便攜式數據采集分析儀的研制
加入技術交流群
5 EPP1.9 并行接口總線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，要滿足不同的速度外部設備需要向EPP 并行接口發出一個WAIT 等待信號，主機根據WAIT 等待信號來確定讀寫指令周期的個數。這對于外圍是智能性的設備非常簡單，而對于我們開發的這種非智能化采集板問題則變得復雜了，后來我們采用了“片選即等”的方式設計了一個“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題，這也是本系統的一個關鍵技術所在。
還有，為盡可能減少啟動A/D 所需的執行軟件的時間，完全用硬件電路實現了模擬開關和采集保持電路的自動控制，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數據采集的文獻上還未見報道過。
5.2 系統工作原理
首先，通過軟件對采集接口電路進行初始化，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，通過時鐘選擇電路，選擇系統采樣時鐘是使用系統內部時鐘還是使用外部時鐘。如果是使用內部時鐘，程序還要通過定時計數器進行采樣頻率設定。系統選擇電路的輸出時鐘是通過EPP 接口產生一個中斷信號控制整個系統的采樣頻率，并按著這個速度對轉換數據進行讀取。
對于模擬信號首先是通過程控濾波器進行低通濾波，濾掉高頻干擾噪聲等信號，然后經過采樣保持電路和由自動控制電路控制模擬開關進行不同通道的信號選擇，經過A/D 轉換后結果數據由主機通過EPP并行口經由“數據地址復用”電路讀入到計算機。同理，級聯計數器內的外圍脈沖通道信號的計數值，也是通過“數據地址復用”電路經由EPP 接口讀入計算機的。
6 系統特點及應用
6.1 系統特點
(1) 同一性
創造性地采用打印機并行口作為數據采集系統總線，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保留五年。這樣我們就不必擔心因為筆記本接口問題而影響采集儀的開發和使用。
(2) 通用性
這些設備無論從硬件性能上，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。不象過去即使是能完成這一種試驗的采集儀，不僅軟件操作得學半天還得重做傳感器輸入插頭。
(3) 統一性
實現了全中心自研車載試驗設備的硬件平臺的完全統一，可實現汽車的常規道路性能試驗、臺架等現場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；實現了試驗分析處理標準和方法的統一；實現了分析處理結果數據格式的統一，為實現數據共享、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。由于設備完全是自主開發的，根據特殊試驗要求可對軟硬件進行靈活修改，這是任何進口儀器無法具備的特點。
(5) 開發性
國外設備都是專用的標準化軟件，一般沒有二次開發功能；而我們的系統具有完全開放硬件及程序數據接口，便于系統升級和用戶的二次開發，這也是我們的設備在各試驗研究部門備受歡迎的原因之一。通過在本設備上的開發工作，試驗研究人員，尤其是工作的畢業生、研究生通過開發工作對試驗過程和原理會有深刻認識、對數據分析方法的研究水平會有很大的提高，同時會對解決一些特殊試驗難題帶來方便。
6.2 應用效果
1） 開發成功的21 臺數據采集儀已在整車研究室、試車場、檢測中心、底盤試驗室等部門投入使用。
2） 在近2 年的時間里，該平臺經受了各種汽車試驗、各種路面及海南高溫環境的考驗，得到了這些部門的有關領導和技術人員的肯定和歡迎。一致認為：該系統功能強、可靠性高，在汽車的經濟性、動力性、振動性、平順性、操縱穩定性、ABS 制動性能等試驗方面可替代進口設備。
3） 在集團公司重大質量改進項目“解決CA3118K2B 自卸車方向盤40km/h 抖動”工作中，采用該設備成功地測試分析出是由于傳動軸的中間支撐梁共振而導致方向盤抖動，從而使這一嚴重影響市場和信譽的問題得到了徹底解決。
7 結束語
1） 這次新型便攜采集儀的開發體現了研制者和廣大試驗用戶的集體智慧，將過去五花八門的自制采集儀進行了規范和統一，使我們中心多年的常規道路性能試驗的研究技術和經驗得以優化、提煉和整合。目前這批自主研發的采集儀基本上滿足了全中心的產品質量攻關和技術對標工作。
2） 在研發過程中創新性地使用EPP 并行口開發了結構簡潔、成本低、讀寫性能完全可以與ISA 總線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 年利用該技術又為電氣試驗室開發了車速表壽命試驗變頻掃描信號驅動板。
3） 該平臺性能價格比高，價格僅為進口儀器的1/20，代替了計劃引進的一批車載數據采集儀，如果進口一臺按6 萬美元計算，那么21 臺則節省達120 萬美元。
4）由于USB接口軟硬件技術日益成熟，相應的接口控制器芯片價格日漸降紙，目前我們已經開始了USB接口數據采集儀的研發工作，采集及分析處理。下一代數據采集儀軟件將全部在WINDOW 環境下運行，更多的軟硬件功能會為用戶使用帶來更大的方便，同時使我們的數據采集儀的研發技術真正地與國外的先進技術接軌。
評論