利用LabVIEW對(duì)飛機(jī)推進(jìn)裝置進(jìn)行飛行壓力測(cè)試

　　The Challenge:

　　在飛行中測(cè)量固定翼飛機(jī)推進(jìn)裝置的壓力。

　　The Solution:

　　利用嵌入式張力測(cè)量裝置、GPIB接口的自定義調(diào)理與數(shù)字化電路、以及LabVIEW控制的PCMCIA-GPIB板卡，構(gòu)建一個(gè)基于PC的系統(tǒng)。

　　"為解決這一問(wèn)題，我們使用了隊(duì)列，這是LabVIEW的一個(gè)新的特性，您可以利用它在RAM中存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，而不必使用占用大量存儲(chǔ)空間的數(shù)組或字符串操作。為解決第二個(gè)問(wèn)題，我們使用了LabVIEW的另一個(gè)特性——多線程。"

　　?？怂管浖邢薰九c傳感器開(kāi)發(fā)有限公司，共同開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)在飛行中測(cè)量飛機(jī)推進(jìn)裝置所承受壓力的應(yīng)用。傳感器開(kāi)發(fā)有限公司開(kāi)發(fā)了定制的數(shù)據(jù)采集硬件——該硬件測(cè)量螺旋推進(jìn)裝置所承受的壓力，并通過(guò)GPIB 將數(shù)據(jù)回傳至便攜式電腦。然后，?？怂管浖邢薰纠肔abVIEW進(jìn)行了軟件開(kāi)發(fā)——該軟件對(duì)硬件進(jìn)行配置，利用一個(gè)PCMCIA-GPIB 板卡讀入和解碼GPIB 采樣點(diǎn)，并使用后續(xù)處理，以ASCII 或DaDisp 兼容的格式導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　由于該項(xiàng)測(cè)試的特殊性，傳感器開(kāi)發(fā)有限公司從對(duì)來(lái)自推進(jìn)裝置上所附著的32 個(gè)張力測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理的螺旋電路裝配開(kāi)始，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了自定義的信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集硬件。由于螺旋系統(tǒng)以“管線”的方式傳輸通過(guò)飛機(jī)引擎內(nèi)部的現(xiàn)有除冰滑環(huán)，因此不存在遙感勘測(cè)的需求。所以，在許多不同類(lèi)型的飛機(jī)上快速安裝該系統(tǒng)將非常方便。來(lái)自螺旋電路的數(shù)據(jù)通過(guò)滑環(huán)傳遞至固定電路，該固定電路將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GPIB 格式并將其傳送至便攜式電腦。該便攜式電腦運(yùn)行LabVIEW，并采用PCMCIA-GPIB 板卡讀入數(shù)據(jù)流。為使數(shù)據(jù)傳輸盡可能有效，LabVIEW 程序直接接收來(lái)自14- 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制數(shù)值，并在其后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工程單位。

　　由于這是飛行中測(cè)試，因此該團(tuán)隊(duì)需要在測(cè)試設(shè)計(jì)中牢記導(dǎo)航安全。我們提供了一個(gè)附著于飛行操縱桿的簡(jiǎn)單的遙控吊件，使得導(dǎo)航員可以對(duì)測(cè)試序列進(jìn)行控制。通過(guò)該遙控吊件，導(dǎo)航員可以通過(guò)視線外的便攜式電腦顯示器安全地啟動(dòng)和停止測(cè)試。該吊件還帶有一系列LED以便為導(dǎo)航員指示測(cè)試狀態(tài)以及錯(cuò)誤狀態(tài)。該遙控吊件與一個(gè)DAQ 板卡-DIO24 板卡相接口。

　　軟件設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，?？怂管浖久媾R的最大挑戰(zhàn)便是GPIB 總線的吞吐速率?？偟膩?lái)看，共有41 條通道，每通道的數(shù)據(jù)采樣率為6000 S/s。我們還在每次數(shù)據(jù)掃描之間使用了一個(gè)2- 字節(jié)的間隔符。每個(gè)采樣點(diǎn)包含2 字節(jié)的數(shù)據(jù)，這就意味著我們需要以504kB/s 的速率通過(guò)GPIB 線路讀入數(shù)據(jù)。硬件使用32 KB 輸出緩存，這需要軟件以高于20Hz 的速率讀取硬件。我們發(fā)現(xiàn)，將數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)流的方式直接導(dǎo)入便攜式電腦的硬盤(pán)，會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)問(wèn)題：

　　● 程序運(yùn)行過(guò)慢

　　● 輸出緩存溢出，并伴有數(shù)據(jù)丟失

　　對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，我們利用了便攜式電腦上的192 MB RAM ——將所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在RAM 中直至測(cè)試完成，然后將其寫(xiě)入硬盤(pán)。但是，在內(nèi)存中移動(dòng)(伴有字符串連接和數(shù)組創(chuàng)建等操作)超過(guò)30 MB 的數(shù)據(jù)(來(lái)自一個(gè)60 秒長(zhǎng)的測(cè)試)會(huì)嚴(yán)重降低程序的運(yùn)行速度。為了杜絕這一問(wèn)題，我們采用了隊(duì)列，這是LabVIEW 的一個(gè)新特性，您可以利用它在RAM 中存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，而不必使用占用大量存儲(chǔ)空間的數(shù)組或字符串操作。

　　為解決第二個(gè)問(wèn)題，我們利用LabVIEW的另一個(gè)特性——多線程。通過(guò)在其自身線程上運(yùn)行GPIB 硬件調(diào)用，我們實(shí)現(xiàn)了獲取高速所有數(shù)據(jù)而不造成硬件緩存的溢出。數(shù)據(jù)文件管理是我們面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)。將原始數(shù)據(jù)字節(jié)轉(zhuǎn)換為ASCII 或DaDisp 格式，要求我們將文件分解為若干個(gè)小段。將整個(gè)30 MB 文件讀入存儲(chǔ)器并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，需要奔騰II 266 MHz PC 運(yùn)行約五分鐘。然而，將該文件分解成若干個(gè)小段，其轉(zhuǎn)化時(shí)間可以減少至20 秒左右。

　　結(jié)果

　　系統(tǒng)測(cè)試非常成功。LabVIEW 的特性對(duì)于該項(xiàng)應(yīng)用提供了極大的幫助。利用多線程和隊(duì)列，我們快速并有效地從GPIB 硬件讀入數(shù)據(jù)。利用NI PC 板卡，我們?cè)谝慌_(tái)安放于導(dǎo)航員座位后面的便攜式電腦上實(shí)現(xiàn)該應(yīng)用。PCMCIA-GPIB 與DAQ板卡-DIO24 板卡完美協(xié)同工作。