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北京北信科遠(yuǎn)儀器有限責(zé)任公司
主營產(chǎn)品： 搖擺式脫色搖床,實驗室電子分析天平,一體涂層測厚儀 |
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主營產(chǎn)品： 搖擺式脫色搖床,實驗室電子分析天平,一體涂層測厚儀 |
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2016-7-5 閱讀(800)
汽車整車或其零部件的道路模擬試驗是對汽車運(yùn)行性能與可靠性進(jìn)行評估的常用方法，目前已得到了廣泛的應(yīng)用。為獲取汽車道路模擬試驗所需的汽車實際道路運(yùn)行的振動數(shù)據(jù)，需要便攜式的數(shù)據(jù)采集與分析儀器。這類儀器需具有移動便攜、操作方便、連續(xù)記錄、海量存儲的特性。我國在適用汽車行駛中數(shù)據(jù)采集的便攜式測試儀的研發(fā)方面進(jìn)展緩慢，目前市場上銷售的較便攜式數(shù)據(jù)采集與分析儀器主要依賴于進(jìn)口，但在便攜性和連續(xù)數(shù)據(jù)存儲容量方面還顯不足。筆者將根據(jù)嵌入式技術(shù)、檢測技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)的新進(jìn)展，提出適于汽車行駛過程中數(shù)據(jù)采集與分析儀器的設(shè)計新方案。
1儀器系統(tǒng)設(shè)計便攜式數(shù)據(jù)采集與分析儀不但要具有體積小和連續(xù)海量數(shù)據(jù)記錄的能力，同時應(yīng)具有一定的分析能力，以便對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的處理與分析。根據(jù)這一特點(diǎn)，提出將嵌入式arm和DSP結(jié)合，充分發(fā)揮DSP的靈活性，使開發(fā)的數(shù)據(jù)采集與分析儀器能滿足汽車行駛中數(shù)據(jù)采集與分析的需求。
筆者提出的便攜式數(shù)據(jù)采集與分析儀器由硬件和嵌入式軟件組成。儀器硬件以高性能的ARM處理器和DSP處理器為核心，配以模擬輸入模塊、數(shù)字采樣模塊、彩色液晶觸摸屏、外部設(shè)備通訊接口模塊構(gòu)成；嵌入式軟件由ARM和DSP軟件構(gòu)成，運(yùn)行于ARM處理器的軟件實現(xiàn)與用戶的交互和數(shù)據(jù)的存儲，運(yùn)行于DSP的軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣、實時處理與傳輸?shù)裙δ軆x器的軟件采用動態(tài)配置，用戶可選擇不同的軟件來實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)采集與分析功能，以滿足汽車其他的測試需求。
2硬件設(shè)計根據(jù)便攜式數(shù)據(jù)采集與分析儀器的系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)思，系統(tǒng)相應(yīng)的硬件設(shè)計框圖如所示。
2.1信號輸入與采樣模塊該模塊實現(xiàn)多路模擬信號和數(shù)字信號的輸入。模擬輸入通道可聯(lián)接加速度、速度、位移、聲壓、溫度、濕度等傳感器，并內(nèi)置ICP恒流源。每個通道均有模擬信號調(diào)理放大、低通與高通道濾波器。儀器共有8通道模擬輸入，輸入電路采用低噪聲設(shè)計技術(shù)，信噪比大于100dB.每個通道同步采樣，采樣頻率根據(jù)實際測試需要設(shè)置，zui高采樣頻率為2.2DSP處理器DSP處理器是數(shù)據(jù)處理的核心，實現(xiàn)數(shù)字信號的實時處理，包括抽取濾波、觸發(fā)采樣、時域分析、頻域分析等。儀器采用美國TI公司6000系列32位浮點(diǎn)DSP處理器，主頻為350MHz. 2.3ARM處理器ARM塊主要用于儀器與用戶的交互、數(shù)據(jù)的輔助處理、數(shù)據(jù)連續(xù)存儲。儀器通過彩色液晶觸摸屏來實現(xiàn)用戶的設(shè)置、數(shù)據(jù)的顯示。將所有采樣通道的采樣數(shù)據(jù)連續(xù)存儲于儀器所帶的微硬盤中，硬盤具有40G存儲容量，能滿足長時間無間隙存儲的需求。儀器的DSP、FPGA軟件存放在微硬盤中，當(dāng)用戶選擇相應(yīng)功能時，ARM DSP、FPGA實現(xiàn)儀器多種采集與分析功能，適用于多種應(yīng)用要求。
2.4儀器接口模塊儀器接口包括USB2.0、無線網(wǎng)。儀器通過USB2.0接口導(dǎo)出存儲數(shù)據(jù)。無線網(wǎng)絡(luò)模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，同時可利用儀器的網(wǎng)絡(luò)功能，將多個儀器構(gòu)成一個較大型的測試系統(tǒng)，芫成更多的測試任勞。
3儀器軟件設(shè)計由于測試儀器要實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)采集與分析功能，每個分析功能對應(yīng)的分析處理算法各不相同。由于DSP處理器資源的限制，不可能在同一程序中實現(xiàn)所有的功能。本系統(tǒng)采用運(yùn)行模式動態(tài)配置技術(shù)，儀器功能由ARM處理器實時下載，這不但在同一硬件上實現(xiàn)多種功能，同時也便于系統(tǒng)的升級與功能的擴(kuò)展。
儀器的軟件層次圖儀器軟件采用分層結(jié)構(gòu)，整個軟件分為四層，*層主要負(fù)責(zé)與用戶的交互；第二層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)和消息的轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)的后處理；第三層為驅(qū)動層，負(fù)責(zé)DSP與ARM處理器的通訊；第四層主要實現(xiàn)實時信號采集與處理的算法，由DSP、FPGA實現(xiàn)。運(yùn)行于DSP與FPGA軟件由PC機(jī)根據(jù)使用要求實時下載。軟件層次結(jié)構(gòu)如所示。
筆者提出儀器的主要目的是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與分析、連續(xù)海量數(shù)據(jù)存儲，實現(xiàn)這一功能的軟件的流程如所示。在以上基礎(chǔ)上開發(fā)了相應(yīng)的軟件，實現(xiàn)預(yù)期的功能，達(dá)到了汽車行駛中長時間連續(xù)數(shù)據(jù)采集的目的。
儀器應(yīng)用軟件流程4結(jié)束語在以上研究的基礎(chǔ)上，解決了低功耗硬件電路設(shè)計、嵌入式DSP與ARM間的高速數(shù)據(jù)傳輸、軟件動態(tài)配置等技術(shù)難題，已成功開發(fā)了適于汽車行駛中數(shù)據(jù)采集與分析的儀器，儀器的各項功能達(dá)到了設(shè)計要求，可以采集存儲汽車行駛中數(shù)小時至數(shù)十小時的振動數(shù)據(jù)。同時該儀器也可推廣到工業(yè)現(xiàn)場的振動噪聲測試，提升了我國在便攜式數(shù)據(jù)采集與分析儀器的水平。北京富瑞恒創(chuàng)科技有限公司。
