虚拟仪器技术的综合疲劳试验控制系统的研究电气与自动化工程[20200121204358]
摘要
在日常生活中，汽车成为越来越普及的代步工具。汽车的安全、节能、舒适、性能、质量等问题也越来越受到人们重视。其中，汽车车座的安全、使用寿命也是生产商重视的一块。综合疲劳试验控制柜是针对汽车座椅疲劳性能检测的试验设备，可进行各种模拟载荷测试，实时的进行各种数据的测量和控制，其试验结果直接影响汽车座椅的使用寿命和安全系数，是保障汽车车辆的安全可靠运行不可缺少的试验检测设备。
本课题基于虚拟仪器技术设计综合疲劳试验控制柜，用来检测汽车车座的使用耐久度。综合疲劳试验控制柜包括内置有数据采集卡和虚拟仪器软件平台的计算机、控制切换电路、电磁阀、流量阀、比例阀等组成气路系统。本课题的主要任务是根据驾驶员的安全性、舒适性与座椅的疲劳强度，设计出一个综合疲劳试验柜。运用虚拟仪器技术对所设计的汽车座椅部分进行疲劳强度受力分析，包括座椅靠背的受力强度，坐垫的受力强度和座椅滑轨的使用耐久度。
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关键字:虚拟仪器技术综合疲劳试验控制柜数据采集
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的来源和背景 1
1.2 历史状况和发展趋势 1
1.3本课题研究的主要内容 2
1.4本文的主要工作 2
第二章 虚拟仪器的概述 3
2.1虚拟仪器的概念 3
2.2虚拟仪器在各方面的应用 3
2.3虚拟仪器的发展趋势 4
第三章 系统方案设计 5
3.1电气柜的设计思路 5
3.2电气柜的气路分析 6
第四章 硬件设计 7
4.1电气柜系统构架 7
4.2传感器的选择 8
4.3数据采集卡的选择 9
4.3.1 NI 9237数据采集卡 9
4.3.2 NI 9205数据采集卡 10
4.3.3 NI 9425数据采集卡 10
4.4数据采集系统的组成 11
4.4.1 NI CRIO-9073的选择 12
4.4.2 NI 9264板卡的选择 13
4.4.3 NI 9477板卡的选择 13
第五章 软件设计 15
5.1软件总体设计思路 15
5.2主界面设计 18
5.3生产者/消费者设计模式 20
5.3.1生产者中的事件结构 21
5.3.2消费者结构中数据的采集 24
5.3.3消费者结构中数据的保存 26
5.4 系统调试 29
结语 31
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 课题的来源和背景
汽车座椅是汽车上的一个重要部件,越来越受到消费者的重视。汽车座椅是驾驶者的工作场所，它的性能的好坏，直接关系到驾驶者舒适和安全。
现在人们在汽车中度过的时间越来越多，座椅的安全与舒适对人们的健康与安全能造成直接影响。随着社会的发展，人们生活水平提高了，人们对汽车的需求也越来越大。汽车走进千家万户，人们对汽车的要求也会发生转变，人们对汽车的要求必定越来越高，因此汽车车座的发展也要跟上时代的步伐。座椅是汽车与人接触最大的界面，人们在购车时，一般首先接触到的就是座椅，所以座椅是否舒适、对驾驶者的安全有没有保障，这些都会是人们在选车的考虑到的极为重要的因素。
所以汽车座椅的安全性与舒适性问题会受到人们越来越多的重视，这也就是本课题的研究问题，要对汽车座椅进行一系列的检测来保证驾驶员的安全和舒适。本课题中研究的综合疲劳试验柜就能对汽车座椅进行很好的检测。
1.2 历史状况和发展趋势
其实很早的时候就有了疲劳试验这个概念。早在1829年，德国人阿尔贝特(J.Albert)为解决矿山卷扬机的钢索经常断裂的问题,就首先以10次/分的频率进行疲劳试验。1852年，德国人沃勒(A.Whler)指出一些金属存在疲劳极限，并将疲劳试验结果绘成应力与循环周次关系的-曲线，又称为Whler曲线。1849年，英国人古德曼 (J.Goodman)首先考虑了平均应力不为零时非对称载荷下的疲劳问题并提出耐久图，为金属制件的寿命估算和安全可靠服役奠定理论基础。1946年，德国人魏布尔 (W.Weibull)对大量疲劳试验数据进行统计分析研究，提出对数疲劳寿命一般符合正态分布（高斯分布），阐明疲劳测试技术中应采用数理统计。
60年代初，从断裂力学观点分析金属疲劳问题，进一步扩大了疲劳研究内容。近年来，由于电液伺服闭环控制疲劳试验机的出现以及近代无损检验技术、现代化仪器仪表等新技术的采用，促进了金属疲劳测试技术的发展。今后应着重各种不同条件下金属及其制件的疲劳测试技术的研究。
由此看来，疲劳试验的概念由来已久，本文的综合疲劳试验柜是在基于虚拟仪器技术的基础上，对汽车座椅展开一系列检测。自从美国NI国家仪器公司开发出虚拟仪器这个检测平台后，疲劳试验的检测得到了大大的突破，基于虚拟仪器技术的综合疲劳试验柜就是技术上的一个很大的进步。
汽车座椅综合疲劳试验控制柜，可以对汽车座椅进行各种模拟载荷测试，是疲劳性能检测的试验设备，它可以实时的进行各种数据的测量和控制，它的检测结果将成为汽车座椅的使用寿命和安全系数的重要参考，对保障汽车的安全可靠运行有着重要意义。
由于虚拟仪器技术的优良系统，检测系统的操作也越来越简便，用户可以根据自己的需求自行的增减模块，对系统进行相应的配置以满足相应的检测需求，这样做不仅有效地利用了软硬件资源，还能满足检测需求。随着汽车工业的不断发展和人们需求量的不断提升，基于虚拟仪器技术的综合疲劳试验控制柜的应用也会越来越广泛，介于操作简便、高效利用软硬件资源的优越性，它有着良好的发展前景。
1.3本课题研究的主要内容
本课题的主要任务是根据驾驶者的舒适性、安全性与座椅的疲劳强度，设计出一个综合疲劳试验柜，对汽车的驾驶员座椅进行检测、分析和调试。结合国内和国际标准，运用虚拟仪器技术对所设计的汽车座椅部分进行疲劳强度受力分析，包括座椅靠背的受力强度，坐垫的受力强度和座椅滑轨的使用耐久度。
1.4本文的主要工作
本文将分五章逐一阐述以上各部分内容：
第一章绪论，本章简单介绍了课题来源和背景、综合疲劳试验柜的历史和发展
第二章虚拟仪器概述，本章介绍了虚拟仪器的概念、特点以及它的应用和发展趋势
第三章系统方案设计，本章介绍了电气柜的设计思路与电气柜的工作原理
第四章硬件设计，本章简要介绍了电气柜的的系统构架和主要的硬件设备，重点介绍了数据采集卡的选择和数据采集系统
第五章软件设计，本章解释了软件设计的总体思路和主界面的设计，以及三个信号的数据采集
第二章 虚拟仪器的概述
2.1虚拟仪器的概念
虚拟仪器这个概念是美国国家仪器公司提出来的，虚拟仪器本质一个就是虚拟现实方面的应用结果。换句话说，虚拟仪器是一种功能意义上的仪器，它充分地利用计算机系统强大的数据处理能力，在基础硬件的支持下，利用软件完成数据的采集、控制、数据分析和处理以及测试结果的显示等，通过软件和硬件的配合来实现传统仪器的各种功能，突破了传统仪器在数据处理、显示、传送、存储等方面的限制，使用户可以方便地对仪器进行维护、扩展和升级。
虚拟仪器是基于计算机的仪器，计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向，在计算机上的基础上加一组软件和硬件就成为了虚拟仪器，使用者在使用这台计算机时，就像是在使用一台自己设计的专用的传统电子仪器。
在虚拟仪器系统中，硬件的功能是实现信号的输入、输出，软件则是整个系统的核心。使用者可以通过修改软件从而很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有了“软件就是仪器”这个说法。

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