1、本科毕业设计（论文）说明书电动汽车在线监测系统开发学 院 机械与汽车工程学院专 业 车辆工程 学生姓名 杨会州 指导教师 朱刚 康龙云 提交日期 2010 年 6 月 6 日 华南理工大学毕业设计（论文）任务书华 南 理 工 大 学毕 业 设 计 （论文） 任 务 书兹发给 06 车辆工程（2） 班学生 杨会州 毕业设计（论文）任务书，内容如下： 1.毕业设计（论文）题目： 电动汽车在线监测系统开发 2.应完成的项目： （1）研究霍尔传感器工作原理以及采样电路的设计； （2）研究施密特触发器的工作原理，设计 HEF40106Bp 触发器的调理电路；研究调理电路的设计方法，设计电流、电压信号的调
2、理电路； （3）研究 USB2080 采集卡的工作原理； （4）研究在 LabVIEW 平台上开发车速、电流、电压监测系统的原理及方法，在已有的硬件环境下设计基于 LavVIEW 的在线监测系统； 3.参考资料以及说明：（1）陈花玲.机械工程测试技术M .北京：机械工业出版社，2006:15-40 （2）杨乐平.LabVIEW 研高级程序设计M .北京：清华大学出版社，2004:50-100 （3）林利.基于 LabVIEW 的混合动力汽车车载参数监控系统的研发D .重庆：重庆大学，2009 （4）Robert H.Bishop .LabVIEW Student Edition 6i M .乔
3、瑞萍,林欣,译.北京：电子工业出版社，2003:3-20 （5）谢声斌.数字电路与逻辑电路教程M .北京：清华大学出版社，2004:10-100 （6）殷瑞祥，罗昭智，朱宁西.电路基础M .广州：华南理工大学出版社，2004:80-89 4.本毕业设计（论文）任务书于 2009 年 12 月 25 日发出，应于 2010 年 6 月 6 日前完成，然后提交毕业考试委员会进行答辩。华南理工大学毕业设计（论文）任务书专业教研组（系） 、研究所负责人 审核 年 月 日指导教师 签发 年 月 华南理工大学毕业设计（论文）评语毕业设计（论文）评语：毕业设计（论文）总评成绩： 毕业设计（论文）答辩负责人签
4、字： 年 月 日摘要I摘 要 本文详细介绍了基于 LabVIEW 的电动汽车在线监测系统设计制作的整个过程。由于在实际电路中各元器件的布局、参数的选择会影响信号的采集，并且测速程序中各系数的计算方法会影响到输出车速的准确性。针对这种情况，本文在设计过程中进行了反复的实验，直到实验结果满足要求为止。LabVIEW 是一个通用编程系统，它不但能够完成一般的数学运算与逻辑运算和输入输出功能，它还带有专门的用于数据采集和仪器控制的库函数和开发工具，尤其还带有专业的数学分析程序包，基本上可以满足复杂的工程计算和分析要求。本文就是讨论基于 LabVIEW 的在线监测系统的设计方法。本文按信号流动为顺序，即
5、按信号的产生、整形、采集和 A/D 转换、在程序中计算并显示为顺序介绍了基于 LabVIEW 的在线监测系统的设计方法。首先在介绍霍尔转速、电压、电流传感器工作原理的基础上，设计了信号的采样电路；其次介绍了调理电路的设计方法；最后，在介绍采集卡工作原理的基础上，详细介绍了车速监测系统的设计方法，并进行了反复的实验。实验结果表明，基于 LabVIEW 的在线监测系统能够实时准确的反映汽车的实际速度和蓄电池的电流、电压，而且该系统的可移植行强，只要改变相关的参数就能用于其他车辆的测量。关键词：电动汽车；虚拟仪器；在线监测系统AbstractIIAbstract In this paper, the
6、 LabVIEW-based electric vehicle online monitoring system designed for the whole process is introduced particularly. Since all components in the actual circuit layout, selection of parameters will affect the signal acquisition, and in speed process the calculation method of all factors affecting the
7、accuracy of the output speed. In view of this situation, during the paper design was repeated the experiment until the results meet the requirement.LabVIEW is a general programming system, it is not only able to complete the general math and logical operations and input and output capabilities, it i
8、s used with specialized data acquisition and instrument control of the library functions and development tools, particularly, with professional mathematics analysis package, basically to meet complex engineering calculations and analysis requirements. This article is to discuss the online monitoring
9、 system based on LabVIEW design method.This paper is according to the order flow of the signal, ie signal generation, shaping, acquisition and A / D conversion, the program calculated and displayed for the order, introduced the online monitoring system based on LabVIEW design method. First, in intro
10、ducing the principle Hall speed/current/voltage sensor based on the design of the signal output circuit; Then, the conditioning circuit design method was introducedt; Finally, in introducing the work of collecting cards based on the principle, details of the speed monitoring system design, and condu
11、cted repeated experiments.Experiment to the results show that the online monitoring system based on LabVIEW real-time accurate reflection of the actual vehicle speed and Battery current, voltage. And that the system have a good portability, as long as the parameters associated with changes can be us
12、ed for other measurements.Keywords: electric vehicle; virtual instruments; online monitoring system目录III目 录摘 要 .IABSTRACT.II目 录 .III第一章 绪论 .- 1 -1.1 研究背景 .- 1 -1.2 国内外研究现状 .- 1 -1.3 实验设备简介 .- 2 -1.4 主要研究内容 .- 2 -1.5 设计目标 .- 3 -1.6 本文章节安排 .- 3 -第二章 传感器及其采样电路 .- 5 -2.1 霍尔传感器 .- 5 -2.1.1 霍尔效应 .- 5 -2.1
13、.2 霍尔传感器及分类 .- 5 -2.1.3 霍尔传感器的特性 .- 5 -2.2 霍尔转速传感器 .- 6 -2.2.1 开关型霍尔传感器的结构 .- 6 -2.2.2 开关型霍尔传感器在测速上的应用 .- 6 -2.2.3 采样电路设计 .- 7 -2.2.4 实验结果 .- 7 -2.3 霍尔电流传感器 .- 8 -2.3.1 工作原理 .- 8 -2.3.2 基本性能参数 .- 9 -2.3.3 采样电路设计 .- 9 -2.4 霍尔电压传感器 .- 10 -2.4.1 工作原理 .- 10 -2.4.2 基本性能参数 .- 10 -2.4.3 采样电路设计 .- 11 -2.5 本
14、章小结 .- 12 -第三章 调理电路及直流稳压电源 .- 13 -3.1 调理电路 .- 13 -3.2 霍尔转速传感器的调理电路 .- 13 -3.2.1 施密特触发器 .- 13 -3.2.2 集成施密特触发器 .- 14 -3.2.3 HEF40106Bp 集成施密特触发器 .- 14 -3.2.4 实验结果 .- 16 -3.3 霍尔电流、电压传感器的调理电路 .- 16 -3.4 直流稳压电源 .- 17 -目录IV3.5.1 固定输出的三端集成稳压器 .- 18 -3.5.2 输出为+5V 的稳压电路 .- 18 -3.5.3 输出为+15V、-15V 的稳压电路 .- 19 -
15、3.6 本章小结 .- 19 -第四章 USB2080 采集卡 .- 20 -4.1 功能概述 .- 20 -4.1.1 基本功能 .- 20 -4.1.2 数据格式及换算关系 .- 21 -4.2 软件说明 .- 21 -4.2.1 USB 设备管理 .- 21 -4.2.2 批量读取 AD 数据 .- 21 -4.2.3 设备驱动接口函数 .- 23 -4.3 实验测试 .- 23 -4.4 本章小结 .- 24 -第五章 基于 LABVIEW 开发的在线监测系统 .- 25 -5.1 LABVIEW 概述 .- 25 -5.1.1 LabVIEW 的产生及发展 .- 25 -5.1.2
16、LabVIEW 环境 .- 26 -5.1.3 LabVIEW 的特点 .- 26 -5.1.4 LabVIEW 的优势 .- 27 -5.2 LABVIEW 的测速程序设计 .- 28 -5.2.1 测速流程 .- 28 -5.2.2 脉冲计数 .- 28 -5.2.3 旋转圈数 .- 30 -5.2.4 计时、电机转速及车速、行驶里程 .- 30 -5.2.5 采样定理与采样频率 .- 33 -5.2.6 实验验证 .- 35 -5.3 LABVIEW 的测电流、电压程序设计 .- 36 -5.3.1 LabVIEW 的测电流程序设计 .- 36 -5.3.2 LabVIEW 的测电压程序
17、设计 .- 37 -5.4 本章小结 .- 37 -第六章 总结与展望 .- 38 -6.1 总结 .- 38 -6.2 展望 .- 38 -致谢 .- 39 -参考文献 .- 40 -第一章 绪论- 1 -第一章 绪论1.1 研究背景世界上第一辆汽车是纯电动汽车，现在一般认同的看法是：1873 年英国人Robert Davidson 制造的一辆电动三轮车，它比以内燃机为动力的汽车发明早 13 年。汽车诞生一百多年来，汽车工业取得巨大的发展，特别是进入 21 世纪后，发展速度更快。汽车的发展是从纯电动汽车开始的，进入 20 世纪由于大量发现油田，石油开采提炼和内燃机技术的迅速进步，电动汽车则由
18、于电池技术进步缓慢，在性能、价格等方面都难以与燃油汽车竞争而逐步被燃油汽车所取代 1。传统汽车对石油资源的依赖性随着汽车的发展变得越来越强，然而石油资源却日益枯竭，传统汽车对石油资源的依赖性和石油储量的不断锐减已形成鲜明的反差。经历 70 年代三次石油危机唤起了人类对有限石油资源的关注，加之传统汽车排放物本身或其经过转化产生的物质对环境引起了很大的破坏，比如：光化学烟雾、酸雨以及厄尔尼诺现象等，严重破坏了人类赖以生存的生态系统。另外，汽车尾气排放对人类自身也造成了极大危害，例如：铅进入人体与血液生成“血铅” ，破坏造血系统和神经系统；CO 进入人体与人体血红蛋白结合破坏人体内氧的输送及交换；N
19、Ox 对人的呼吸系统有较大的刺激作用等。能源问题、环境问题已成为制约汽车工业可持续发展的主要瓶颈。为了获得汽车工业的可持续发展，节能和新能源技术已经被摆在最突出的位置上，于是全世界纷纷提出了远景目标，并积极研究清洁、节能的汽车。于是，纯电动车、混合动力汽车、燃料电池汽车及太阳能电动车的研究层出不穷 2。1.2 国内外研究现状本设计是在 LabVIEW 平台上开发的电动汽车在线监测系统：霍尔效应式速度、电流、电压传感器将电机的转速、蓄电池电流和电压转化为脉冲信号，通过调理电路对波形进行整形，然后将脉冲信号输入到采集卡进行 A/D 转换，最后把数字信号输入到计算机上，通过 VI 将车速、电流、电压
20、显示出来，实现对车速、电流、电压的实时监控。下面就 LabVIEW 开发平台和电动汽车在线监测系统两方面的国内外研究状况作一简要介绍 3-4。1、LabVIEW 开发平台：LabVIEW 是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench(实验室虚拟仪器集成环境)的简称，是有美国国家仪器公司（National Instruments,NI）创立的一个功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具 5第一章 绪论- 2 -6 。目前，国内外有许多部门和公司都在积极地开展虚拟仪器方面的研究和应用工作。比如，国内外许多大学都在尝试将虚拟仪器应用到
21、实验教学和计算机辅助教学中。虚拟仪器已在超大规模集成电路测试、模拟电路和数字电路测试、现代家用电器测试、电子元件、电力电子器件测试以及军事、航天、生物医学、工厂测试、电工技术领域、电子测量、电力工程、物矿勘探、故障诊断等的可移动式现场测试工作中得到应用，且应用领域还将不断拓宽。2、电动汽车在线监测系统；目前，国内外很多公司与机构都投入巨资进行电动汽车数据采集系统的研制开发与生产销售。北京理工大学研制的车辆 AMT 的数据采集及分析系统，该系统在采集大量数据的同时，还具备数据分类、存储和分析功能。福特、博世等公司开发的车载式汽车性能数据采集装置，这些装置采集精度高、采集参数全、体积小、安装拆卸方
22、便，具备动态分析汽车各种性能的能力。目前，国内外电动汽车数据采集系统普遍存在的问题是数据采集的可靠性和抗干扰性等问题。由于电动汽车数据采集要求数据采集硬件装置稳定性好，便携性好，同时由于其工作环境(运行中的车辆)的复杂而给数据采集工作提出了较高的要求，系统的抗震性，抗干扰性以及对数据的存储能力、系统综合性能等都是需要考虑的重要因素 7-10。1.3 实验设备简介在完成本设计时，实验室拥有一辆太阳能电动汽车、一个霍尔转速传感器、一个阿尔泰公司生产的 USB 采集卡、施密特触发器 HEF40106Bp 集成芯片若干等专门的硬件设备；还有一般实验常用的示波器、电烙铁、焊锡、万用表、电容、电阻、万用板等必需设备；以及 LabVIEW2009 版。此外，还专门购买了L7805、L7815、L7915、涤纶电容、二极管、9V 干电池若干个。1.4 主要研究内容本文主要是给现有的太阳能电动汽车开发在线监测系统。研究的主要内容有以下五点：（1） 研究霍尔转速、电流、电压传感器的工作原理，设计霍尔传感器信号采样电路。（2） 研究调理电路的设计方法，为霍尔传感器的信号输出设计调理电路。重点研究施密特触发器 HEF40106Bp 芯片的工作原理，设计该芯片的滤波电路，使得霍尔传感器输出的矩形脉冲信号经过施密特触发器整形成标准的矩形脉冲波。
