅｎｇ，ＣＨＥＮ Ｃｈｕｎ—ｆｕ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｑｕａｌｉｔｙ＆Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｊｉｌｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ １ ００ １ ８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ—ｂｅｄ ｏｆ ａｕｔｏ ｗｈｅｅｌ ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬａｂＶＩＥＷ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ－ｂｅｄ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ，ｓｉｍｕ－ ｌａｔｅ，ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｗｈｅｅｌ ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｏｒ ｏｕｔｐｕｔ ｓｉｇｎａｌ（ｐｅｒｉｏｄ，ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）ｂｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕ。 ｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｓｅｎ— ｓｏｒ ｐｒｏｂｌｅｍ ｂｙ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈａｒｔ．Ｉｔ’Ｓ ｈｅｌｐｆｕｌ ｔｏ ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｅｎｓｏｒｓ ｃｏｍｐａｎｙ ｔｏ ｄｉｓｃｏｖｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｎ ｔｉｍｅ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ，ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｃｏｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬａｂＶｌＥＷ；ｗｈｅｅｌ ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｏｒ；ｓｉｇｎａｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ｗａｖｅｆｏｒｍ ｄｉｓｐｌａｙ；ｄａｔａ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｄａｔａ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ｏ 引言 随着社会的发展汽车的产量快速上升，汽车ＡＢＳ 求越来越严格，但是由于检测手段落后，产品的生产 致性较差，废品率较高，所以急需一种高效、经济、 一的广泛应用，对汽车轮速传感器的需求越来越大、要 备份以及重要工业现场参数的存储。当仪表在ＣＡＮ 网络中固定工作时，第一次设定ＣＡＮ参数、ＰＩＤ参数 及其它参数后，可选择将参数存储在Ｅ ＰＲＯＭ中，以 后仪表运作时可直接从Ｅ ＰＲＯＭ中读取仪表工作参 数。同时，也可以记录现场参数的重要信息，如越限 报警数值等。 最后，设计高精度的稳压电源，为整个系统供电。 键盘电路采用普通矩阵键盘，可以节约Ｉ／Ｏ引脚。液 晶显示屏采用工业液晶，可以在高干扰下工作。为保 证仪表弱电系统不受干扰，在ＭＣＰ２５５１与ＭＣＰ２５１５ 中间加入光电隔离器，防止系统受到外界干扰。 此仪表经现场测试，可以精确地获得现场数据， 实现智能补偿，给出合适的控制输出，能同时满足工 业就地显示和利用ＣＡＮ总线向上位机实时发送数 据，亦能通过上位机接收命令，具有运行稳定、抗干扰 能力强、性价比低等优点，满足设计预期，可以应用在 中小型工业生产现场，实时交换数据不多的场合，获 ２８ ＥＩＣ Ｖｏ１．１８ ２０１１ Ｎｏ．５ 方便的综合性检测手段来控制汽车轮速传感器产品 得满意的效果。口 参考文献 ［１］周浩敏，钱政．智能传感技术与系统［Ｍ］．北京：北 京航空航天大学出版社，２００８：５－６． ［２］刘君华，汤晓君，张勇，等．智能传感器系统［Ｍ］．西 安：西安电子科技大学出版社，２０１０：１２０—１２３． 『３］Ｄａｌｌａｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ．ＤＳ１８Ｂ２０ ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ．ｈｔｔｐ：／／ ｗｗｗ．ｍａｘｉｍ－ｉｃ．ｃｏｒｎ ［４］李荣正，刘启中，陈学军．ＰＩＣ单片机原理及应用 ［Ｍ］．北京航空航天大学出版社，２００６：１４６—１４８． ［５］饶运涛，邹继军，王进宏，等．现场总线ＣＡＮ原理与 应用技术［Ｍ］．北京航空航天大学出版社，２００７： ９３－９７． ［６］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．Ｓｔａｎｄ—Ａｌｏｎｅ ＣＡＮ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗｉｔｈ ＳＰＩ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ．ｃｏｒｎ 作者简介：冯晗（１９８７一），男，硕士在读，主要研究方向：工业控 制网络与计算机控制。 收稿日期：２０１１－０５—１２ 欢迎光临本刊网站ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｉｃ．ｃｏｍ．ｃｎ 仪器仪表用户 质量，促进汽车轮速传感器质量的提升 ｊ。 本文介绍了一种以计算机、数据采集卡、伺服电 口科研设计成果口 采集和处理、数据存储４个部分组成，系统的流程图 如图２所示。 机为硬件平台，以ＬａｂＶ ＩＥＷ为软件平台的汽车轮 速传感器检测系统，该系统具有数据采集、参数设置、 自动检测等功能，系统检测效率高、可靠性好、操作简 单且实用性强。 １检测台硬件设计 检测台的硬件部分包括机械模块、电控模块和计 算机模块，由传感器测试台架、数据采集及控制器、笔 记本电脑或工业控制计算机等组成。其硬件系统如 图１所示。 ——————］检测工作台 ［）｛＝二 厂—————］数据采集与控制 ＵＳＢ接口ｒ＿——一 ＝＝＝＝＝＝ 控制计算机 图１硬件系统简图 为了实现数据采集，必须给传感器提供一个具有 稳定周期的动力，为此我们用电机带动三爪卡盘，再 由三爪卡盘固定并带动齿圈。传感器产生的电信号 由数据采集卡采集，经过采集卡中的信号调理电路处 理后，上传到控制计算机，经过软件处理后，实现汽车 轮速传感器的检测，显示各种数据和波形。 １．１电机的选择 电机选用是否得当，对于检测台可靠性有很大影 响，为了减小电机影响所带来的误差，综合稳定性和 成本的考虑最终选择了伺服电机，参数为２２０Ｖ５０Ｈｚ 交流电源，１８０Ｗ功率，转速９０—１３５０ｒ／ｍｉｎ 。 １．２数据采集卡 数据采集选用的是ＮＩ ＵＳＢ－６００８，带ＵＳＢ接口的 高性能数据采集卡，其采样速率可达１０ｋｓ／ｓ，输入输 出分辨率为１２位，有８个模拟输入通道、２个模拟输 出通道、１２个数字输入／输出通道，驱动方式是用Ｎ Ｉ 公司提供的ＮＩ．ＤＡＱｍ￣库直接对端Ｅｌ进行操作，可在用 户接口ＭＡＸ中对硬件进行各种必要的设置、管理和 测试 。 １．３其它硬件 为方便检测和提高检测效率，我们根据功效学原 理用脚踏开关控制电机工作；显示器设置有一定的倾 斜角度，方便的操作员观测检测结果；机器面板上设 了一个紧急停止按钮，方便操作人员快速应对突发事 件，另外设有红绿灯用来辨别检测台是否处于工作 状态 引。 ２检测台软件设计 检测台软件平台以ＬａｂＶＩＥＷ平台为基础进行 的。ＬａｂＶＩＥＷ软件用的是用图标代替文本创建应用 程序的图形化编程语言 ｊ。 程序的模块总共有系统前面板、参数设置、数据 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息 图２系统流程图 ２．１系统前面板 系统前面板也就是用户界面，在这一界面上有输人 控制和输出显示两类对象，而这些输入、输出控件则模 拟出真实仪表的前面板…，本检测台前面板如图３ 所示 ’ 图３前面板图 １）参数设置类 对传感器的类型进行选择；对某一类型传感器的 某一型号进行参数设置（如：轮齿数目，允许齿形差， 允许周期差，允许电压比差）、参数保存、参数读取， 设定各型号产品的检测标准，随着技术的发展参数会 发生改变，通过这项功能可以进行参数更新。该技术 可以方便检测人员操作，提高检测效率。 ２）数据显示类 传感器输出信号波形及其幅值显示、周期和周期 误差显示，已检测的产品数目和齿轮转速显示，传感 器齿形、齿距判断结果显示。传统的检测的方式，需 要通过人工判断产品是否合格，效率低下，而系统软 件可根据预设偏差直接判断传感器质量好坏，大大减 少了人工操作时问。 ３）控制管理类 电机开关按钮，检测停止按钮，传感器输出信号 波形的保存、再现和打印，该技术可对历史检测数据 进行查看，有利于减少检测工作中的失误，为产品改 ＥＩＣ Ｖｏ１．１８ ２０１１ Ｎｏ．５ ２９ 日 遂 墨日 仪器仪表用户 进提供依据。 ２．２数据采集和处理 些数据用ＬａｂＶＩＥＷ带有的ＬＶＭ格式存储在相应的 文件中，检测波形也可以通过Ｗａｖｅｆｏｒｍ格式进行保 存，以便以后查看。 现有的汽车轮速传感器结构原理如图４所示，传 感器类型主要有两种分别是主动式（霍尔传感器）和 ３ 总结 被动式（电磁线圈式传感器），都是通过磁头与齿轮 配合实现信号输出。在生产和使用中会出现齿圈损 坏、齿问异物、轮齿分布不均匀、轮齿高低不一致及传 感头磁极与齿圈偏斜等问题。霍尔传感器和电磁线 圈传感器输出的波形分别是方波和正弦波，通过波形 可判断传感器中齿轮存在的问题。其中正弦波异常 波形如图５所示。若轮齿分布不均匀，则表现为波形 周期不一致；若齿轮出现齿圈缺齿、轮齿高低不一致、 齿间异物、齿圈与传感头安装位置不正，则表现为波 形的幅值不一致 。 郴 Ｔ 齿 ｌ偏斜 汽车轮速传感器 缺齿 图４原理图 图５异常波形图 检测台通过软件来实现的问题有很多，首先是对 信号波形进行分析处理，得出信号波形的周期和幅 值，再把不同时间点的周期与幅值和平均值进行对比， 判断其偏差是否符合标准，若符合则传感器质量合格。 下面我们以被动式传感器为例进行说明，若传感 器齿轮有ｎ个，根据传感器信号波形软件记录４ｎ＋１ 个峰值点的时间值，从中取两个索引数组，第一个索 引数组为 ， ， ，…， ，墨 ，第二个索引数组为 ， ，， ，…， ， 由 …一 ＝ （１） 式（１）可得４ｎ个周期值，为了得到比较精确的 周期值，由相同轮齿对应的４个周期值可得每个轮齿 的平均周期： ＋ ＋ ＋ ， ６ｉ —————■ ———一 总平均周期 ： ！ （３） 由以上两个 可得偏差 Ｉ Ｔｂ—Ｔ Ｉ Ｄ ＝— —ｍ ×１００％ （４）、 若ＭａｘＤ ＞Ｄ最大 值，则汽车轮速传感器质量有 问题。 ２．３数据存储 检测台进行参数设置后对这些参数进行保存，这 ３ｏ ＥＩＣ Ｖｏ１．１８ ２０１１ Ｎ０．５ 本套汽车轮速传感器检测系统已经在汽车轮速 传感器生产厂家试用，反映状况良好，大大满足企业 生产对检测技术的要求。 系统检测速度能在３ｓ、８ｓ、１５ｓ之间选择，可以根 据生产需要灵活控制。 系统通过通过虚拟仪器ＬａｂＶＩＥＷ软件编程对信 号进行采集，仿真和处理，最后判断汽车轮速传感器 有无质量问题。与传统检测技术相比本检测台减少 了许多的人工操作和判断的过程，极大的提高了检测 工作的效率和精确度。 系统适用与多种汽车轮速传感器的检测，操作人 员能够设定和保存某一型号传感器的标准参数，检测 时只需读取该参数就可以完成质量判断，产品的通用 性比较强。 在前面版和检测台操作台架的设计中，应用功效学 原理充分考虑作业人员的因素，使操作过程更加直观和 方便，降低对作业人员的技术要求，提高了检测效 率。口 参考文献 ［１］陈锡辉，张银鸿．ＬａｂＶＩＥＷ８．２０程序设计从入门到精 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