便攜式數據采集分析儀的研制
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5 EPP1.9 并行接口總線(xiàn)數據采集板的設計及工作原理
5.1 系統結構框圖
對于EPP 與不同設備之間通訊，要滿(mǎn)足不同的速度外部設備需要向EPP 并行接口發(fā)出一個(gè)WAIT 等待信號，主機根據WAIT 等待信號來(lái)確定讀寫(xiě)指令周期的個(gè)數。這對于外圍是智能性的設備非常簡(jiǎn)單，而對于我們開(kāi)發(fā)的這種非智能化采集板問(wèn)題則變得復雜了，后來(lái)我們采用了“片選即等”的方式設計了一個(gè)“速度自適應”電路，終于巧妙地解決了EPP 并行接口與外圍設備的速度匹配問(wèn)題，這也是本系統的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)所在。
還有，為盡可能減少啟動(dòng)A/D 所需的執行軟件的時(shí)間，完全用硬件電路實(shí)現了模擬開(kāi)關(guān)和采集保持電路的自動(dòng)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20%。這種設計方法在目前國內外有關(guān)數據采集的文獻上還未見(jiàn)報道過(guò)。
5.2 系統工作原理
首先，通過(guò)軟件對采集接口電路進(jìn)行初始化，設定模擬信號和脈沖信號采集的通道數、程控濾波的截止頻率和放大倍數，通過(guò)時(shí)鐘選擇電路，選擇系統采樣時(shí)鐘是使用系統內部時(shí)鐘還是使用外部時(shí)鐘。如果是使用內部時(shí)鐘，程序還要通過(guò)定時(shí)計數器進(jìn)行采樣頻率設定。系統選擇電路的輸出時(shí)鐘是通過(guò)EPP 接口產(chǎn)生一個(gè)中斷信號控制整個(gè)系統的采樣頻率，并按著(zhù)這個(gè)速度對轉換數據進(jìn)行讀取。
對于模擬信號首先是通過(guò)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(guò)采樣保持電路和由自動(dòng)控制電路控制模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行不同通道的信號選擇，經(jīng)過(guò)A/D 轉換后結果數據由主機通過(guò)EPP并行口經(jīng)由“數據地址復用”電路讀入到計算機。同理，級聯(lián)計數器內的外圍脈沖通道信號的計數值，也是通過(guò)“數據地址復用”電路經(jīng)由EPP 接口讀入計算機的。
6 系統特點(diǎn)及應用
6.1 系統特點(diǎn)
(1) 同一性
創(chuàng )造性地采用打印機并行口作為數據采集系統總線(xiàn)，可直接使用各種筆記本計算機。盡管筆記本電腦的擴展接口在逐漸減少，但目前所有筆記本計算機都有打印接口，雖然主流接口是USB，現在也有了USB接口打印機，但為了兼容EPP 接口打印機，并行接口在計算機中至少會(huì )保留五年。這樣我們就不必擔心因為筆記本接口問(wèn)題而影響采集儀的開(kāi)發(fā)和使用。
(2) 通用性
這些設備無(wú)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，使設備具有了良好的通用性。比如說(shuō)整研的設備壞了或不夠用，可以從強振借一臺馬上就可使用。不象過(guò)去即使是能完成這一種試驗的采集儀，不僅軟件操作得學(xué)半天還得重做傳感器輸入插頭。
(3) 統一性
實(shí)現了全中心自研車(chē)載試驗設備的硬件平臺的完全統一，可實(shí)現汽車(chē)的常規道路性能試驗、臺架等現場(chǎng)試驗的數據采集及分析處理。采集精度、系統標定具有一致性，使得試驗結果更具可比性；實(shí)現了試驗分析處理標準和方法的統一；實(shí)現了分析處理結果數據格式的統一，為實(shí)現數據共享、建立汽研所試驗數據庫打下基礎。
(4) 靈活性
該平臺具有結構簡(jiǎn)潔、體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、安全保護好、操作使用、替換維修方便等特點(diǎn)。由于設備完全是自主開(kāi)發(fā)的，根據特殊試驗要求可對軟硬件進(jìn)行靈活修改，這是任何進(jìn)口儀器無(wú)法具備的特點(diǎn)。
(5) 開(kāi)發(fā)性
國外設備都是專(zhuān)用的標準化軟件，一般沒(méi)有二次開(kāi)發(fā)功能；而我們的系統具有完全開(kāi)放硬件及程序數據接口，便于系統升級和用戶(hù)的二次開(kāi)發(fā)，這也是我們的設備在各試驗研究部門(mén)備受歡迎的原因之一。通過(guò)在本設備上的開(kāi)發(fā)工作，試驗研究人員，尤其是工作的畢業(yè)生、研究生通過(guò)開(kāi)發(fā)工作對試驗過(guò)程和原理會(huì )有深刻認識、對數據分析方法的研究水平會(huì )有很大的提高，同時(shí)會(huì )對解決一些特殊試驗難題帶來(lái)方便。
6.2 應用效果
1） 開(kāi)發(fā)成功的21 臺數據采集儀已在整車(chē)研究室、試車(chē)場(chǎng)、檢測中心、底盤(pán)試驗室等部門(mén)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(chē)試驗、各種路面及海南高溫環(huán)境的考驗，得到了這些部門(mén)的有關(guān)領(lǐng)導和技術(shù)人員的肯定和歡迎。一致認為：該系統功能強、可靠性高，在汽車(chē)的經(jīng)濟性、動(dòng)力性、振動(dòng)性、平順性、操縱穩定性、ABS 制動(dòng)性能等試驗方面可替代進(jìn)口設備。
3） 在集團公司重大質(zhì)量改進(jìn)項目“解決CA3118K2B 自卸車(chē)方向盤(pán)40km/h 抖動(dòng)”工作中，采用該設備成功地測試分析出是由于傳動(dòng)軸的中間支撐梁共振而導致方向盤(pán)抖動(dòng)，從而使這一嚴重影響市場(chǎng)和信譽(yù)的問(wèn)題得到了徹底解決。
7 結束語(yǔ)
1） 這次新型便攜采集儀的開(kāi)發(fā)體現了研制者和廣大試驗用戶(hù)的集體智慧，將過(guò)去五花八門(mén)的自制采集儀進(jìn)行了規范和統一，使我們中心多年的常規道路性能試驗的研究技術(shù)和經(jīng)驗得以?xún)?yōu)化、提煉和整合。目前這批自主研發(fā)的采集儀基本上滿(mǎn)足了全中心的產(chǎn)品質(zhì)量攻關(guān)和技術(shù)對標工作。
2） 在研發(fā)過(guò)程中創(chuàng )新性地使用EPP 并行口開(kāi)發(fā)了結構簡(jiǎn)潔、成本低、讀寫(xiě)性能完全可以與ISA 總線(xiàn)相媲美的非智能化數據采集板，拓寬了打印機并行口的應用范圍。2002 年利用該技術(shù)又為電氣試驗室開(kāi)發(fā)了車(chē)速表壽命試驗變頻掃描信號驅動(dòng)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，代替了計劃引進(jìn)的一批車(chē)載數據采集儀，如果進(jìn)口一臺按6 萬(wàn)美元計算，那么21 臺則節省達120 萬(wàn)美元。
4）由于USB接口軟硬件技術(shù)日益成熟，相應的接口控制器芯片價(jià)格日漸降紙，目前我們已經(jīng)開(kāi)始了USB接口數據采集儀的研發(fā)工作，采集及分析處理。下一代數據采集儀軟件將全部在WINDOW 環(huán)境下運行，更多的軟硬件功能會(huì )為用戶(hù)使用帶來(lái)更大的方便，同時(shí)使我們的數據采集儀的研發(fā)技術(shù)真正地與國外的先進(jìn)技術(shù)接軌。
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