基于DT800的汽车空调路试数据监测系统设计

　　摘  要： 汽车空调系统在设计开发阶段需要经历多次的道路试验来验证其系统性能是否符合设计目标定义，因此在空调系统的道路试验初期就必须组建一个快速、稳定、精准的测试系统来完成空调系统性能的监测。为此采用DT800数据采集仪作为测试系统主机，设计了一种可移动便携式汽车空调性能监测系统，阐述了空调系统路试监测系统的构成，重点介绍了系统的软硬件结构，并结合实际路试，验证了测试系统的准确性及可靠性。

　　关键词： DT800；汽车空调；路试

　　随着汽车研发技术的不断进步，越来越多的汽车空调系统已经逐渐采用道路试验的方式来验证其性能是否符合设计目标定义[1]。因此，汽车空调路试所需的各类型测试系统应运而生。本文基于Data Take公司生产的DT800数据采集仪设计了一种便携式汽车空调性能监测系统，该系统能够灵活应用于各种类型的汽车空调系统路试。该监测系统不仅能够完成车内外温度、湿度、光照强度、制冷剂压力、风扇电压等信号的准确测量，还能通过与PC上位机的串行通信实时显示各测量值的变化，使得空调系统的性能表现更加直观。

　　1 系统硬件设计

　　监测系统的硬件结构主要由DT800主机、可移动测试主单元、可移动测试子单元、T型热电偶、湿度传感器、压力传感器、日照传感器、PC上位机等构成，具体结构框图如图1所示。

　　根据汽车自身的构造特点，空调系统测量点的布置将会存在车内、车外、发动机舱内外等不同位置。为了便于某一区域测量点的集中布置及数据线的传送梳理，同时考虑到DT800主机最多可同时测量42通道的数据，在主单元设计时将其设置成可与6个子单元连接，每个子单元可完成7通道的测量。测量点与子单元之间、子单元与主单元之间的连接方式均是点对点的数据线连接。

　　DT800的工作电源为11 V~5 V DC，最大采样频率可达25 kHz。测试中各测量量先转换成电信号后输入至DT800，再通过软件设置在PC上以数字或曲线的方式实时显示。整个路试过程中的全部试验数据也将通过DT800主机的处理之后再下载至PC保存成Excel文件，供后期进行数据对比和分析。

　　1.1 温度测量

　　温度测量所选用的传感器均是T型热电偶，又称铜/镍铜热电偶。T型热电偶具有热电动势较大、传热快、线性度好、灵敏度较高、成本低等优点。其测量范围为

　　-200 ℃~+350 ℃，尤其是在-50 ℃~+100 ℃范围内，精度可达±0.1 ℃，非常适合应用于汽车空调系统的测试[2]。

　　在实际测试中，先啮合铜/镍铜测量端，再通过铜/镍铜材料制作的插头连接至各子单元中，完成温度测量点的布置连接，如图2所示。

　　1.2 湿度测量

　　湿度测量选用Vaisala公司生产的HMP50湿度传感器，测量范围为相对湿度0~100%RH，对应输出值为0~5 V DC，精度为±3%。与其他湿度传感器相比，其具有耗电量低、通电启动时间短、测量精度高等优点，适用于温室控制系统、发酵室控制系统、汽车环境仓控制系统等场合。

　　与温度测量连接方式类似，湿度测量的输出信号传输也是首先通过插头连接至子单元，最终输入至DT800主机。此外，HMP50湿度传感器还需要单独提供一路9 V直流电作为电源，具体硬件连接如图3所示。

　　1.3 日照强度测量

　　由于自然环境中的光存在光强范围广、波长跨度大、光强变化无规律等特点，因此空调系统测试对所用的日照传感器的要求也就相对较高。本文采用的MS602日照传感器内部集成对全波段光线都有平整光谱响应的温差热电堆，当日照辐射被传感器的探头吸收，由热电堆相应计算得到输出的电压信号。MS602光强测量范围可达0~1.2 kW，对应输出量为0~10 mV，覆盖光照波长范围为305 nm~2 800 nm，精度可达±1%，完全能够满足汽车空调测试系统要求[3]。

　　MS602日照传感器的硬件连接与温度测量连接完全一致，无需额外的供电电源支持。

　　1.4 压力测量

　　空调系统中的制冷剂压力也是空调系统路试检测的一个重要参数，用于分析和判断空调系统制冷性能是否正常。本文采用LDYC系列的标准型压力变送器作为空调制冷剂压力传感器，其测量范围为0~4 MPa，对应输出量为1 V~5 V DC，精度可达±1%，同时具有性能稳定、体积小、重量轻、成本低、设计精巧等优点。在硬件连接设计时也无需安装支架，与湿度传感器类似，需要提供一路9 V直流电源，输出信号直接传送至子单元。

　　2 系统软件设计

　　本文采用Delogger 5作为监测系统的实际应用软件，Delogger 5是DT800数据采集仪所匹配的专用集成软件。通过对该软件的编辑和设置不仅能够实现空调路试数据的实时在线显示，还能在路试过程中的任意时刻暂停数据的记录和下载，其最大的优点就在于如果硬件系统中的测量点的类型和布置位置发生变化，只需相应调整软件中的通道设置即可，增加了监测系统的灵活性。

　　2.1 通道设计

　　DT800所支持的测量量种类很多，有温度、电压、电流等，但一个I/O通道只能测量一种变量，因此在实际操作中就需要通过对每个通道进行不同的设置，才能实现准确测量[4]。例如，对机油尺的温度测量可以设置为图4所示。

　　其中Signal代表测量量的类型， Type是测量传感器的类型，Wiring是该测量点与DT800主机连接的方式，Label代表该测量点的名称。

　　由于实际硬件连接中往往存在测量类别的更换及传感器布置位置的变化，因此在Wiring设置测量通道时需要与硬件状态保持一致。连接通道的选择包括“+-”连接方式、“*#” 连接方式、两通道共“#”连接方式。本文考虑到充分利用DT800主机有限的物理I/O通道，将所有测量通道均设置成两通道共地的连接方式，如图5所示。

　　2.2 通信设置

　　为了实现空调系统在路试过程中能通过PC实时显示系统各项参数的变化，需要在测试前设置好DT800采集仪与PC的通信连接。本文采用RS232串行通信方式完成DT800和PC之间的数据传输，设置时只需将PC硬件设备COM端口中的数据传输波特率与Delogger 5中的波特率定义相同即可。

　　2.3 显示设置

　　Delogger 5中集成的显示功能支持数字显示、文本显示、曲线显示等模式。由于汽车空调系统实际路试中需要不断观察各测量量的变化趋势，因此本文使用其中的曲线显示模式。

　　实际操作中，在选择完需要显示的全部通道后，可以通过时间轴的移动来观察历史数据和现行数据的记录，如图6所示。

　　3 应用结果

　　软硬件设计完成后，该数据监测系统就可以被直接应用于各种类型的汽车空调系统路试中，通过对路试数据的采集和下载分析，将进一步验证此监测系统的实用性和稳定性。结合夏季路试中的晒车高速工况，数据采集系统的应用表现如图7所示。

　　本文设计了一种基于DT800的汽车空调路试数据监测系统，通过实车路试验证表明该系统不仅能够在线实时显示空调系统各项性能参数的变化，又能记录和下载全部试验数据进行后期分析与对比[5]。系统的硬件设计简便实用、测量精度高、灵敏度高，完全能满足汽车空调路试的要求。

　　参考文献

　　[1] 宋晓华，魏秋兰.现代汽车空调发展研究[J].农业装备与车辆工程，2008(8)：44-45.

　　[2] 王旭东.汽车电子控制装置与应用[M].北京：电子工业出版社，2007.

　　[3] 崔胜民.现代汽车系统控制技术[M].北京：北京工业大学出版社，2008：236-249.

　　[4] 陈肖燕，王振臣.基于LonWorks的嵌入式网络监控系统的设计[J].电子技术应用，2009，35(1)：124-126.

　　[5] 李长启，张天开，刘德生，等.新型节能空调控制系统的研制[J].微型机与应用，2011，30(13)：95-97.