汽车安全气囊的点爆测试系统设计
汽车安全气囊的点爆测试系统设计[20200121194037]
摘要
现代技术飞速发展，汽车已经进入千家万户，但是由于道路安全问题，避免交通事故给驾驶员造成生命财产的危害，研究安全气囊具有重要的意义。汽车安全气囊是一个复杂的系统，本课题旨在测试安全气囊能否在规定的时间内正常点爆，从而认定该气囊是否符合生产要求。
本文首先对汽车行业内气囊点爆测试的意义﹑研究现状进行了介绍。在细致分析了点爆测试需要的功能﹑环境，提出了一套基于虚拟仪器技术的汽车安全气囊的点爆测试的方案。测试系统包括工控机﹑NI cDAQ-9188数据采集卡﹑夹具等硬件，结合labview2012虚拟仪器平台上开发的软件组成。简要论述了测试系统的硬件组成和选择原则。对测试系统软件的设计思想和结构进行详细的介绍。最后，通过完成硬件与软件上的测试，绘成测试文件，向客户演示测试结果。让客户认识到此次测试系统在行业上的领先位置。
关 键 词：虚拟仪器技术 汽车安全气囊点爆 测试系统
Automobile airbag system design point explosion test
Abstract
The rapid development of modern technology , the car has entered every household, but due to road safety , the driver avoid accidents caused harm to life and property , the study has important significance airbags . Automotive airbag is a complex system, this paper aims to test whether the normal point explosion airbags within the stipulated time, thus finds that the balloon meets the production requirements.
Firstly, the significance of the research status quo within the automotive industry airbag deployment testing ﹑ introduced. In a detailed analysis of the functional point of explosion, environmental testing needs, a set of points based on virtual instrument technology automotive airbag burst test program . Test system includes IPC ﹑ NI cDAQ-9188 data acquisition card ﹑ fixtures and other hardware, combined with the virtual instrument development platform labview2012 software. Briefly discusses the test system consisting of hardware and choice principles. Design concepts and structure of the test system software for detailed description. Finally, through the completion of the test hardware and software, and plotted test files, test results to client presentations . Allow customers to test the system recognizes a leading position in the industry。
Keywords: virtual instrument technology ；SRS； test system
第一章 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3本文主要工作 2
第二章 汽车安全气囊的点爆测试系统总体设计 4
2.1测试系统功能需求 4
2.2 安全气囊点爆测试方法 4
2.3 测试系统构成 5
2.4本章小结 6
第三章 检测系统硬件介绍 7
3.1检测系统计算机的选择 7
3.2高精度数据采集卡的选择 8
3.2.1 NI cDAQ-9188机箱介绍 8
3.2.2 无线传感器（WSN）连接附件介绍 9
3.2.3 NI 9277 4通道, 100 Ω RTD, 24位模拟输入模块介绍 9
3.2.4 NI 9222 4通道, 500 kS/s, 16位同步模拟输入模块介绍 9
3.2.5 NI 9971 为2孔模块提供防应变介绍 10
3.2.6 气囊点爆测试系统中板卡的接口表 10
3.3 UPS 不间断电源简介 11
3.4 脉冲发生器简介 12
3.5 8808A数字万用表介绍 13
3.6本章小结 14
第四章 基于虚拟仪器技术的检测系统软件实现 15
4.1虚拟仪器技术简介 15
4.1.1虚拟仪器的概念 15
4.1.2虚拟仪器的结构组成 15
4.1.3虚拟仪器特点 16
4.2虚拟仪器编程软件LabVIEW 16
4.2.1 LabVIEW概述 16
4.2.2 LabVIEW程序组成 16
4.2.3 LabVIEW程序设计步骤 18
4.3测试系统软件实现 19
4.3.1软件设计思想 19
4.3.2软件结构设计 21
4.3.3测试系统软件流程设计 22
4.4本章小结 22
第五章 软件的界面及功能 24
5.1软件的主界面 24
5.2软件的测试子程序 25
5.3校准程序 27
第六章 气囊点爆应用举例 30
6.1 汽车安全气囊点爆测试实现过程 30
6.2本章小结 32
第七章 结论与展望 33
7.1结论 33
参考文献 34
致谢 35
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
随着社会经济的发展，人们对交通工具的选择已经越来越普遍。汽车已经逐步走进了千家万户。随着汽车拥有量的增加和高速公路的发展，汽车的行驶速度越来越快，交通越来越拥挤，使得交通事故频繁发生，所以我们在研究汽车的安全驾驶。在汽车上安装安全气囊可以有效减少驾驶员受到交通事故受到的伤害。现代汽车普遍在方向盘前端，副驾驶前端安装有安全气囊，有的汽车在驾驶室顶端，侧端都装有安全气囊。
当汽车发生剧烈碰撞时，由于巨大惯性，势必会对驾驶员，汽车造成巨大损害，安全气囊对驾乘人员的保护是起显著作用的。
当汽车发生碰撞时，汽车安全气囊智能系统会根据汽车的速度和加速度的大小，智能地识别是否是安全带预紧器和双气囊同时工作，还是使用安全带预紧器动作。所以，在速度低于30km/h发生碰撞时，一般汽车的安全带就可以保护好驾乘人员的安全，而不需要点爆安全气囊。如果在速度大于30km/h发生冲撞时，安全气囊必须点爆，同时驾乘人员在安全带的作用下，可以有效的减少伤害。
气囊的柔软性可以将冲击力均匀的分散，防止人体和汽车本身的直接接触。安全气囊在汽车发生碰撞过程中能有效的保护驾乘人员，如果驾乘人员能够有效的佩戴安全带，气囊的保护作用可以发挥到最大。据国外数据统计，装备安全气囊的汽车在发生碰撞中，能够有效的降低驾乘人员的伤害可达60 %。
当我们在车上看到SRS或者是Airbag字样，就知道此处是安装了安全气囊。安全气囊系统组成部分是微处理器，传感器，气体发生器与气囊等部件。判断撞车的程度，传递信号主要是由安全气囊系统中的微处理器和传感器完成的。气体发生器是接受来自微处理器的信号，当撞车发生时，点火装置点火，点燃固体燃料，从而产生大量气体，气囊迅速膨胀。气囊是装在驾驶室的必要位置，材质主要是尼龙。气囊中设置了安全阀，当气囊内的气体产生到一定量时，气囊内的气体会释放出来，囊中所用的气体多是氮气。
碰撞传感器、安全气囊控制中心、显示灯和气囊组件构成了安全气囊的主要部分。
1.2国内外研究现状
使用安全气囊保护驾乘人员的创意最早是由美国人想起的。1952年，美国人阐述了安全气囊的构想，同时，关于安全气囊的原理图也随之构想出来。
1953年，美国人赫特里提出了汽车安全防护装置中引用了安全气囊，同时也申请了安全气囊应用与汽车保护驾乘人员的专利。
1966年，汽车制造巨头们也在关注汽车安全驾驶方面的研究。其中之一梅赛德斯-奔驰公司着手研究安全气囊。当时电子技术也有显著发展，他们发明了碰撞传感器，以及气体发生的化学原理。能够让安全气囊在30ms左右内迅速膨胀爆开。同时利用尼龙这一种抗撕裂的气囊材料，改善了气囊的组织上的特性。
1980年，奔驰公司组织了在大约250次真车撞击试验，2 500次的台架试验，以及超过700万km的车辆路试之后，安全气囊被运用在该公司最新款的轿车上，并取得了良好的试验结果。
1985年，奔驰在全部供应美国市场的汽车上都有安装了这种安全系统。到目前为止，在美国发生的交通事故中，在安装安全气囊的汽车上已经保护了大约14000多人的生命。
1990年以来，在德国，安全气囊已经有效防止了大约2500例重大交通事故的发生。据国外数据统计，安全气囊能过保护大约1/3的驾乘人员的生命安全。另外，六分之一的驾驶员或前排乘客能够在碰撞中得到安全气囊的保护而被拯救。在安装安全气囊的车辆中，能够明显提高汽车驾驶的安全性。
1992年，安全气囊就已经作为奔驰轿车一项标准配置。梅塞德斯的工程师们对汽车安全气囊的研究中付出了巨大的贡献，他们推动了安全气囊的发展，一代一代的安全气囊应用与汽车中，在不断的革新过程中，现代科技技术的发展起到了决定性的作用，特别是在当代，运用labview编程技巧能够为工程师们节约大量的时间，同时带来测试上的方便。
美国国家仪器公司（NI）开发的Labview编程为工程师带来了福音，气囊在出厂前都要进行必要性的检测。这个正是Labview编程在测试方面的巨大的优势。Labview是专门为测试工程师开发的编程软件，主要应用与测试行业。
1.3本文主要工作
本文所设计的系统由工控机、NI cDAQ-9188数据采集板卡、夹具等硬件，结合在LabVIEW虚拟仪器平台上开发的软件组成，实现汽车安全气囊的点爆测试。
本文将分七章逐一阐述以上各部分内容：
第一章 绪论 本章结合文献综述，简单介绍了汽车安全气囊的发展，基于虚拟仪器技术的发展与其在相关领域的优势，应用虚拟仪器技术与汽车安全气囊结合，总结在此过程中设计的优势。
第二章 汽车安全气囊的点爆测试系统设计概述 本章提出了总体设计方案，介绍了测试系统的功能，以及测试系统的构成。
第三章 测试系统硬件介绍 本章介绍了汽车安全气囊的点爆测试系统硬件组成，以及各组成部分的作用。
第四章 基于虚拟仪器技术的检测系统软件实现 本章在简要介绍虚拟仪器技术特点，以及Labview的编程方法的基础上，对汽车安全气囊的系统的软件实现进行说明。
第五章 测试流程 本章在介绍高速相机拍照基础上，记录气囊点爆过程中的图像，运用LabVIEW软件编制了相关的读取数据软件，为汽车安全气囊点爆测试系统提供数据依据。
第六章 测试结果分析 本章以图像说明汽车点爆测试系统的具体实现。
第七章 结论与展望 本章对全文所做的工作进行了总结，并对未来的研究作出了设想。
第二章 汽车安全气囊的点爆测试系统总体设计
2.1测试系统功能需求
在碰撞过程中，汽车安全气囊能否正常爆开对保护驾驶员人生安全具有重要的意义，所以在出厂前势必要检测安全气囊的是否符合要求，安全气囊的点爆测试系统应该满足如下的功能：
l 高速相机摆放位置应当能够记录气囊点爆的全过程，如何能够摆放到适当位置，需要我们进行多方位的测试。
l 模拟不同温度下，点爆都能正常进行。
l 运用NI的板卡测量气囊的电阻﹑电压﹑电流，模拟不同点爆测试的条件。
l 检测装置在满足条件下会进行点爆测试，在高速相机的配合下，记录点爆过程，labview会自动判断气囊是否合格。
l 测试装置安装扫码枪，会对检测的产品进行识别。
l 两台相机的图片、合成的视频、该任务的配置文件、电流脉冲曲线、温度曲线会保存在该任务的文件夹下。测试任务完成后，该任务会显示为Done状态，其他就绪任务可开始执行。
图2.1 系统结构框图
2.2 安全气囊点爆测试方法
气囊的点爆测试方法就是在条件准备就绪的情况下，给该电路一个脉冲信号，气囊电路会触发点爆，高速相机记录图像。脉冲信号是一种形状多种多样的离散信号，与普通模拟信号相比，它的特点是具有周期性，而且在波形之间在时间轴上不连续。脉冲是一个大电流信号。首先，由检测设备根据被测安全气囊的种类和规格要求产给出合理的数据值；然后，测试系统测量检测设备产生的测试电流信号的值，以此作为标准值，再通过软件读取被测安全气囊的实际测量值的大小，最后由检测装置对通信读取被测安全气囊测量值和标准值（即测设备产生的测试电流信号的值）进行比较，根据比较结果是否满足产品的相关标准来判断其点爆测试的好坏。
2.3 测试系统构成
汽车安全气囊的点爆测试系统主要有硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统主要由内置多功能高精度数据采集卡的计算机、气囊点爆主机柜、测试控制电路、UPS、灯控箱、气动夹具等组成。软件部分采用目前较为成熟，且应用较为广泛的软件开发测试平台，即LabVIEW 2012来实现。
图2.2 测试系统外观图
图2.3 气囊实际图
该测试系统以工业控制计算机和LabVIEW虚拟仪器软件平台为控制核心，工控机作为上位机，主要用于实现人机交互、完成测试参数的设置、现场数据的实时显示、测试结果的存储等工作。通过LabVIEW虚拟仪器软件平台编制相关程序接收工控机的控制参数和控制命令，对测试过程进行实时监控。UPS即不间断电源，为测试系统提供稳定的﹑不间断的电力供应。脉冲发生器是用来发生信号的系统，产生一个大电流信号。
2.4本章小结
本章介绍了汽车安全气囊点爆测试对测试系统的功能需求，阐述了测量功能检测方法后系统所设计的测试系统的功能实现要求以及测试系统构成，提出了一套汽车安全气囊测量功能检测系统的总体设计方案，给出了系统外观图以及硬件图。
第三章 检测系统硬件介绍
根据系统总体结构，硬件部分由计算机、NI cDAQ-9188数据采集板卡、UPS、气囊点爆主机柜和夹具等组成。以下对硬件部分的选择进行具体说明。
3.1检测系统计算机的选择
由于整个安全气囊点爆测试过程都是在计算机的控制下完成的，所以计算机是整个测试系统的核心部件，其性能的好坏直接关系到整个测试系统的性能。为了提高整个测试系统在环境恶劣的工业现场的适应能力，需要选择抗干扰能力强、稳定性好计算机，因此选择研华公司生产的IPC-610型工业控制计算机。
工业控制计算机简称工控机，它主要用于工业过程测量、控制、数据采集等工作。工业控制计算机简称IPC，工控机与传统的个人PC很相似，具有计算机CPU﹑内存﹑硬盘﹑外接设备。IPC采用总线结构，对机电设备进行测量与控制。在工业应用上，IPC的价格低﹑质量高和软硬件资源丰富，已经逐渐被大部分技术公司的认可和信赖。IPC的主要特点有①可靠性；②实时性；③扩充性；④兼容性。本次气囊点爆测试应用的IPC为研华公司的610H工控机，该型工控机的技术规格为i-3 CPU, 4G RAM, 500G硬盘。
图3.10 研华610H工控机外观图
3.2高精度数据采集卡的选择
高精度数据采集卡为NI公司生产的PCI型的多功能数据采集卡，其具有多路数字量输入/输出通道、多路模拟量输/入输出通道和高精度定时和计数功能，而且集成度高、性能超群、稳定性好，还能与虚拟仪器软件平台良好的兼容。在安全气囊点爆测试系统中采用了众多的数据采集卡：
3.2.1 NI cDAQ-9188机箱介绍
NI cDAQ-9188作为8槽NI CompactDAQ以太网机箱设计，适合远程或分布式传感器和电子测量。 单个NI CompactDAQ机箱可测量最多256路通道的电子、物理、机械或声音信号。 结合50多款传感器专用NI C系列I/O模块和获得专利的NI信号读写技术，NI CompactDAQ平台为灵活的混合测量系统提供了高速数据和易用性。
这些模块适用于各种传感器测量，包括热电偶、RTD、应变计、负荷与压力传感器、扭矩元件、加速度计、流量计和麦克风等。 NI CompactDAQ系统结合传感器测量和电压、电流与数字信号，可用于构建自定义混合测量系统；系统通过单个以太网接口连至主机或笔记本。
图3.1 NI cDAQ-9188外观图
3.2.2 无线传感器（WSN）连接附件介绍
NI无线传感器网络(WSN)测量节点随附于内置2针MINI-COMBICON电源连接器和18针侧面插入式螺栓端子I/O连接器。NI WSN-3284套件的4个额外18针螺栓端子连接器和标签中，包含2个顶端插入式连接器和2个侧面插入式连接器。用户还能获取4个额外的2针电源连接器，可搭配NI WSN以太网关或测量节点。 此外，NI电源连接器后壳套件包含的防应变附件，适合以太网关和测量节点上的2针电源连接器。该附件夹在MINI-COMBICON连接器上，并包含用以固定电源线缆的扎线带。
3.2.3 NI 9277 4通道, 100 Ω RTD, 24位模拟输入模块介绍
National Instruments公司具有4通道、24位分辨率的NI 9217 RTD模拟输入模块可进行100 Ω RTD测量。在高分辨率模式下，采样率为5 S/s并配有50/60 Hz内置式去噪功能。采样率为5 S/s，并具备50/60 Hz的噪声抑制。NI 9217可与3线和4线RTD测量兼容、自动探测与通道连接的RTD类型并可自动把每条通道配置成恰当的模式。该模块可提供每通道1 mA的电流激励，其整个操作温度范围内的精度误差小于1 °C。
3.2.4 NI 9222 4通道, 500 kS/s, 16位同步模拟输入模块介绍
NI 9222和NI 9223作为高速、同步C系列模块，适用于各类NI CompactDAQ或CompactRIO机箱。结合达1 MS/s的采样率和同步模数转换器(ADC)，这些模块非常适合弹道、冲击与冲击波测试等应用。机箱的设计可搭配并行定时引擎启用测试系统。这意味着：当NI 9222的采样率达每通道500 kS/s时，邻近它的模块却以慢许多的速度采样；这很适合混合测量测试系统。
图3.2 NI 9222外观图
3.2.5 NI 9971 为2孔模块提供防应变介绍
所有NI C系列的弹簧和螺栓端子模块均随附所需的连接器。NI 9971为3通道或4通道2孔模块提供了应变消除以及操作人员高压信号保护。该后壳套件可与NI 9976的2孔连接器配合使用，且不随附于模块套件。NI 9971套件包含4个后壳。该套件不包含任何连接器。
3.2.6 气囊点爆测试系统中板卡的接口表
接口表从NI官网上可以查到，方便技术人员进行接线、组装等操作。接口表严格按照电气规范进行的。
图3.3 板卡接口表(a)
图3.4 板卡接口表(b)
3.3 UPS 不间断电源简介
UPS 即不间断电源，其组成部分为主路﹑旁路﹑电池等。整流器的作用就是使UPS系统的电压稳定。进行AC/DC变换的整流器，进行DC/AC变换的逆变器，逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。UPS对于本课题的研究起着提供稳定电流供应，防止突发情况断电，对系统产生的影响。
图3.5 UPS原理图
图3.6 UPS实物图
3.4 脉冲发生器简介
信号可以分为四大类：①正弦信号；②函数信号；③脉冲信号；④随机信号。脉冲发生器是产生测试系统所需电测试信号的仪器，发送并传递信号。脉冲信号能够产生幅度和宽度都是能够可调的矩形脉冲发生器,可以用来测试线性系统的瞬态响应..气囊的点爆就是需要一个有脉冲发生器产生的一个大电流信号，从而开始点爆。本测试系统应用到的脉冲发生器的结构示意图如下图所示：
图3.6 脉冲发生器示意图
脉冲信号发生器作为一个关键的设备,其接线与组装都是严格按照电气规范,其引脚与功能表如下图:
图3.7 脉冲发生器接线表
图3.8 脉冲发生器外观图
3.5 8808A数字万用表介绍
8808A是应用与研发与测量等应用的多功能福禄克数字万用表。该数字万用表拥有种类繁多的功能，可以测量电流﹑电压和电阻。针对一些常用测量进行了优化，可以极其方便的完成测量任务。5.5位数字分辨率，直流电压基本准确度0.015% 双参数显示，其专设的泄漏电流测量2x4四线电阻测量，六个专设的快速进入的测量设置键，操作简洁。
图3.9 8808A数字万用表外观图
3.6本章小结
本章在满足汽车安全气囊的点爆测试功能检测需求的前提下对测试系统的硬件组成和选择原则进行了说明，简单介绍了每一部分的作用。
第四章 基于虚拟仪器技术的检测系统软件实现
4.1虚拟仪器技术简介
计算机的出现，彻底改变了人们的跟踪和生活方式。美国国家仪器的创新软件产品Labview，允许用图形化的编程方式，摒弃了晦涩难懂的文本代码，使得计算机不再是少数人的专利。Labview最早版本诞生于1986年，几乎与微弱的操作系统同时诞生，这决定了Labview注定适用于不同的操作系统，是多平台的编程语言。
4.1.1虚拟仪器的概念
在以计算机为核心的硬件平台上，虚拟仪器就是由用户自定义设置前面板，是用测试软件达成测试功能的仪器系统。多种形式的输出形成了测试结果，测试软件实现对信号的分析和处理。I/O接口对信号进行采集和测量。虚拟仪器中的前面板上的控件与传统的仪器面板上各种器件在功能实现上都是相同的。在设计的虚拟仪器中，起到真正作用的是软件，而硬件只是处理信号的输入输出。
4.1.2虚拟仪器的结构组成
硬件系统和软件系统是组成虚拟仪器的两大部分，和传统仪器一样，虚拟仪器能够实现数据的分析处理、采集以及结果显示。其一般构成图如图4.1所示。
图4.1 虚拟仪器系统构成图
虚拟仪器外接不同的系统结构，其主要的构成方式为PC-DAQ、GPIB、VXI、PXI、串口系统等。组建不同的虚拟仪器系统可以采用单一的，或者是组合式的系统。其中数据采集模块PC-DAQ是构成测试虚拟仪器的最基本方法。虚拟仪器是将硬件与计算机结合，配上应用软件构成。所以说，计算机的发展也是推动了虚拟仪器的不断更新，也显示了虚拟仪器强大的适应能力与灵活性。
4.1.3虚拟仪器特点
虚拟仪器是在各类模块板卡的实现对数据采集、信号分析等功能，并且图形化的在计算机界面显示数据，其强大的功能主要又以下几个方面的特点：
(1) 结合计算机强大的硬件资源，提高了过去传统仪器的功能，在数据采集与分析方面更具有优势。
(2) 使用了标准化总线技术，明确了软件即时仪器的思想，同传统仪器相比，减少了许多复杂和测量粗糙的分立模拟硬件，使得对测量系统的精度、速度以及测量效率都有质的飞跃。
(3) 图形化的显示实时采集的数据，其界面友好、直观。实现对一些硬件资源的软件化，提高效率，增强了虚拟仪器系统的灵活性。
(4) 利用虚拟仪器能够方便的构成复杂的测试系统，可以通过高速的计算机网络构成测试系统进行远程的测控与故障分析，节约费用。
4.2虚拟仪器编程软件LabVIEW
LabVIEW平台已经成为虚拟仪器设计工程师公认的简易、快速设计平台，再加上LabVIEW平台的开放式设计，使它能够与其他专业软件相兼容。通过协同开发，可以发挥各个独立软件自身的优势，设计出高效的虚拟仪器系统软件。
4.2.1 LabVIEW概述
美国国家仪器公司推出的虚拟仪器技术，图形化编程软件Labview，其中包含了完备的设备驱动程序，充足的功能函数库。Labview与传统的文本方式的编程方法鲜明不同，其最大的特点就是图形化的编程方式。在非标检测行业，目前，Labview是应用最广泛，功能也是最强的图形化编程软件，大大的提高了测试效率。可以简化程序的设计。
4.2.2 LabVIEW程序组成
Labview中的程序简称VI。前面板、程序框图、接线端组成了VI。前面板是显示与控制对象，利用图形化的显示。前面板主要是给用户添加控件。能够直观的给用户显示数据。控件的种类有许多，典型的有布尔控件、数值控件、图形控件等。控件的样式也是随着版本的更迭越来越人性化。我们可以选择所需的控件放置在前面板上。典型的LabVIEW前面板开发窗口如图4.2所示。
图4.2前面板窗口
程序框图主要是节点、连线端和功能函数组成。开发人员利用图框、节点、连线在程序框图上进行编程。程序框图中传递数据的起点和终点是在端口上。前面板中的对象与程序框图传递信息是在在控件端口。程序框图中最基本的单元是节点。从控件中选择对象，利用连线将它们连接起来。一般的数学公式、数据采集与分析和文件的I/O等组成了功能模块上的对象。典型的Labview框图程序窗口如图4.3所示。
图4.3框图窗口
图标/连接端口则可以定义一个VI，该VI不仅可以作为主程序，还可以作为子程序被其他程序调用。
4.2.3 LabVIEW程序设计步骤
数据流技术与面向对象技术是Labview图形化程序设计软件的主要特征。对象的输出只有在对象功能实现的情况下才能实现，利用Labview编程设计VI的步骤如下：
(1) 打开Labview，点击创建VI，在分析气囊测试系统的需求下，在前面板上添加控件，并对控件的参数进行设置。
(2) 在工具模板中选择相应的工具，从功能模板中取用并放置好所需图表，它们是流程图中的节点、图框。
(3) 数据流编程
数据流编程就是使用连线工具按数据流的方向将端口、节点、图框依次相连，实现数据从源头按规定的运行方式达到目的的终点。
(4) 运行检验
当完成步骤以上后，前面板程序与流程图图像化程序的设计基本上完成，虚拟仪器VI已基本建立，为了检验是否达到预期功能，还需调试。
4.3测试系统软件实现
基于虚拟仪器技术的汽车安全气囊的点爆测试系统的软件部分采用面向图形化的编程软件Labview。软件包含前面板与程序框图两部分。前面板是虚拟仪器中所用到的控件，实时的模拟。程序框图是是程序的主要设计部分，库函数，子函数以及节点连线组成。
4.3.1软件设计思想
测试系统采用模块化的设计思想，能够提高测试系统的通用性。如果测试系统需要调用一个模块，就能实现对应的功能。因此，汽车安全气囊的点爆测试系统的软件部分可以分为四个模块来实现：
(1) 夹具控制模块。本模块的程序功能是实现对气动夹具的夹紧和松开动作的控制。
图4.4 夹具模块程序部分
(2) 视觉采集程序模块。本模块的作用是用相机对气囊点爆整个过程进行全程记录，方便工程师对过程的分析。高速相机的作用是代替人眼来对气囊进行判断与测量，通过摄取图像转换为信号，传递给存储系统。
图4.5 视觉采集程序
(3) 脉冲发生器控制模块。本模块的作用是对电流发生器的电流进行调节控制，在点爆的开始之前，会给点火系统一个大的脉冲电流。
(4) 点爆测试系统整体控制模块。本模块实现对夹具控制模块、脉冲发生器控制模块、控制电源模块和工控机模块的整体控制，使其相互配合，相互协作，从而实现对汽车安全气囊的点爆测试。
图4.5 点爆测试主程序(a)
图4.5 点爆测试主程序(b)
4.3.2软件结构设计
选择合适的测试检测系统的软件结构，能够使测试系统的扩展和维护更好，会使测试系统适应不同的气囊产品更新，因此运用通用的系统设计方法。测试软件在main.vi主程序下会调用许多子程序，这是Labview的特点。整个测试程序采用分层结构，这样便于程序的阅读与调试。子程序的调用便于程序的扩展，适应不同规格的气囊产品。当安全气囊点爆测试功能进行扩展和更新时，就不需要对全部的软件重新进行设计，只需对某个特定功能模块的软件进行更新即可，可以减少工作量，从而也体现出测试软件的通用性和灵活性。
图4.6 系统软件结构图
4.3.3测试系统软件流程设计
汽车安全气囊的测试系统是采用虚拟仪器技术构建的，整个测试功能是由计算机控制完成的。点爆开始之前，手动创建任务，扫码机扫描气囊型号。然后RTD进行温度检测，当Temp condition的设定值为0时，测试系统进行高温点爆模式，当Temp condition的设定值不为0时，测试系统进行恒温点爆模式。脉冲信号给出大电流，点爆开始。视觉采集模块与板卡采集数据，并对数据进行分析，得出测量结果，在Labview前面板进行数据显示，其测试流程图如图4.7所示。
图4.7 测试程序的流程图
4.4本章小结
本章在简要介绍虚拟仪器技术特点和图形化编程软件LabVIEW的编程方法的基础上，对汽车安全气囊点爆测试系统的软件实现进行说明。测试系统采用Eplan图纸装配各类硬件，使得测试系统便于维护，同时扩展性也更高。测试系统软件采用通用框架式分层结构，使测试系统结构紧凑、功能丰富、通用性强。同时，系统软件也能够适应产品功能的更新。
第五章 软件的界面及功能
5.1软件的主界面
图5.1 软件主界面
主界面分为4部分：
1、 菜单 2、操作按钮 3、任务子窗口 4、状态框
测试任务以子窗口的形式显示在窗口3中，未创建任务或者关闭所有内存中的任务后，窗口3无内容显示。如果打开的测试任务已经被完成，则Open Task将用该配置信息新建任务，如果是未完成的任务，则打开。
新建的任务Save Task之前只保存在内存中。Close Task从内存中关闭任务，不会删除配置文件
图5.2 软件登陆界面
如果用户不存在或者密码错误，会弹出提示框：”Wrong Password！”
只有Admin和 Engineer两种。Admin可以管理账户
5.2软件的测试子程序
图5.3软件测试子程序
停止任务只能停止处于温度等待状态的任务，对于处于就绪状态以后的任务不能停止。显示当前测试任务的主要测试步骤和执行状况
图5.4气囊点爆条件选择
点爆之前会对气囊电阻进行检测，如果不满足范围，则会弹出提示窗口，并终止点爆过程。Only Channel I:使用通道1点暴单极气囊；Only Channel II:使用通道2点暴单极气囊；Channel I & II:点暴双极气囊。
图5.5 气囊热电阻
如果Soak Duration为0，则程序不考虑温度范围。如果Soak Temperature设置为50度以上，则自动判定为高温点爆模式，0度以下自动判定为低温点爆模式。0－50度为常温点爆，忽略Duration设置。高温模式下只要测量温度高于设置温度即认为符合条件，低温模式下只要测量温度低于设置温度即认为符合条件。
图5.6 气囊点爆时间计算
如果设置了Test Time，则Total frames自动算出。
图5.7模拟量输入
模拟量测量只能用来测量电压激励方式的电桥，根据Sensitivity设置的值进行线性换算。
5.3校准程序
图5.8点爆测试校准
校准程序可对同步进行测量，对两通道的延时、脉冲发生器发出的电流和电流传感器进行校准。
图5.9信息采集
Test Panel不可与任务同时进行，打开Test Panel时必须停止所有任务。Test Panel用于对硬件设备进行单独操作：选定某一Analog Channel进行测量，对当前温度进行采集，配置脉冲发生器进行点爆并进行电阻和电流的测量，对灯、风扇进行控制以及发送点爆脉冲。
图5.10 气囊选项卡
触发信号需要在DO选项卡中发出。
图5.11 点爆测试灯
设置该测试任务进行时需要打开的灯。Send Trigger 即是发送点爆的Trigger信号。点击stop 即停止采集。
第六章 气囊点爆应用举例
根据产品企业标准及其它相关要求，必须在出厂前对安全气囊各项性能进行检验，检验合格后方能出厂。由于气囊型号和规格多、需要测试的功能多、测试过程需要处理的数据复杂，传统的手动检测方式已经无法满足检测要求，因此采用LabVIEW虚拟仪器平台开发的数据采集、分析、处理软件构建一套全自动测试系统，实现对不同规格的气囊的各项性能的全面测试。
本文设计的检测系统已在相关生产企业的气囊产品出厂检验部门投入使用。实际应用表明本测试系统能对气囊的测量功能进行全面、高效、准确的测试。下面具体说明测试系统的使用流程。
6.1 汽车安全气囊点爆测试实现过程
图6.1 点爆流程
打开软件时的状态为未登录状态，可以执行的操作为登录和退出程序。点击登录按钮或菜单下的”Account”->”Login”可打开登录界面，输入正确的用户名和密码可登录。如果输入的用户名不存在或者密码错误，会出现提示”Wrong Password!”。点击OK再次返回登录界面如果点击Cancel，则返回未登录状态。如果成功登录，则主界面会根据登录用户权限禁用/启用相应功能。
用户点击NEW可打开界面，针对一个DUT创建任务，依次填写任务参数或者使用Default载入默认参数。然后点击OK进入下一步骤。或者点击Cancel取消本次任务创建。
图6.2 扫描枪选项卡
扫描二维码确认。配置任务完成后会弹出扫描二维码确认界面，使用扫码枪扫描DUT的二维码，如该二维码必须与步骤3中所填写的Serial Number相同，任务被创建。如果Temp Condition中设置的时间不为0，则进入高温点暴步骤。如果Temp Condition中设置的时间为0，则进入常温点暴步骤。
图6.3 点爆任务
高温点爆方式。二维码扫描结束时会自动开始监测温度，如果温度满足Temp Condition设定的温度范围，则开始记时，如果温度一直保持恒定满足Temp Condition设定的时间，则任务显示为Ready状态。
图6.3 进入Ready 点爆开始
如果在等待期间温度掉出该范围，则视为发生异常，将给出提示并停止该任务。常温点爆则直接进入Ready模式。
图6.4 测试结果
选中进入Ready的任务点击开始按钮可进入准备点暴状态，一次只能有一个任务被开始，该任务未结束时其他任务不能开始。进入准备点暴状态会有提示框弹出，如为箱内点暴，则直接点击Send Trigger，如为箱外点暴，则将DUT拿出并放置好后点击Send Trigger。
数据采集分析过程是在两台相机的图片、合成的视频、该任务的配置文件、电流脉冲曲线、温度曲线会保存在该任务的文件夹下。任务完成后，该任务会显示为Done状态，其他就绪任务可开始执行。
所有任务处于完成状态或者手动停止状态后，本次测试结束。
6.2本章小结
本章结合检测试系统在实际测试环节对安全气囊点爆测试的运行测试，对其测试功能的实现过程经行了详细的说明。实际应用中，经过调试，该系统测量准确，效率高，极大的提高了汽车产业对气囊需求的检测，达到了客户满意的效果。测试点爆流程是产品出厂前所进行的一项必要性的检测，从流程中看出，该系统操作简单，易于维护。
第七章 结论与展望
7.1结论
虚拟仪器应用在不同的测量与控制工程应用中，都受到了用户的极大欢迎。其中主要是因为Labview这种图形化，数据流的编程语言。数据流的编程语言会自然的在用户界面上显示出数据。方便的使用户查看，修改数据。因此，基于虚拟仪器技术构建检测系统，运用LabVIEW 2012编制检测系统测试软件是值得研究的问题。
本文介绍了一套运用LabVIEW虚拟仪器技术并结合相关硬件设计的汽车安全气囊点爆测试系统，该系统在LabVIEW 虚拟仪器平台上，该系统包含了工控机，数据采集卡，夹具等硬件。测量准确，结构不复杂，在行业内具有非常好的应用前景和技术分享价值。
随着我国社会经济的飞速发展和人们生活水平的提高，汽车早已进入了千家万户。安全气囊作为汽车安全防护的重要措施，其安全性能必须是要经过检测的。我们运用NI的虚拟仪器模块化的对气囊进行检测。我们这一思路已经运用到许多方面的非标检测行业。自动化技术和现代电子科技的不断进步，虚拟仪器技术已经越来越成熟。
将虚拟仪器技术、工业控制技术合理地应用到汽车安全气囊点爆测试系统中, 有利于提高设备的自动化程度、可靠性及可维护性, 有利于提高设备的反应速度,有利于操作使用人员的操作工作的顺利进。
运用Labview软件最大的好处就是节约时间，提高工程师测试的效率，而且在硬件方面，虚拟仪器也有巨大的优势，能偶节省硬件的开销，并且在系统维护方面也是减轻了负担。在非标检测行业，采用虚拟仪器已经逐步的成为了该领域的趋势。为了能够使虚拟仪器的性能发挥到最大，在具体的实际运用中，还是要根据实际情况要对Labview的程序进行优化，更好的使软硬件结合。
参考文献
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致谢
汽车安全气囊的点爆测试课题是在徐伟老师的关心与大力指导下进行的，并且完成情况取得了良好的结果。对老师的辛勤付出，在此向徐老师表示由衷的敬意。在毕业设计的过程中，徐伟老师严谨的治学态度和无私的指导给我留下了深刻的印象。在我作毕业设计的每个阶段，徐伟老师都给予我细心的指导，特别是在论文的定稿过程中，给了我无私的帮助，针对我论文中的许多细节，都给出了宝贵的意见，而在点爆流程上，徐伟老师总是不耐其烦地给我讲解每一个问题点，这学期在跟老师作毕业论文的同时，学到的不仅只是一些知识，更重要的是思考与解决问题的能力。
本课题的研究过程中和论文完成过程中的得到多位学长和同学的大力支持，我对在我作毕业设计过程中给我无私帮助的人表示感谢。在论文中转载和引用的文献，图书等资料，以及给予我思想和设想的所有者致以衷心的感谢。
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摘要
现代技术飞速发展，汽车已经进入千家万户，但是由于道路安全问题，避免交通事故给驾驶员造成生命财产的危害，研究安全气囊具有重要的意义。汽车安全气囊是一个复杂的系统，本课题旨在测试安全气囊能否在规定的时间内正常点爆，从而认定该气囊是否符合生产要求。
本文首先对汽车行业内气囊点爆测试的意义﹑研究现状进行了介绍。在细致分析了点爆测试需要的功能﹑环境，提出了一套基于虚拟仪器技术的汽车安全气囊的点爆测试的方案。测试系统包括工控机﹑NI cDAQ-9188数据采集卡﹑夹具等硬件，结合labview2012虚拟仪器平台上开发的软件组成。简要论述了测试系统的硬件组成和选择原则。对测试系统软件的设计思想和结构进行详细的介绍。最后，通过完成硬件与软件上的测试，绘成测试文件，向客户演示测试结果。让客户认识到此次测试系统在行业上的领先位置。
关 键 词：虚拟仪器技术 汽车安全气囊点爆 测试系统
Automobile airbag system design point explosion test
Abstract
The rapid development of modern technology , the car has entered every household, but due to road safety , the driver avoid accidents caused harm to life and property , the study has important significance airbags . Automotive airbag is a complex system, this paper aims to test whether the normal point explosion airbags within the stipulated time, thus finds that the balloon meets the production requirements.
Firstly, the significance of the research status quo within the automotive industry airbag deployment testing ﹑ introduced. In a detailed analysis of the functional point of explosion, environmental testing needs, a set of points based on virtual instrument technology automotive airbag burst test program . Test system includes IPC ﹑ NI cDAQ-9188 data acquisition card ﹑ fixtures and other hardware, combined with the virtual instrument development platform labview2012 software. Briefly discusses the test system consisting of hardware and choice principles. Design concepts and structure of the test system software for detailed description. Finally, through the completion of the test hardware and software, and plotted test files, test results to client presentations . Allow customers to test the system recognizes a leading position in the industry。
Keywords: virtual instrument technology ；SRS； test system
第一章 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3本文主要工作 2
第二章 汽车安全气囊的点爆测试系统总体设计 4
2.1测试系统功能需求 4
2.2 安全气囊点爆测试方法 4
2.3 测试系统构成 5
2.4本章小结 6
第三章 检测系统硬件介绍 7
3.1检测系统计算机的选择 7
3.2高精度数据采集卡的选择 8
3.2.1 NI cDAQ-9188机箱介绍 8
3.2.2 无线传感器（WSN）连接附件介绍 9
3.2.3 NI 9277 4通道, 100 Ω RTD, 24位模拟输入模块介绍 9
3.2.4 NI 9222 4通道, 500 kS/s, 16位同步模拟输入模块介绍 9
3.2.5 NI 9971 为2孔模块提供防应变介绍 10
3.2.6 气囊点爆测试系统中板卡的接口表 10
3.3 UPS 不间断电源简介 11
3.4 脉冲发生器简介 12
3.5 8808A数字万用表介绍 13
3.6本章小结 14
第四章 基于虚拟仪器技术的检测系统软件实现 15
4.1虚拟仪器技术简介 15
4.1.1虚拟仪器的概念 15
4.1.2虚拟仪器的结构组成 15
4.1.3虚拟仪器特点 16
4.2虚拟仪器编程软件LabVIEW 16
4.2.1 LabVIEW概述 16
4.2.2 LabVIEW程序组成 16
4.2.3 LabVIEW程序设计步骤 18
4.3测试系统软件实现 19
4.3.1软件设计思想 19
4.3.2软件结构设计 21
4.3.3测试系统软件流程设计 22
4.4本章小结 22
第五章 软件的界面及功能 24
5.1软件的主界面 24
5.2软件的测试子程序 25
5.3校准程序 27
第六章 气囊点爆应用举例 30
6.1 汽车安全气囊点爆测试实现过程 30
6.2本章小结 32
第七章 结论与展望 33
7.1结论 33
参考文献 34
致谢 35
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
随着社会经济的发展，人们对交通工具的选择已经越来越普遍。汽车已经逐步走进了千家万户。随着汽车拥有量的增加和高速公路的发展，汽车的行驶速度越来越快，交通越来越拥挤，使得交通事故频繁发生，所以我们在研究汽车的安全驾驶。在汽车上安装安全气囊可以有效减少驾驶员受到交通事故受到的伤害。现代汽车普遍在方向盘前端，副驾驶前端安装有安全气囊，有的汽车在驾驶室顶端，侧端都装有安全气囊。
当汽车发生剧烈碰撞时，由于巨大惯性，势必会对驾驶员，汽车造成巨大损害，安全气囊对驾乘人员的保护是起显著作用的。
当汽车发生碰撞时，汽车安全气囊智能系统会根据汽车的速度和加速度的大小，智能地识别是否是安全带预紧器和双气囊同时工作，还是使用安全带预紧器动作。所以，在速度低于30km/h发生碰撞时，一般汽车的安全带就可以保护好驾乘人员的安全，而不需要点爆安全气囊。如果在速度大于30km/h发生冲撞时，安全气囊必须点爆，同时驾乘人员在安全带的作用下，可以有效的减少伤害。
气囊的柔软性可以将冲击力均匀的分散，防止人体和汽车本身的直接接触。安全气囊在汽车发生碰撞过程中能有效的保护驾乘人员，如果驾乘人员能够有效的佩戴安全带，气囊的保护作用可以发挥到最大。据国外数据统计，装备安全气囊的汽车在发生碰撞中，能够有效的降低驾乘人员的伤害可达60 %。
当我们在车上看到SRS或者是Airbag字样，就知道此处是安装了安全气囊。安全气囊系统组成部分是微处理器，传感器，气体发生器与气囊等部件。判断撞车的程度，传递信号主要是由安全气囊系统中的微处理器和传感器完成的。气体发生器是接受来自微处理器的信号，当撞车发生时，点火装置点火，点燃固体燃料，从而产生大量气体，气囊迅速膨胀。气囊是装在驾驶室的必要位置，材质主要是尼龙。气囊中设置了安全阀，当气囊内的气体产生到一定量时，气囊内的气体会释放出来，囊中所用的气体多是氮气。
碰撞传感器、安全气囊控制中心、显示灯和气囊组件构成了安全气囊的主要部分。
1.2国内外研究现状
使用安全气囊保护驾乘人员的创意最早是由美国人想起的。1952年，美国人阐述了安全气囊的构想，同时，关于安全气囊的原理图也随之构想出来。
1953年，美国人赫特里提出了汽车安全防护装置中引用了安全气囊，同时也申请了安全气囊应用与汽车保护驾乘人员的专利。
1966年，汽车制造巨头们也在关注汽车安全驾驶方面的研究。其中之一梅赛德斯-奔驰公司着手研究安全气囊。当时电子技术也有显著发展，他们发明了碰撞传感器，以及气体发生的化学原理。能够让安全气囊在30ms左右内迅速膨胀爆开。同时利用尼龙这一种抗撕裂的气囊材料，改善了气囊的组织上的特性。
1980年，奔驰公司组织了在大约250次真车撞击试验，2 500次的台架试验
1985年，奔驰在全部供应美国市场的汽车上都有安装了这种安全系统。到目前为止，在美国发生的交通事故中，在安装安全气囊的汽车上已经保护了大约14000多人的生命。
1990年以来，在德国，安全气囊已经有效防止了大约2500例重大交通事故的发生。据国外数据统计，安全气囊能过保护大约1/3的驾乘人员的生命安全。另外，六分之一的驾驶员或前排乘客能够在碰撞中得到安全气囊的保护而被拯救。在安装安全气囊的车辆中，能够明显提高汽车驾驶的安全性。
1992年，安全气囊就已经作为奔驰轿车一项标准配置。梅塞德斯的工程师们对汽车安全气囊的研究中付出了巨大的贡献，他们推动了安全气囊的发展，一代一代的安全气囊应用与汽车中，在不断的革新过程中，现代科技技术的发展起到了决定性的作用，特别是在当代，运用labview编程技巧能够为工程师们节约大量的时间，同时带来测试上的方便。
美国国家仪器公司（NI）开发的Labview编程为工程师带来了福音，气囊在出厂前都要进行必要性的检测。这个正是Labview编程在测试方面的巨大的优势。Labview是专门为测试工程师开发的编程软件，主要应用与测试行业。
1.3本文主要工作
本文所设计的系统由工控机、NI cDAQ-9188数据采集板卡、夹具等硬件，结合在LabVIEW虚拟仪器平台上开发的软件组成，实现汽车安全气囊的点爆测试。
本文将分七章逐一阐述以上各部分内容：
第一章 绪论 本章结合文献综述，简单介绍了汽车安全气囊的发展，基于虚拟仪器技术的发展与其在相关领域的优势，应用虚拟仪器技术与汽车安全气囊结合，总结在此过程中设计的优势。
第二章 汽车安全气囊的点爆测试系统设计概述 本章提出了总体设计方案，介绍了测试系统的功能，以及测试系统的构成。
第三章 测试系统硬件介绍 本章介绍了汽车安全气囊的点爆测试系统硬件组成，以及各组成部分的作用。
第四章 基于虚拟仪器技术的检测系统软件实现 本章在简要介绍虚拟仪器技术特点，以及Labview的编程方法的基础上，对汽车安全气囊的系统的软件实现进行说明。
第五章 测试流程 本章在介绍高速相机拍照基础上，记录气囊点爆过程中的图像，运用LabVIEW软件编制了相关的读取数据软件，为汽车安全气囊点爆测试系统提供数据依据。
第六章 测试结果分析 本章以图像说明汽车点爆测试系统的具体实现。
第七章 结论与展望 本章对全文所做的工作进行了总结，并对未来的研究作出了设想。
第二章 汽车安全气囊的点爆测试系统总体设计
2.1测试系统功能需求
在碰撞过程中，汽车安全气囊能否正常爆开对保护驾驶员人生安全具有重要的意义，所以在出厂前势必要检测安全气囊的是否符合要求，安全气囊的点爆测试系统应该满足如下的功能：
l 高速相机摆放位置应当能够记录气囊点爆的全过程，如何能够摆放到适当位置，需要我们进行多方位的测试。
l 模拟不同温度下，点爆都能正常进行。
l 运用NI的板卡测量气囊的电阻﹑电压﹑电流，模拟不同点爆测试的条件。
l 检测装置在满足条件下会进行点爆测试，在高速相机的配合下，记录点爆过程，labview会自动判断气囊是否合格。
l 测试装置安装扫码枪，会对检测的产品进行识别。
l 两台相机的图片、合成的视频、该任务的配置文件、电流脉冲曲线、温度曲线会保存在该任务的文件夹下。测试任务完成后，该任务会显示为Done状态，其他就绪任务可开始执行。
图2.1 系统结构框图
2.2 安全气囊点爆测试方法
气囊的点爆测试方法就是在条件准备就绪的情况下，给该电路一个脉冲信号，气囊电路会触发点爆，高速相机记录图像。脉冲信号是一种形状多种多样的离散信号，与普通模拟信号相比，它的特点是具有周期性，而且在波形之间在时间轴上不连续。脉冲是一个大电流信号。首先，由检测设备根据被测安全气囊的种类和规格要求产给出合理的数据值；然后，测试系统测量检测设备产生的测试电流信号的值，以此作为标准值，再通过软件读取被测安全气囊的实际测量值的大小，最后由检测装置对通信读取被测安全气囊测量值和标准值（即测设备产生的测试电流信号的值）进行比较，根据比较结果是否满足产品的相关标准来判断其点爆测试的好坏。
2.3 测试系统构成
汽车安全气囊的点爆测试系统主要有硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统主要由内置多功能高精度数据采集卡的计算机、气囊点爆主机柜、测试控制电路、UPS、灯控箱、气动夹具等组成。软件部分采用目前较为成熟，且应用较为广泛的软件开发测试平台，即LabVIEW 2012来实现。
图2.2 测试系统外观图
图2.3 气囊实际图
该测试系统以工业控制计算机和LabVIEW虚拟仪器软件平台为控制核心，工控机作为上位机，主要用于实现人机交互、完成测试参数的设置、现场数据的实时显示、测试结果的存储等工作。通过LabVIEW虚拟仪器软件平台编制相关程序接收工控机的控制参数和控制命令，对测试过程进行实时监控。UPS即不间断电源，为测试系统提供稳定的﹑不间断的电力供应。脉冲发生器是用来发生信号的系统，产生一个大电流信号。
2.4本章小结
本章介绍了汽车安全气囊点爆测试对测试系统的功能需求，阐述了测量功能检测方法后系统所设计的测试系统的功能实现要求以及测试系统构成，提出了一套汽车安全气囊测量功能检测系统的总体设计方案，给出了系统外观图以及硬件图。
第三章 检测系统硬件介绍
根据系统总体结构，硬件部分由计算机、NI cDAQ-9188数据采集板卡、UPS、气囊点爆主机柜和夹具等组成。以下对硬件部分的选择进行具体说明。
3.1检测系统计算机的选择
由于整个安全气囊点爆测试过程都是在计算机的控制下完成的，所以计算机是整个测试系统的核心部件，其性能的好坏直接关系到整个测试系统的性能。为了提高整个测试系统在环境恶劣的工业现场的适应能力，需要选择抗干扰能力强、稳定性好计算机，因此选择研华公司生产的IPC-610型工业控制计算机。
工业控制计算机简称工控机，它主要用于工业过程测量、控制、数据采集等工作。工业控制计算机简称IPC，工控机与传统的个人PC很相似，具有计算机CPU﹑内存﹑硬盘﹑外接设备。IPC采用总线结构，对机电设备进行测量与控制。在工业应用上，IPC的价格低﹑质量高和软硬件资源丰富，已经逐渐被大部分技术公司的认可和信赖。IPC的主要特点有①可靠性；②实时性；③扩充性；④兼容性。本次气囊点爆测试应用的IPC为研华公司的610H工控机，该型工控机的技术规格为i-3 CPU, 4G RAM, 500G硬盘。
图3.10 研华610H工控机外观图
3.2高精度数据采集卡的选择
高精度数据采集卡为NI公司生产的PCI型的多功能数据采集卡，其具有多路数字量输入/输出通道、多路模拟量输/入输出通道和高精度定时和计数功能，而且集成度高、性能超群、稳定性好，还能与虚拟仪器软件平台良好的兼容。在安全气囊点爆测试系统中采用了众多的数据采集卡：
3.2.1 NI cDAQ-9188机箱介绍
NI cDAQ-9188作为8槽NI CompactDAQ以太网机箱设计，适合远程或分布式传感器和电子测量。 单个NI CompactDAQ机箱可测量最多256路通道的电子、物理、机械或声音信号。 结合50多款传感器专用NI C系列I/O模块和获得专利的NI信号读写技术，NI CompactDAQ平台为灵活的混合测量系统提供了高速数据和易用性。
这些模块适用于各种传感器测量，包括热电偶、RTD、应变计、负荷与压力传感器、扭矩元件、加速度计、流量计和麦克风等。 NI CompactDAQ系统结合传感器测量和电压、电流与数字信号，可用于构建自定义混合测量系统；系统通过单个以太网接口连至主机或笔记本。
图3.1 NI cDAQ-9188外观图
3.2.2 无线传感器（WSN）连接附件介绍
NI无线传感器网络(WSN)测量节点随附于内置2针MINI-COMBICON电源连接器和18针侧面插入式螺栓端子I/O连接器。NI WSN-3284套件的4个额外18针螺栓端子连接器和标签中，包含2个顶端插入式连接器和2个侧面插入式连接器。用户还能获取4个额外的2针电源连接器，可搭配NI WSN以太网关或测量节点。 此外，NI电源连接器后壳套件包含的防应变附件，适合以太网关和测量节点上的2针电源连接器。该附件夹在MINI-COMBICON连接器上，并包含用以固定电源线缆的扎线带。
3.2.3 NI 9277 4通道, 100 Ω RTD, 24位模拟输入模块介绍
National Instruments公司具有4通道、24位分辨率的NI 9217 RTD模拟输入模块可进行100 Ω RTD测量。在高分辨率模式下，采样率为5 S/s并配有50/60 Hz内置式去噪功能。采样率为5 S/s，并具备50/60 Hz的噪声抑制。NI 9217可与3线和4线RTD测量兼容、自动探测与通道连接的RTD类型并可自动把每条通道配置成恰当的模式。该模块可提供每通道1 mA的电流激励，其整个操作温度范围内的精度误差小于1 °C。
3.2.4 NI 9222 4通道, 500 kS/s, 16位同步模拟输入模块介绍
NI 9222和NI 9223作为高速、同步C系列模块，适用于各类NI CompactDAQ或CompactRIO机箱。结合达1 MS/s的采样率和同步模数转换器(ADC)，这些模块非常适合弹道、冲击与冲击波测试等应用。机箱的设计可搭配并行定时引擎启用测试系统。这意味着：当NI 9222的采样率达每通道500 kS/s时，邻近它的模块却以慢许多的速度采样；这很适合混合测量测试系统。
图3.2 NI 9222外观图
3.2.5 NI 9971 为2孔模块提供防应变介绍
所有NI C系列的弹簧和螺栓端子模块均随附所需的连接器。NI 9971为3通道或4通道2孔模块提供了应变消除以及操作人员高压信号保护。该后壳套件可与NI 9976的2孔连接器配合使用，且不随附于模块套件。NI 9971套件包含4个后壳。该套件不包含任何连接器。
3.2.6 气囊点爆测试系统中板卡的接口表
接口表从NI官网上可以查到，方便技术人员进行接线、组装等操作。接口表严格按照电气规范进行的。
图3.3 板卡接口表(a)
图3.4 板卡接口表(b)
3.3 UPS 不间断电源简介
UPS 即不间断电源，其组成部分为主路﹑旁路﹑电池等。整流器的作用就是使UPS系统的电压稳定。进行AC/DC变换的整流器，进行DC/AC变换的逆变器，逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。UPS对于本课题的研究起着提供稳定电流供应，防止突发情况断电，对系统产生的影响。
图3.5 UPS原理图
图3.6 UPS实物图
3.4 脉冲发生器简介
信号可以分为四大类：①正弦信号；②函数信号；③脉冲信号；④随机信号。脉冲发生器是产生测试系统所需电测试信号的仪器，发送并传递信号。脉冲信号能够产生幅度和宽度都是能够可调的矩形脉冲发生器,可以用来测试线性系统的瞬态响应..气囊的点爆就是需要一个有脉冲发生器产生的一个大电流信号，从而开始点爆。本测试系统应用到的脉冲发生器的结构示意图如下图所示：
图3.6 脉冲发生器示意图
脉冲信号发生器作为一个关键的设备,其接线与组装都是严格按照电气规范,其引脚与功能表如下图:
图3.7 脉冲发生器接线表
图3.8 脉冲发生器外观图
3.5 8808A数字万用表介绍
8808A是应用与研发与测量等应用的多功能福禄克数字万用表。该数字万用表拥有种类繁多的功能，可以测量电流﹑电压和电阻。针对一些常用测量进行了优化，可以极其方便的完成测量任务。5.5位数字分辨率，直流电压基本准确度0.015% 双参数显示，其专设的泄漏电流测量2x4四线电阻测量，六个专设的快速进入的测量设置键，操作简洁。
图3.9 8808A数字万用表外观图
3.6本章小结
本章在满足汽车安全气囊的点爆测试功能检测需求的前提下对测试系统的硬件组成和选择原则进行了说明，简单介绍了每一部分的作用。
第四章 基于虚拟仪器技术的检测系统软件实现
4.1虚拟仪器技术简介
计算机的出现，彻底改变了人们的跟踪和生活方式。美国国家仪器的创新软件产品Labview，允许用图形化的编程方式，摒弃了晦涩难懂的文本代码，使得计算机不再是少数人的专利。Labview最早版本诞生于1986年，几乎与微弱的操作系统同时诞生，这决定了Labview注定适用于不同的操作系统，是多平台的编程语言。
4.1.1虚拟仪器的概念
在以计算机为核心的硬件平台上，虚拟仪器就是由用户自定义设置前面板，是用测试软件达成测试功能的仪器系统。多种形式的输出形成了测试结果，测试软件实现对信号的分析和处理。I/O接口对信号进行采集和测量。虚拟仪器中的前面板上的控件与传统的仪器面板上各种器件在功能实现上都是相同的。在设计的虚拟仪器中，起到真正作用的是软件，而硬件只是处理信号的输入输出。
4.1.2虚拟仪器的结构组成
硬件系统和软件系统是组成虚拟仪器的两大部分，和传统仪器一样，虚拟仪器能够实现数据的分析处理、采集以及结果显示。其一般构成图如图4.1所示。
图4.1 虚拟仪器系统构成图
虚拟仪器外接不同的系统结构，其主要的构成方式为PC-DAQ、GPIB、VXI、PXI、串口系统等。组建不同的虚拟仪器系统可以采用单一的，或者是组合式的系统。其中数据采集模块PC-DAQ是构成测试虚拟仪器的最基本方法。虚拟仪器是将硬件与计算机结合，配上应用软件构成。所以说，计算机的发展也是推动了虚拟仪器的不断更新，也显示了虚拟仪器强大的适应能力与灵活性。
4.1.3虚拟仪器特点
虚拟仪器是在各类模块板卡的实现对数据采集、信号分析等功能，并且图形化的在计算机界面显示数据，其强大的功能主要又以下几个方面的特点：
(1) 结合计算机强大的硬件资源，提高了过去传统仪器的功能，在数据采集与分析方面更具有优势。
(2) 使用了标准化总线技术，明确了软件即时仪器的思想，同传统仪器相比，减少了许多复杂和测量粗糙的分立模拟硬件，使得对测量系统的精度、速度以及测量效率都有质的飞跃。
(3) 图形化的显示实时采集的数据，其界面友好、直观。实现对一些硬件资源的软件化，提高效率，增强了虚拟仪器系统的灵活性。
(4) 利用虚拟仪器能够方便的构成复杂的测试系统，可以通过高速的计算机网络构成测试系统进行远程的测控与故障分析，节约费用。
4.2虚拟仪器编程软件LabVIEW
LabVIEW平台已经成为虚拟仪器设计工程师公认的简易、快速设计平台，再加上LabVIEW平台的开放式设计，使它能够与其他专业软件相兼容。通过协同开发，可以发挥各个独立软件自身的优势，设计出高效的虚拟仪器系统软件。
4.2.1 LabVIEW概述
美国国家仪器公司推出的虚拟仪器技术，图形化编程软件Labview，其中包含了完备的设备驱动程序，充足的功能函数库。Labview与传统的文本方式的编程方法鲜明不同，其最大的特点就是图形化的编程方式。在非标检测行业，目前，Labview是应用最广泛，功能也是最强的图形化编程软件，大大的提高了测试效率。可以简化程序的设计。
4.2.2 LabVIEW程序组成
Labview中的程序简称VI。前面板、程序框图、接线端组成了VI。前面板是显示与控制对象，利用图形化的显示。前面板主要是给用户添加控件。能够直观的给用户显示数据。控件的种类有许多，典型的有布尔控件、数值控件、图形控件等。控件的样式也是随着版本的更迭越来越人性化。我们可以选择所需的控件放置在前面板上。典型的LabVIEW前面板开发窗口如图4.2所示。
图4.2前面板窗口
程序框图主要是节点、连线端和功能函数组成。开发人员利用图框、节点、连线在程序框图上进行编程。程序框图中传递数据的起点和终点是在端口上。前面板中的对象与程序框图传递信息是在在控件端口。程序框图中最基本的单元是节点。从控件中选择对象，利用连线将它们连接起来。一般的数学公式、数据采集与分析和文件的I/O等组成了功能模块上的对象。典型的Labview框图程序窗口如图4.3所示。
图4.3框图窗口
图标/连接端口则可以定义一个VI，该VI不仅可以作为主程序，还可以作为子程序被其他程序调用。
4.2.3 LabVIEW程序设计步骤
数据流技术与面向对象技术是Labview图形化程序设计软件的主要特征。对象的输出只有在对象功能实现的情况下才能实现，利用Labview编程设计VI的步骤如下：
(1) 打开Labview，点击创建VI，在分析气囊测试系统的需求下，在前面板上添加控件，并对控件的参数进行设置。
(2) 在工具模板中选择相应的工具，从功能模板中取用并放置好所需图表，它们是流程图中的节点、图框。
(3) 数据流编程
数据流编程就是使用连线工具按数据流的方向将端口、节点、图框依次相连，实现数据从源头按规定的运行方式达到目的的终点。
(4) 运行检验
当完成步骤以上后，前面板程序与流程图图像化程序的设计基本上完成，虚拟仪器VI已基本建立，为了检验是否达到预期功能，还需调试。
4.3测试系统软件实现
基于虚拟仪器技术的汽车安全气囊的点爆测试系统的软件部分采用面向图形化的编程软件Labview。软件包含前面板与程序框图两部分。前面板是虚拟仪器中所用到的控件，实时的模拟。程序框图是是程序的主要设计部分，库函数，子函数以及节点连线组成。
4.3.1软件设计思想
测试系统采用模块化的设计思想，能够提高测试系统的通用性。如果测试系统需要调用一个模块，就能实现对应的功能。因此，汽车安全气囊的点爆测试系统的软件部分可以分为四个模块来实现：
(1) 夹具控制模块。本模块的程序功能是实现对气动夹具的夹紧和松开动作的控制。
图4.4 夹具模块程序部分
(2) 视觉采集程序模块。本模块的作用是用相机对气囊点爆整个过程进行全程记录，方便工程师对过程的分析。高速相机的作用是代替人眼来对气囊进行判断与测量，通过摄取图像转换为信号，传递给存储系统。
图4.5 视觉采集程序
(3) 脉冲发生器控制模块。本模块的作用是对电流发生器的电流进行调节控制，在点爆的开始之前，会给点火系统一个大的脉冲电流。
(4) 点爆测试系统整体控制模块。本模块实现对夹具控制模块、脉冲发生器控制模块、控制电源模块和工控机模块的整体控制，使其相互配合，相互协作，从而实现对汽车安全气囊的点爆测试。
图4.5 点爆测试主程序(a)
图4.5 点爆测试主程序(b)
4.3.2软件结构设计
选择合适的测试检测系统的软件结构，能够使测试系统的扩展和维护更好，会使测试系统适应不同的气囊产品更新，因此运用通用的系统设计方法。测试软件在main.vi主程序下会调用许多子程序，这是Labview的特点。整个测试程序采用分层结构，这样便于程序的阅读与调试。子程序的调用便于程序的扩展，适应不同规格的气囊产品。当安全气囊点爆测试功能进行扩展和更新时，就不需要对全部的软件重新进行设计，只需对某个特定功能模块的软件进行更新即可，可以减少工作量，从而也体现出测试软件的通用性和灵活性。
图4.6 系统软件结构图
4.3.3测试系统软件流程设计
汽车安全气囊的测试系统是采用虚拟仪器技术构建的，整个测试功能是由计算机控制完成的。点爆开始之前，手动创建任务，扫码机扫描气囊型号。然后RTD进行温度检测，当Temp condition的设定值为0时，测试系统进行高温点爆模式，当Temp condition的设定值不为0时，测试系统进行恒温点爆模式。脉冲信号给出大电流，点爆开始。视觉采集模块与板卡采集数据，并对数据进行分析，得出测量结果，在Labview前面板进行数据显示，其测试流程图如图4.7所示。
图4.7 测试程序的流程图
4.4本章小结
本章在简要介绍虚拟仪器技术特点和图形化编程软件LabVIEW的编程方法的基础上，对汽车安全气囊点爆测试系统的软件实现进行说明。测试系统采用Eplan图纸装配各类硬件，使得测试系统便于维护，同时扩展性也更高。测试系统软件采用通用框架式分层结构，使测试系统结构紧凑、功能丰富、通用性强。同时，系统软件也能够适应产品功能的更新。
第五章 软件的界面及功能
5.1软件的主界面
图5.1 软件主界面
主界面分为4部分：
1、 菜单 2、操作按钮 3、任务子窗口 4、状态框
测试任务以子窗口的形式显示在窗口3中，未创建任务或者关闭所有内存中的任务后，窗口3无内容显示。如果打开的测试任务已经被完成，则Open Task将用该配置信息新建任务，如果是未完成的任务，则打开。
新建的任务Save Task之前只保存在内存中。Close Task从内存中关闭任务，不会删除配置文件
图5.2 软件登陆界面
如果用户不存在或者密码错误，会弹出提示框：”Wrong Password！”
只有Admin和 Engineer两种。Admin可以管理账户
5.2软件的测试子程序
图5.3软件测试子程序
停止任务只能停止处于温度等待状态的任务，对于处于就绪状态以后的任务不能停止。显示当前测试任务的主要测试步骤和执行状况
图5.4气囊点爆条件选择
点爆之前会对气囊电阻进行检测，如果不满足范围，则会弹出提示窗口，并终止点爆过程。Only Channel I:使用通道1点暴单极气囊；Only Channel II:使用通道2点暴单极气囊；Channel I & II:点暴双极气囊。
图5.5 气囊热电阻
如果Soak Duration为0，则程序不考虑温度范围。如果Soak Temperature设置为50度以上，则自动判定为高温点爆模式，0度以下自动判定为低温点爆模式。0－50度为常温点爆，忽略Duration设置。高温模式下只要测量温度高于设置温度即认为符合条件，低温模式下只要测量温度低于设置温度即认为符合条件。
图5.6 气囊点爆时间计算
如果设置了Test Time，则Total frames自动算出。
图5.7模拟量输入
模拟量测量只能用来测量电压激励方式的电桥，根据Sensitivity设置的值进行线性换算。
5.3校准程序
图5.8点爆测试校准
校准程序可对同步进行测量，对两通道的延时、脉冲发生器发出的电流和电流传感器进行校准。
图5.9信息采集
Test Panel不可与任务同时进行，打开Test Panel时必须停止所有任务。Test Panel用于对硬件设备进行单独操作：选定某一Analog Channel进行测量，对当前温度进行采集，配置脉冲发生器进行点爆并进行电阻和电流的测量，对灯、风扇进行控制以及发送点爆脉冲。
图5.10 气囊选项卡
触发信号需要在DO选项卡中发出。
图5.11 点爆测试灯
设置该测试任务进行时需要打开的灯。Send Trigger 即是发送点爆的Trigger信号。点击stop 即停止采集。
第六章 气囊点爆应用举例
根据产品企业标准及其它相关要求，必须在出厂前对安全气囊各项性能进行检验，检验合格后方能出厂。由于气囊型号和规格多、需要测试的功能多、测试过程需要处理的数据复杂，传统的手动检测方式已经无法满足检测要求，因此采用LabVIEW虚拟仪器平台开发的数据采集、分析、处理软件构建一套全自动测试系统，实现对不同规格的气囊的各项性能的全面测试。
本文设计的检测系统已在相关生产企业的气囊产品出厂检验部门投入使用。实际应用表明本测试系统能对气囊的测量功能进行全面、高效、准确的测试。下面具体说明测试系统的使用流程。
6.1 汽车安全气囊点爆测试实现过程
图6.1 点爆流程
打开软件时的状态为未登录状态，可以执行的操作为登录和退出程序。点击登录按钮或菜单下的”Account”->”Login”可打开登录界面，输入正确的用户名和密码可登录。如果输入的用户名不存在或者密码错误，会出现提示”Wrong Password!”。点击OK再次返回登录界面如果点击Cancel，则返回未登录状态。如果成功登录，则主界面会根据登录用户权限禁用/启用相应功能。
用户点击NEW可打开界面，针对一个DUT创建任务，依次填写任务参数或者使用Default载入默认参数。然后点击OK进入下一步骤。或者点击Cancel取消本次任务创建。
图6.2 扫描枪选项卡
扫描二维码确认。配置任务完成后会弹出扫描二维码确认界面，使用扫码枪扫描DUT的二维码，如该二维码必须与步骤3中所填写的Serial Number相同，任务被创建。如果Temp Condition中设置的时间不为0，则进入高温点暴步骤。如果Temp Condition中设置的时间为0，则进入常温点暴步骤。
图6.3 点爆任务
高温点爆方式。二维码扫描结束时会自动开始监测温度，如果温度满足Temp Condition设定的温度范围，则开始记时，如果温度一直保持恒定满足Temp Condition设定的时间，则任务显示为Ready状态。
图6.3 进入Ready 点爆开始
如果在等待期间温度掉出该范围，则视为发生异常，将给出提示并停止该任务。常温点爆则直接进入Ready模式。
图6.4 测试结果
选中进入Ready的任务点击开始按钮可进入准备点暴状态，一次只能有一个任务被开始，该任务未结束时其他任务不能开始。进入准备点暴状态会有提示框弹出，如为箱内点暴，则直接点击Send Trigger，如为箱外点暴，则将DUT拿出并放置好后点击Send Trigger。
数据采集分析过程是在两台相机的图片、合成的视频、该任务的配置文件、电流脉冲曲线、温度曲线会保存在该任务的文件夹下。任务完成后，该任务会显示为Done状态，其他就绪任务可开始执行。
所有任务处于完成状态或者手动停止状态后，本次测试结束。
6.2本章小结
本章结合检测试系统在实际测试环节对安全气囊点爆测试的运行测试，对其测试功能的实现过程经行了详细的说明。实际应用中，经过调试，该系统测量准确，效率高，极大的提高了汽车产业对气囊需求的检测，达到了客户满意的效果。测试点爆流程是产品出厂前所进行的一项必要性的检测，从流程中看出，该系统操作简单，易于维护。
第七章 结论与展望
7.1结论
虚拟仪器应用在不同的测量与控制工程应用中，都受到了用户的极大欢迎。其中主要是因为Labview这种图形化，数据流的编程语言。数据流的编程语言会自然的在用户界面上显示出数据。方便的使用户查看，修改数据。因此，基于虚拟仪器技术构建检测系统，运用LabVIEW 2012编制检测系统测试软件是值得研究的问题。
本文介绍了一套运用LabVIEW虚拟仪器技术并结合相关硬件设计的汽车安全气囊点爆测试系统，该系统在LabVIEW 虚拟仪器平台上，该系统包含了工控机，数据采集卡，夹具等硬件。测量准确，结构不复杂，在行业内具有非常好的应用前景和技术分享价值。
随着我国社会经济的飞速发展和人们生活水平的提高，汽车早已进入了千家万户。安全气囊作为汽车安全防护的重要措施，其安全性能必须是要经过检测的。我们运用NI的虚拟仪器模块化的对气囊进行检测。我们这一思路已经运用到许多方面的非标检测行业。自动化技术和现代电子科技的不断进步，虚拟仪器技术已经越来越成熟。
将虚拟仪器技术、工业控制技术合理地应用到汽车安全气囊点爆测试系统中, 有利于提高设备的自动化程度、可靠性及可维护性, 有利于提高设备的反应速度,有利于操作使用人员的操作工作的顺利进。
运用Labview软件最大的好处就是节约时间，提高工程师测试的效率，而且在硬件方面，虚拟仪器也有巨大的优势，能偶节省硬件的开销，并且在系统维护方面也是减轻了负担。在非标检测行业，采用虚拟仪器已经逐步的成为了该领域的趋势。为了能够使虚拟仪器的性能发挥到最大，在具体的实际运用中，还是要根据实际情况要对Labview的程序进行优化，更好的使软硬件结合。
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致谢
汽车安全气囊的点爆测试课题是在徐伟老师的关心与大力指导下进行的，并且完成情况取得了良好的结果。对老师的辛勤付出，在此向徐老师表示由衷的敬意。在毕业设计的过程中，徐伟老师严谨的治学态度和无私的指导给我留下了深刻的印象。在我作毕业设计的每个阶段，徐伟老师都给予我细心的指导，特别是在论文的定稿过程中，给了我无私的帮助，针对我论文中的许多细节，都给出了宝贵的意见，而在点爆流程上，徐伟老师总是不耐其烦地给我讲解每一个问题点，这学期在跟老师作毕业论文的同时，学到的不仅只是一些知识，更重要的是思考与解决问题的能力。
本课题的研究过程中和论文完成过程中的得到多位学长和同学的大力支持，我对在我作毕业设计过程中给我无私帮助的人表示感谢。在论文中转载和引用的文献，图书等资料，以及给予我思想和设想的所有者致以衷心的感谢。
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