便攜式數(shù)據(jù)采集分析儀的研制
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5 EPP1.9 并行接口總線數(shù)據(jù)采集板的設(shè)計(jì)及工作原理
5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
對于EPP 與不同設(shè)備之間通訊，要滿足不同的速度外部設(shè)備需要向EPP 并行接口發(fā)出一個(gè)WAIT 等待信號，主機(jī)根據(jù)WAIT 等待信號來確定讀寫指令周期的個(gè)數(shù)。這對于外圍是智能性的設(shè)備非常簡單，而對于我們開發(fā)的這種非智能化采集板問題則變得復(fù)雜了，后來我們采用了“片選即等”的方式設(shè)計(jì)了一個(gè)“速度自適應(yīng)”電路，終于巧妙地解決了EPP 并行接口與外圍設(shè)備的速度匹配問題，這也是本系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)所在。
還有，為盡可能減少啟動A/D 所需的執(zhí)行軟件的時(shí)間，完全用硬件電路實(shí)現(xiàn)了模擬開關(guān)和采集保持電路的自動控制，這樣減少了采集軟件的控制命令，在不提高成本的前提下提高A/D 速度達(dá)20%。這種設(shè)計(jì)方法在目前國內(nèi)外有關(guān)數(shù)據(jù)采集的文獻(xiàn)上還未見報(bào)道過。
5.2 系統(tǒng)工作原理
首先，通過軟件對采集接口電路進(jìn)行初始化，設(shè)定模擬信號和脈沖信號采集的通道數(shù)、程控濾波的截止頻率和放大倍數(shù)，通過時(shí)鐘選擇電路，選擇系統(tǒng)采樣時(shí)鐘是使用系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘還是使用外部時(shí)鐘。如果是使用內(nèi)部時(shí)鐘，程序還要通過定時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)行采樣頻率設(shè)定。系統(tǒng)選擇電路的輸出時(shí)鐘是通過EPP 接口產(chǎn)生一個(gè)中斷信號控制整個(gè)系統(tǒng)的采樣頻率，并按著這個(gè)速度對轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。
對于模擬信號首先是通過程控濾波器進(jìn)行低通濾波，濾掉高頻干擾噪聲等信號，然后經(jīng)過采樣保持電路和由自動控制電路控制模擬開關(guān)進(jìn)行不同通道的信號選擇，經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換后結(jié)果數(shù)據(jù)由主機(jī)通過EPP并行口經(jīng)由“數(shù)據(jù)地址復(fù)用”電路讀入到計(jì)算機(jī)。同理，級聯(lián)計(jì)數(shù)器內(nèi)的外圍脈沖通道信號的計(jì)數(shù)值，也是通過“數(shù)據(jù)地址復(fù)用”電路經(jīng)由EPP 接口讀入計(jì)算機(jī)的。
6 系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用
6.1 系統(tǒng)特點(diǎn)
(1) 同一性
創(chuàng)造性地采用打印機(jī)并行口作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總線，可直接使用各種筆記本計(jì)算機(jī)。盡管筆記本電腦的擴(kuò)展接口在逐漸減少，但目前所有筆記本計(jì)算機(jī)都有打印接口，雖然主流接口是USB，現(xiàn)在也有了USB接口打印機(jī)，但為了兼容EPP 接口打印機(jī)，并行接口在計(jì)算機(jī)中至少會保留五年。這樣我們就不必?fù)?dān)心因?yàn)楣P記本接口問題而影響采集儀的開發(fā)和使用。
(2) 通用性
這些設(shè)備無論從硬件性能上，還是從軟件功能、操作使用以及信號的通道輸入方式都是完全一樣的，使設(shè)備具有了良好的通用性。比如說整研的設(shè)備壞了或不夠用，可以從強(qiáng)振借一臺馬上就可使用。不象過去即使是能完成這一種試驗(yàn)的采集儀，不僅軟件操作得學(xué)半天還得重做傳感器輸入插頭。
(3) 統(tǒng)一性
實(shí)現(xiàn)了全中心自研車載試驗(yàn)設(shè)備的硬件平臺的完全統(tǒng)一，可實(shí)現(xiàn)汽車的常規(guī)道路性能試驗(yàn)、臺架等現(xiàn)場試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集及分析處理。采集精度、系統(tǒng)標(biāo)定具有一致性，使得試驗(yàn)結(jié)果更具可比性；實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)分析處理標(biāo)準(zhǔn)和方法的統(tǒng)一；實(shí)現(xiàn)了分析處理結(jié)果數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、建立汽研所試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫打下基礎(chǔ)。
(4) 靈活性
該平臺具有結(jié)構(gòu)簡潔、體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、安全保護(hù)好、操作使用、替換維修方便等特點(diǎn)。由于設(shè)備完全是自主開發(fā)的，根據(jù)特殊試驗(yàn)要求可對軟硬件進(jìn)行靈活修改，這是任何進(jìn)口儀器無法具備的特點(diǎn)。
(5) 開發(fā)性
國外設(shè)備都是專用的標(biāo)準(zhǔn)化軟件，一般沒有二次開發(fā)功能；而我們的系統(tǒng)具有完全開放硬件及程序數(shù)據(jù)接口，便于系統(tǒng)升級和用戶的二次開發(fā)，這也是我們的設(shè)備在各試驗(yàn)研究部門備受歡迎的原因之一。通過在本設(shè)備上的開發(fā)工作，試驗(yàn)研究人員，尤其是工作的畢業(yè)生、研究生通過開發(fā)工作對試驗(yàn)過程和原理會有深刻認(rèn)識、對數(shù)據(jù)分析方法的研究水平會有很大的提高，同時(shí)會對解決一些特殊試驗(yàn)難題帶來方便。
6.2 應(yīng)用效果
1） 開發(fā)成功的21 臺數(shù)據(jù)采集儀已在整車研究室、試車場、檢測中心、底盤試驗(yàn)室等部門投入使用。
2） 在近2 年的時(shí)間里，該平臺經(jīng)受了各種汽車試驗(yàn)、各種路面及海南高溫環(huán)境的考驗(yàn)，得到了這些部門的有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員的肯定和歡迎。一致認(rèn)為：該系統(tǒng)功能強(qiáng)、可靠性高，在汽車的經(jīng)濟(jì)性、動力性、振動性、平順性、操縱穩(wěn)定性、ABS 制動性能等試驗(yàn)方面可替代進(jìn)口設(shè)備。
3） 在集團(tuán)公司重大質(zhì)量改進(jìn)項(xiàng)目“解決CA3118K2B 自卸車方向盤40km/h 抖動”工作中，采用該設(shè)備成功地測試分析出是由于傳動軸的中間支撐梁共振而導(dǎo)致方向盤抖動，從而使這一嚴(yán)重影響市場和信譽(yù)的問題得到了徹底解決。
7 結(jié)束語
1） 這次新型便攜采集儀的開發(fā)體現(xiàn)了研制者和廣大試驗(yàn)用戶的集體智慧，將過去五花八門的自制采集儀進(jìn)行了規(guī)范和統(tǒng)一，使我們中心多年的常規(guī)道路性能試驗(yàn)的研究技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)得以優(yōu)化、提煉和整合。目前這批自主研發(fā)的采集儀基本上滿足了全中心的產(chǎn)品質(zhì)量攻關(guān)和技術(shù)對標(biāo)工作。
2） 在研發(fā)過程中創(chuàng)新性地使用EPP 并行口開發(fā)了結(jié)構(gòu)簡潔、成本低、讀寫性能完全可以與ISA 總線相媲美的非智能化數(shù)據(jù)采集板，拓寬了打印機(jī)并行口的應(yīng)用范圍。2002 年利用該技術(shù)又為電氣試驗(yàn)室開發(fā)了車速表壽命試驗(yàn)變頻掃描信號驅(qū)動板。
3） 該平臺性能價(jià)格比高，價(jià)格僅為進(jìn)口儀器的1/20，代替了計(jì)劃引進(jìn)的一批車載數(shù)據(jù)采集儀，如果進(jìn)口一臺按6 萬美元計(jì)算，那么21 臺則節(jié)省達(dá)120 萬美元。
4）由于USB接口軟硬件技術(shù)日益成熟，相應(yīng)的接口控制器芯片價(jià)格日漸降紙，目前我們已經(jīng)開始了USB接口數(shù)據(jù)采集儀的研發(fā)工作，采集及分析處理。下一代數(shù)據(jù)采集儀軟件將全部在WINDOW 環(huán)境下運(yùn)行，更多的軟硬件功能會為用戶使用帶來更大的方便，同時(shí)使我們的數(shù)據(jù)采集儀的研發(fā)技術(shù)真正地與國外的先進(jìn)技術(shù)接軌。
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