基于LabVIEW的汽车燃油流量模拟监测系统设计

杨亚萍，田国望

（西安航空学院 车辆工程学院，陕西 西安 710077）

基于LabVIEW的汽车燃油流量模拟监测系统设计

杨亚萍，田国望

（西安航空学院 车辆工程学院，陕西 西安 710077）

文章提出基于LabVIEW的汽车燃油流量模拟监测系统，利用水泵模拟燃油泵，通过调节水泵流量的大小，将流量传感器检测信号通过数据采集卡传输给计算机进行数据处理，实现汽车燃油流量大小的实时显示，便于驾驶员及时改变驾驶方法，从而达到降低油耗的目的。

汽车燃油流量；监测系统；流量传感器；LabVIEW

Abstract:The proposed analog monitoring system for vehicle fuel flow utilize water pump to simulate the oil pump. By adjusting the pump flow, the volume of vehicle fuel flow can be displayed in real-time after the signal from flow sensor was transferred to the computer through the data acquisition card. The system can help driver change their driving styles in time for the purpose of reducing fuel consumption.

Keywords: Vehicle Fuel Flow; Analog Monitoring System; LabVIEW; flow sensor

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-13-03

引言

目前大多数轿车上使用的汽车燃油表仍然是三刻度式仪表，由于使用的油量传感器的限制，只能让驾驶人员定性地了解油箱内剩余的燃油量，毫无精度可言。基于 LabVIEW的汽车燃油流量监测系统可让驾驶员根据显示屏上的瞬时油量数值确认实时油量的变化情况，及时改变驾驶方法，从而达到降低油耗的目的。

LabVIEW 是基于虚拟仪器技术的图形化编程语言和专业的仿真测控开发环境。虚拟仪器的出现可以说是仪器发展的一次飞跃，它是电子仪器与计算机技术更深层次的结合。利用该技术，可以更好的发挥计算机强大的信息处理功能和图形界面功能，大大简化测试设备，方便观察测试结果，并可对采集到的信息进行各种分析、处理，也有利于系统进一步扩展和完善。

1 虚拟仪器技术概述

虚拟仪器的本质是通过计算机所编写的软件程序将智能化计算机软件和高效功能化的模块硬件紧密的联系在一起，由计算机、模块化功能硬件和应用软件三部分组成。计算机是通用计算机，包括微处理器、储存器和显示器等，主要用来提供实时高效的数据处理；硬件是虚拟仪器工作的基础，主要是完成对被测信号的采集、传输和测量。

虚拟仪器技术的核心就是利用计算机的硬/软件资源，使本来需要硬件实现的技术软件化（虚拟化），最大限度地降低了系统成本，增强了系统的功能性和灵活性。使用者能够随时通过图形的界面来操作计算机，定义自己实验所需要使用的仪器和控件功能。

2 模拟监测系统的设计

2.1 系统硬件组成与设计

系统硬件组成如图1所示，利用水泵模拟燃油泵对燃油进行输送，通过调节开关控制水泵的流量大小。用霍尔式流量传感器采集由调节开关控制下的不同流量信号，并将其输送给数据采集卡。数据采集卡将传感器采集到的脉冲信号传输给计算机。利用 LabVIEW 虚拟面板实时显示流量传感器的信号和流量的大小。同时，在实时流量超过设置流量上限的时候发生报警。

图1 系统硬件组成框图

2.2 流量信号测试

YF-S401霍尔式流量传感器是一种新型先进的液体流量监测敏感元器件，它采用的是霍尔效应原理，其参数如表 1所示。在管路中接通霍尔式流量传感器，使其供电工作，水流通过传感器时会带动其磁性转子转动，产生旋转磁场，转子切割磁力线，输出高、低脉冲电平，由于磁性转子的转速与水流量大小成正比关系，单位时间内霍尔元件输出脉冲信号的个数与磁性转子的转速成正比关系，因此，只要测出单位时间内输出脉冲信号的个数，就可以得到流量大小。具体设计思路如图2所示。

图2 系统设计思路图

表1 YF-S401传感器参数

2.3 数据采集卡

本设计采用USB-6009数据采集卡，它具备8路模拟输入通道，14位分辨率，12条数字I/O线，2路模拟输出通道，1个计数器，完全满足本测试系统的硬件要求。

3 LabVIEW编程

LabVIEW是一种图形化编程语言，是用图标代码来代替编程语言创建应用程序的执行，它使用数据流编程方法来描述程序的执行，用图标和连线来代替文本的形式编写程序。编程简单，操作方便。

3.1 虚拟面板设计

前面板的设计分为了两部分，如图3所示。左边为输入，右边为输出。输入部分主要完成DAQ通道的设置，设定PFI0端口为计数器触发端，下降沿有效，计数方向选择向上计数。输出部分，主要显示传感器的测试信号、油量变化、总油量等。

同时为了使驾驶员能够更好的实时了解汽车燃油流量的变化情况，及时改变汽车的驾驶方法，添加一个实时流量的报警装置，其作用是当实时流量超过设定的流量值时，报警灯就会发生报警。

图3 汽车燃油流量监测系统虚拟面板设计

3.2 系统程序设计

1）通道设置

图4 通道设置

如图4所示，通过“函数”→“测量I/O”→“DAQmx-数据采集”→“DAQmx创建虚拟通道”→“计数器输入”→“边沿计数”，在DAQmx中创建虚拟通道。

2）信号采集子程序

采用 while循环结构，可以实时地采集脉冲信号，并经过计算显示流量和总油量，单位时间为0.1s。

①总油量的计算：由传感器的参数得知，流过 1L液体所得到的脉冲个数是5880个，所以总的油量就是采集到的脉冲个数除以5880。

②流量的计算：流过1L液体的脉冲个数是5880个，因此用所采集到当前循环内所产生的脉冲个数除以 5880就是在0.1s内所流过液体的体积。

当进行下一个循环的时候，通过移位寄存器用下一个循环采集到的脉冲个数减去上一个循环的脉冲个数，就是当前循环所产生的脉冲个数。程序如图5所示。

图5 信号采集子程序

③报警子程序

当流量超过设置的上限（1.5L）时，报警灯变红，自动实现报警。

图6 报警子程序

4 系统调试

连接硬件电路，传感器接5V电源，水泵接12V电压，水泵输出端口与传感器的输入端连接，传感器的输出端接数据采集卡的PFI0端，将采集卡输出通过USB口与计算机连接。调节水泵开关，接通电源，传感器的输出脉冲波形、流量实时曲线、总流量实时曲线波形图如图7所示。

图7 正常工作虚拟面板显示图

适时调节水泵开关，增大流量，单位时间内传感器输出波形个数增加，一旦超过流量设置上限，报警灯会自动报警。波形显示如图8所示。

图8 增大流量虚拟面板显示图

5 结论

基于 LabVIEW的汽车燃油流量模拟监测系统，充分发挥了虚拟技术的优势，使系统具有友好的人机界面，操作简单、功能完善、界面直观、性价比高等特点，可实现数据的实时测量和显示、数据的监控报警等功能，便于驾驶员及时了解燃油量情况，并做出及时反应，从而降低燃油的油耗。

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The Design of Analog Monitoring System for Vehicle Fuel Flow Based On LabVIEW

Yang Yaping, Tian Guowang
( School of vehicle engineering, Xi'an aviation college, Shaanxi Xi'an 710077 )

U463.6 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)18-13-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.005

杨亚萍（1972-），女，硕士，副教授，就职于西安航空学院 车辆工程学院。从事测控技术研究。