便携式数据采集分析仪的研制
汽车试验是我们技术中心三大主体工作之一，而整车道路试验又是汽车试验的一个重要方面。这些试验所需的车载仪器设备又有其特殊性——可移动便携式、可靠性高、操作简洁、通用性强、具有实时采集和分析处理等功能。由于进口设备价格昂贵，以往我们技术中心所用的车载设备除了噪声测试分析需要高频采样、专用频谱分析处理软件而采用的是进口的设备；其它数据采集仪除少量是委托外面公司开发的外，大都是是我们技术中心自行开发研制的。由于这些自行研发采集仪功能满足使用要求，而且具有价格低、使用方便、便于二次开发等特点，所以这些仪器比较受广大试验人员的欢迎。而这些自制采集仪硬件平台无论是我们做的还是他人搞的，采用的都是带有专用扩展总线ISA 的笔记本计算机，但这类机型在98 年就已淘汰。目前的笔记本计算机没有ISA 扩展总线，根本不能连接那些原有的数据采集板。99 年在技术中心几个试验部门，原用的带有ISA 扩展总线笔记本计算机电脑有多台出现了不可修复的故障，使采集仪处于瘫痪状态，无法使用，严重地影响了日益增加的整车道路试验工作的进行。有关部门在机电仪计划中提出了多台进口车载数据采集仪采购申请。但由于每台进口设备费用高达5 万美元以上，根本不可能满足全部采购要求。本着“自主开发、节省资金”的原则，我们决定依靠自己技术力量开发新一代车载数据采集仪平台，对技术中心原有的自行研发的车载数据采集设备进行全面升级。
2 新型数据采集分析仪的研发目标
2.1 统一平台
技术中心原有的十几台采集仪，由于开发时都是与某个试验部门、甚至是某个人制定的方案，这样就导致了无论是选用的笔记本电脑、要求的设备功能，还是开发的数据采集板、编制的数据采集分析处理软件都是各不相同，最常用传感器信号输入端子插头也是五花八门。这些设备存在着功能单一、不能互相代用的不足；最重要的是即使是同一种试验，由于采用的不是同一台仪器使得信号采集精度、误差，甚至标定和数据分析处理方法都不同，这样导致试验结果可比性差。
为此，我们决定将技术中心的故障频频的老仪器全部淘汰，进行全新升级；新型采集仪采用统一的笔记本电脑、同一精度的A/D 转换器和计数器，同样性能的多路转换开关和采样保持器，这样就实现全中心道路试验设备硬件平台统一；同时对数据分析处理方法和试验数据格式进行了统一，这样将为实现试验数据共享、建立技术中心试验数据库打下基础。
2.2 继承原有
在汽车试验尤其是整车道路试验方面，我们技术中心有一大批专家和技术人员，不仅具有很高的理论水平而且积累了丰富的实践经验，在这些方面既使是吉林工业大学和清华大学也是无法比拟的，这些知识和经验在我们以往开发的数据采集仪中得到了具体体现。因此，我们对原来的所有采集仪进行了综合比较和分析，决定新型数据采集仪要博采众长，充分保留原有设备的大家认可的硬件性能，选用最优、最合理的软件分析处理模型和方法。
2.3 升级创新
由于原设备开发受当时软、硬件技术发展水平的限制，对于我本人来说当时的硬件开发水平和经验与现在相比也是不成熟的，所以新型仪器在继承以往老设备的软硬件优点的基础上，结合当今最新的计算机软硬件应用技术以及我们多年的研发经验，进行最大程度升级和创新。采用的新型笔记本电脑的打印机接口做数据采集总线代替计算机ISA 总线，使得任何具有EPP 接口的笔记本都可以做采集仪的主控机，这是本系统最突出的创新之处。
直接采用硬件电路实现了多路开关及多路采样保持器自动控制，其原理和方法也都是比较独特的，简化了控制软件逻辑和指令条数，同时在不增加成本没有更换A/D 芯片的前提下，使系统转换速度和数据吞吐效率提高了20%。
2.4 功能集成
以往研发的系统无论是硬件还是软件功能相对来说是单一的，每台设备的硬件输入通道数量和信号输入范围都是不一样的。我们开发的新型采集仪对硬件功能和结构进行兼容性设计，或者是通过软件控制硬件实现功能选择；同时将各种性能的分析处理软件集成在一个窗口内，用一台仪器只是选用不同的软硬件功能设定和选择分析处理模块，即可完成不同的道路试验。
2.5 接口开放
包括两个方面：一个方面是控制硬件采集板的软件程序接口向用户开放。有编程开发能力的用户可根据自己的试验工况开发一些专用的特殊的程序，这对试验研究有重要意义。这方面强振的李元宝做的非常好，自主开发了一些程序；还有整研和试车场都自己开发了一些专用程序。第二个方面是指采集的试验原始数据文件接口向用户开放。 数据格式也可按不同的要求进行转换，这样用户可以用其他软件直接调用这些数据进行分析处理并编制试验报告。
2.6 完善性能
以往的数据采集分析仪，由于受当时软、硬件技术水平限制，许多功能不尽完善。新型数据采集分析仪的开发集中了广大试验人员的意见，结合我们多年设备仪器的研发经验并参考了国内外类似器的软硬件特点，扬长避短，我们在系统功能的灵活性、使用可靠性、电源功耗及反向安全保护、软硬件使用操作方便性、结构的紧凑性，以及仪器的体积与重量都进行了细致考虑和设计。系统增加了应变程控放大（代替应变仪）、不同速度A/D 芯片的选择插座、模拟量采集及脉冲技术的系统自检与标定、软件上增加了信号示波器跟踪、文件格式转换接口等重要新功能。这样使该设备还可以作为一个通用的数据采集器，不仅可完成道路试验也可以进行试验室内台架试验的数据采集。
同时，对数据采集仪的使用操作方便性进行了细致考虑和设计：将全部输入信号通道插座放在采集仪面板的左侧，便于试验人员在副驾驶位置操作；使用可拆盖的机箱；电源线采用绞链粘结捆绑可控制长短。
3 采集仪性能及研发方案的确定
3.1 系统的主要技术性能
(1) 试验性能
可完成汽车的经济性、动力性、平顺性、操纵稳定性、振动、制动等常规性能试验；也可作为一个通用的数据采集平台，实现室内台架等现场试验的数据采集。
(2) 主要功能与参数
模拟输入通道：单端16 路（扩展插头32 路），双端8 路（扩展插头16 路）；
脉冲计数通道：5 路，16 位、最高计数频率为1000kHz；
输入插头端子：5 芯航空插头，8 路模拟输入信号并行扩展视频信号插头；
扩展插头：1 个，包含24 路模拟信号、5 路脉冲计数信号；
A/D 转换频率：快速逐次逼近似转换40kHz 及200kHz 两种，通过芯片插座选择；
A/D 分辨率：12 位；
A/D 输入量程：单极性0～10V，双极性-5～+5V；
A/D 系统电压转换精度：1LSB(最低分辨位)/2.44mV；
A/D 输出代码：偏移二进制；
A/D 输入阻抗：10MΩ；
数据交换方式：查询I/O 方式，定时+中断；
系统电源电源及功耗：+12V±5%，电流不大于5A；
接口特性：符合笔记本计算机打印机扩展接口电气和机械特性，占一个插槽，全部接口线为标准LS门输入或输出。
以下是新系统较以往采集仪增加性能。
(3) 内部时钟与外部时钟触发选择功能
根据不同的实验需求，需要用不同的时钟方式，选择采样触发时钟，通过程序控制硬件电路实现选择。
评论