汽車整車或其零部件的道路模擬試驗是對汽車運行性能與可靠性進行評估的常用方法，目前已得到了廣泛的應用。為獲取汽車道路模擬試驗所需的汽車實際道路運行的振動數(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計新方案。

　　1儀器系統(tǒng)設計便攜式數(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，同時應具有一定的分析能力，以便對測試數(shù)據(jù)進行實時的處理與分析。根據(jù)這一特點，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硬件設計根據(jù)便攜式數(shù)據(jù)采集與分析儀器的系統(tǒng)設計構(gòu)思，系統(tǒng)相應的硬件設計框圖如所示。

　　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，當用戶選擇相應功能時，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接口導出存儲數(shù)據(jù)。無線網(wǎng)絡模塊實現(xiàn)遠程通信，同時可利用儀器的網(wǎng)絡功能，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，*層主要負責與用戶的交互；第二層主要負責數(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，負責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)。運行于DSP與FPGA軟件由PC機根據(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)了相應的軟件，實現(xiàn)預期的功能，達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，儀器的各項功能達到了設計要求，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。