利用​LabVIEW​和​PXI​为​现代​车辆​的​传感器​盒​创建​一个​自动​化​CAN​通信​测试​系统

"由于​National Instruments​公司​的​软件​和​硬件​产品​有着​强大​的​功能,​这​使得​我们​实现​测量​系统​的​工作​能够​毫不费力。​NI​的​产品​非常​灵活、​操作​友好,​并且​能够​通过​基于​LabVIEW​的​硬件​驱动​集成​第三​方​产品,​而​这些​驱动​在​网上​可以​轻松​的​找到。" ​

- Joey Nino N. Aguila, Global Inventive Technologies Int'l Inc.

挑战:

开发​一个​针对​分布​式​控制器​局​域​网​总​线​(CAN)​信号​的​高速​测试​测量​系统,​对​温​控​箱​内​多​达​六​个​传感器​盒​实现​自动​化​的​同步​数据​采集。 ​

解决​方案:

使用​NI LabVIEW 软件​和​PXI 硬件​平台​通过​CAN​信号​从​被​测​设备​(DUT)​中​获取​数据,​并且​在此​平台​上​使用​单一​的​前端​软件​控制​台式​温​控​箱​的​温度​设定。 ​

有了NI PXI 模​块​化​仪器,​我们​不需要​担心​高速​的​数据​采集​和​时序​同步​问题,​因为​NI​产品​已经​替​我们​处理​了​这些​问题。​这次​测试​设定​中,​硬件​的​执行​速率​达到​了​规定​的​30ms。​由于LabVIEW使用​了​数据​流​机制,​同步​和/​或​并行​执行​代码​现在​已经​可以​用​来​替代​基于​文本​的​顺序​编​程​机制。​我们​能够​同时​控制​和/​或​监​控​多个​仪器​和​设备。​仪器​的​集成​已经​变得​更​方便,​因为​大​多数​台式​仪器​(包括​本​测试​系统​中​所​使用​的​这​台),​都能​在​网络​上​获取​相应​的​LabVIEW​驱动。​有了​这些​优势,​我们​便​可以​将​精力​集中​在​我们​系统​功能​的​开发​上。

 

 

主要​概念

该​系统​中的​被​测​设备​是​安装​在​现代​车辆​中的​传感器​盒​(见​图​1),​这个​设备​提供​了​横​纵​向​加速度、​摇摆​率、​滚转​率​以及​xyz​方向​的​测量​值。​在​通过​CAN​总​线​将​这些​测量​值​传递​给​引擎​控制​模​块​(ECU)​之前,​被​测​设备​的​测量​值​需要​一些​内部​处理。​ECU​在​车辆​中​像​人​脑​一样​解释​信号​以及​执行​动作。

 

测试​的​原理​是​简单​的。​一个​分析​工程​师​将​被​测​设备​放置​在​温​控​箱​中,​将​其​连接​到​CAN​仪器,​并​将​温度​设置​在​设定​值。​然后,​工程​师​通过​CAN​通信​查看​数据​值,​并​把​数据​记录​在​本地​硬盘​的​Microsoft Excel​文件​上​以便​今后​的​分析。​因为​这个​温​控​箱​无法​通过​编​程​实现​两​个​或者​多个​温度​设定​值,​所以​工程​师​必须​手​动​设定。​附加​测试​流程​也许​包括​在​某​个​特殊​的​时间​执行​上​电​复​位​并​观察​待​测​设备​的​反应​情况,​以及​每​30ms​读​取​一次​数据,​这​需要​高速​运转​的​硬件​支持。

 

 

测试​的​重要性

被​测​设备​的​主要​功能​是在​车​的​运行​过程​中,​尤其是​以​之​字形​或者​在​斜坡​上​前进​时,​提供​关于​车辆​重心​和​速度​的​信息。​ECU​评估​这些​信息,​修正​车辆​轴​或者​轮​的​位置,​防止​车辆​侧​滑​(见​图​2)。

 

该​被​测​设备​的​功能​还​会​涉及​到​乘客​的​生命​安全,​因此​设备​必须​永远​精确​的​运行​(甚至​在​极端​的​温度​下),​这​一点​十分​重要。​这​也是​在​批量​生产​之前,​我们​要​在​实验​室​里​测试​设备​功能​的​原因。

 

系统​描述

我们​的​系统​控制​并​监视​温​控​箱​内​温度​的​上升​和​下降,​提供​并​测量​被​测​装置​的​电压,​通过​CAN​通信​获取​高速​的​数据​(见​图​3)。​其它​的​系统​特性​包括​实​时​图像​界面​和​Excel​数据​记录​等。

 

分析​工程​师​完成​测试​设置​(见​图​4),​然后​点​击​OK​开始​获取​数据。​该​系统​会​自动​停止​并​将​数据​保存​在​本地​硬盘​中,​因此​工程​师​在​测试​中​并不​需要​干预。​该​系统​还​会​在​测试​完成后​执行​数据​分析。​NI 软件​和​硬件​产品​十分​适合​我们​系统​的​性能​指标​和​配置​情况。​因为​所有​的​这些​硬件​是​被​集成​在​一个​紧凑​的​机​箱​中,​包括​控制器、​SMU​和​CAN​接口,​因此​减少​了​测试​实验​室​的​空间​占用,​这​在​小​实验​室​里​就是​一个​巨大​的​优势。

 

 

 

 

系统​设计

我们​创建​了​一个​自动​测量​系统,​这​系统​能​在​可​控​温度​下​测试​多个​盒装​传感器​设备。​它​在​自​定义​设置​的​测试​中​能​对​多​达​六​个​设备​执行​同步​数据​采集。

 

我们​选择​2槽 NI PXI-8101 嵌入式​控制器​来​代替​商业​PC ,​其​坚固、​高性能、​模​块​化​的​特点​以及​低​价格​方面​都​具有​优势。​我们​使用​NI PXI 解决​方案​实现​CAN​数据​采集。NI PXI-8513/2 是​一个​2​端​口,​可​通过​软件​选择​的​CAN PXI 接口。​它​十分​适合​实​时、​高速​地​控制​数百​个​CAN​帧​和​信号,​在​硬件​在​环​仿真、​快速​控制​原型​设计、​总​线​监​控​和​自动​控制​都​需要​使用​这种​技术。​模​块​的​软件​可​选​特性​为​CAN​的​发展​提供​了​最好的​灵活​性,​用​板​载​收​发​器​来​实现​高速、​低速/​容​错、​单​线​的 CAN​通讯。​这种​灵活​性​超过​了​此​应用​30ms 数据​采集​要求。

 

我们​使用​NI PXI-4130​源​测量​单元​(SMU)​为​DUT(被​测​装置)​提供​电源。​利用​辅助​电源​接口,​该​设备​能​提供​最大 ±20V、​2A 的​输出。​六​个​CAN​通道​共享​此​供电​电源。

 

ESPEC SU-241 台式​温​控​箱​使用​了​平衡​温度​控制​方式。​这个​系统​使用​平衡​温度​来​复现​测试​地区​需要​的​温度​环境。​这​是​通过​不断​控制​一个​低热​负荷​加热​器​来​完成​的。​每​个​单元​通过​实​时​控制,​以便​平衡​温度。​接着,​制冷​器​的​能力​不断​更新,​以​最少​的​能量​逐渐​提高​来​克服​样本​的​热​负荷。​温​控​箱​通过​RS232​连接​到​控制器。

 

图​6​展示​了​测试​系统​最终​的​PXI​硬件​配置。​所有​需要​的​模​块​被​安装​在​一个​PXI​机​箱​中,​很大程度上​减小​了​总​尺寸。​这种​设置​也​通过​PXI​的​背​板​连接​到了​所有​必要​的​仪器,​以便​获得​更高​的​速度​和​吞吐量。

 

关于​CAN、​SMU​以及​温​控​箱​的​自动​测试​的​配置​依靠​前端​软件​完成,​此​前端​软件​是​我们​在​LabVIEW​中​开发​的。​编​程​语言​的​数据​流​执行​模式​能够​同时​并行​地​读​取​多个​盒装​传感器​的​数据。​这个​功能​非常​有用,​因为​它​使得​软件​开发​者​不仅​能读​取​每​个​设备​的​多个​CAN​信号,​也能​同步​地​(而不是​顺序​地)​控制​和​监视​温​控​箱​的​温度​设定​以及​SMU​的​供电​电压。

 

 

总结

幸亏​有了​LabVIEW,​让​编​程​语法、​顺序​代码​编写​以及​对​心理​考验​极大​的​程序​调​试​的​过程​成为​过去。​现在,​代码​的​开发​变得​容易​多​了,​这​为​我们​节省​了​时间​和​金钱。​LabVIEW​也​让​我们​有​能力​去​重新​使用​以前​的​代码​来​减少​开发​时间。

 

我们​挑选​的​NI​硬件​能够​满足​十分​苛刻​的​工业​应用​需求。​它的​模​块​化、​坚固​以及​高性能​的​特点,​是​我们​挑选​它​作为​以​PXI​为​基础​的​工业​应用​的​主要原因。​PXI​模​块​和​控制器​的​设计​支持​长​时间​运行,​十分​适合​我们​的​应用。

 

由于​National Instruments​公司​的​软件​和​硬件​产品​有着​强大​的​功能,​这​使得​我们​实现​测量​系统​的​工作​能够​毫不费力。​NI​的​产品​非常​灵活、​操作​友好,​并且​能够​通过​基于​LabVIEW​的​硬件​驱动​集成​第三​方​产品,​而​这些​驱动​在​网上​可以​轻松​的​找到。

 

作者​信息:

Joey NinoN. Aguila
​Global Inventive Technologies Int'l Inc.
​Blk 6 Lot 3, Mountview ave. cor. Mayon St. Mountview Insdutrial Complex Bancal, Carmona
​Cavite
​Philippines(菲律宾)
​Tel: +63 046 430 3617
​Fax: +63 046 4303617
​joey.aguila@fujimaster.com


​推荐​配置:

NI PXI-8101 嵌入式​控制器
​NI PXI-8513/2 2​端​口 CAN PXI 接口
​NI PXI-4130​功率​源​测量​单元

 

作者​信息:

Joey Nino N. Aguila
Global Inventive Technologies Int'l Inc.
​Blk 6 Lot 3, Mountview ave. cor. Mayon St. Mountview Insdutrial Complex Bancal, Carmona
​Cavite
​Philippines
​Tel: +63 046 430 3617
​Fax: +63 046 4303617
joey.aguila@fujimaster.com

​ ​实际​传感器​盒​DUT ​
​ ​车辆​制动​方案 ​
​ ​主要​的​GUI ​
​ ​PXI 硬件​配置 ​
​ ​框架​图 ​
​ ​测试​设置 ​
​ ​实际​测试​系统​1 ​
​ ​实际​测试​系统​2 ​