基于NI PXI硬件平臺及DIAdem軟件平臺的數據采集系

挑戰:

設計一個(gè)復雜的數據采集系統，它能夠：測量、監控，并抓取各種音頻信號;與其它設備進(jìn)行遠程同步;按照特定的協(xié)議通過(guò)多功能車(chē)輛總線(xiàn)(MVB)與列車(chē)進(jìn)行通信;并且能夠通過(guò)管理和處理大量的數據來(lái)分析軌道網(wǎng)絡(luò )中的諧波干擾。

解決方案:

開(kāi)發(fā)一種基于NI PXI硬件平臺以及NI LabVIEW和DIAdem軟件平臺的系統來(lái)滿(mǎn)足上述的需求并且能夠迅速而有效地生成報表。

Ineco是一家在交通運輸行業(yè)有著(zhù)廣泛經(jīng)驗的工程公司。 為了研究諧波在鐵路基礎設施建設方面的影響，我們設計開(kāi)發(fā)了一種數據采集系統，它整合了系統要求的所有特性。

數據采集

我們的團隊通常在一個(gè)移動(dòng)牽引單元上收集鐵路的數據。對于這個(gè)項目，我們選擇了NI PXIe-1062Q 8槽的機箱來(lái)將因振動(dòng)而產(chǎn)生的影響降到最低。

通過(guò)基于PXI硬件平臺的NI 6123和NI 6120模塊，我們以50,000赫茲的采樣率同步采集了變化的電壓和電流信號，這使得我們能夠記錄下整個(gè)音頻頻率范圍的信號。 為了連接這些模塊，我們使用NI TB-2708、TB-2709和TB-2705這三種接線(xiàn)端子來(lái)提供前兩個(gè)SMB的連接和最后直接信號電纜的連接。

MVB通信

我們需要用一塊MVB協(xié)議的通信卡捕獲不同牽引單元上的不同信號。 通過(guò)使用DLL-specific LabVIEW VI，PXI平臺和LabVIEW 將整個(gè)機箱配置為一個(gè)整體，使得數據在數據卡和應用程序之間的傳輸快速而容易。

計算機同步

我們的主要設計要求之一是能夠在遠距離運動(dòng)的情況下精確地同步多臺電腦。

為了達到所需的同步，我們決定用NI PXI-6682定時(shí)和同步模塊與全球定位系統(GPS)達到同步。 該模塊化的設備能夠很好的適應我們的系統集成，可以很容易融入到整個(gè)應用程序中，實(shí)現更精確地設備同步。

GPS 用戶(hù)界面

為了形象化的顯示鐵路上測試點(diǎn)運動(dòng)的位置， 我們通過(guò)連接在PXI-6682上的天線(xiàn)接收GPS坐標信號，并將坐標發(fā)送給集成了Google Earth的用戶(hù)界面。我們通過(guò)3G連接到Google Earth(谷歌地球)，假如該地點(diǎn)沒(méi)有信號覆蓋，我們就使用已經(jīng)緩存好的軟件地圖代替。

應用程序

我們用LabVIEW開(kāi)發(fā)了應用程序， 因為它能夠很容易地將的各種不同的硬件模塊集成，具有強大的圖形化的開(kāi)發(fā)環(huán)境，并提供了一種可視化的編程環(huán)境。

這個(gè)應用程序被設計成能夠在兩種完全不同的環(huán)境里運行：第一種是對數據進(jìn)行采集、監控和實(shí)時(shí)處理;第二種是長(cháng)時(shí)間的數據采集，這個(gè)過(guò)程完全自動(dòng)(沒(méi)有任何人的干預)，并且是在一個(gè)不間斷電源(UPS)的支持下。

我們將這個(gè)系統的結構分成三個(gè)主要模塊。

初始化

在初始化模塊中，我們的基本參數有探針使用的數量、MVB的通信參數，火車(chē)的類(lèi)型和型號以及各種顯示控件(例如與驅動(dòng)單元)的通訊和狀態(tài)的驗證。

電壓、電流和GPS

這個(gè)模塊是負責配置以及實(shí)現數據采集，這些數據來(lái)自連接到計算機的不同的傳感器和GPS信號。如果應用程序正在以實(shí)時(shí)分析模式運行，那么該部分還執行信號處理的任務(wù)，例如信號濾波、均方根值運算、阻抗、速度計算以及結果顯示。

MVB變量

這個(gè)模塊負責建立MVB通信，通過(guò)使用LabVIEW call functions VI調用在A(yíng)NSI C中開(kāi)發(fā)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(dll)來(lái)實(shí)現。這些變量也要負責數據記錄和顯示。

這些模塊通過(guò)定時(shí)循環(huán)保持同步。計算機與計算機之間是通過(guò)NI 6682模塊提供的GPS時(shí)間實(shí)現同步的。

為了實(shí)現記錄過(guò)程的自動(dòng)化，我們通過(guò)NI-6120模塊發(fā)送一個(gè)模擬信號給UPS(不間斷電源)。這個(gè)信號是一個(gè)讓UPS斷開(kāi)的命令，這樣它就進(jìn)入了待機模式。然后PXI就可以安全的關(guān)閉了，這樣可以防止數據丟失。

數據管理和處理

我們需要一個(gè)解決方案來(lái)快速地管理大量的數據，能夠實(shí)現信號濾波，在時(shí)域和頻域分析數據，并且可以生成自動(dòng)化腳本。所以，我們使用NI DIAdem數據管理軟件來(lái)滿(mǎn)足這些要求。

結論

采用NI PXI平臺，我們?yōu)橐苿?dòng)牽引單元開(kāi)發(fā)了一種模塊化、結構緊湊、穩定可靠的數據采集系統。我們選擇了LabVIEW作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，因為其直觀(guān)的圖形化開(kāi)發(fā)特性、靈活、易于通過(guò)MVB協(xié)議集成和維護。DIAdem數據管理軟件通過(guò)自動(dòng)使用腳本報告節省了我們的數據處理時(shí)間和精力。

隨著(zhù)NI軟件和硬件所提供的集成效果不斷的發(fā)展和完善，我們可以很容易地更新，以適應可能發(fā)生在鐵路部門(mén)的系統級的改變。