汽車整車或其零部件的道路模擬試驗(yàn)是對(duì)汽車運(yùn)行性能與可靠性進(jìn)行評(píng)估的常用方法，目前已得到了廣泛的應(yīng)用。為獲取汽車道路模擬試驗(yàn)所需的汽車實(shí)際道路運(yùn)行的振動(dòng)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(dòng)便攜、操作方便、連續(xù)記錄、海量存儲(chǔ)的特性。我國(guó)在適用汽車行駛中數(shù)據(jù)采集的便攜式測(cè)試儀的研發(fā)方面進(jìn)展緩慢，目前市場(chǎng)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(jìn)口，但在便攜性和連續(xù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量方面還顯不足。筆者將根據(jù)嵌入式技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的新進(jìn)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(shè)計(jì)新方案。

　　1儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)應(yīng)具有一定的分析能力，以便對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理與分析。根據(jù)這一特點(diǎn)，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(shè)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(yùn)行于ARM處理器的軟件實(shí)現(xiàn)與用戶的交互和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，運(yùn)行于DSP的軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣、實(shí)時(shí)處理與傳輸?shù)裙δ軆x器的軟件采用動(dòng)態(tài)配置，用戶可選擇不同的軟件來實(shí)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(cè)試需求。

　　2硬件設(shè)計(jì)根據(jù)便攜式數(shù)據(jù)采集與分析儀器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)思，系統(tǒng)相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)框圖如所示。

　　2.1信號(hào)輸入與采樣模塊該模塊實(shí)現(xiàn)多路模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)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(gè)通道均有模擬信號(hào)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(shè)計(jì)技術(shù)，信噪比大于100dB.每個(gè)通道同步采樣，采樣頻率根據(jù)實(shí)際測(cè)試需要設(shè)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(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，包括抽取濾波、觸發(fā)采樣、時(shí)域分析、頻域分析等。儀器采用美國(guó)TI公司6000系列32位浮點(diǎn)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(chǔ)。儀器通過彩色液晶觸摸屏來實(shí)現(xiàn)用戶的設(shè)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(chǔ)于儀器所帶的微硬盤中，硬盤具有40G存儲(chǔ)容量，能滿足長(zhǎng)時(shí)間無間隙存儲(chǔ)的需求。儀器的DSP、FPGA軟件存放在微硬盤中，當(dāng)用戶選擇相應(yīng)功能時(shí)，ARM DSP、FPGA實(shí)現(xiàn)儀器多種采集與分析功能，適用于多種應(yīng)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(dǎo)出存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。無線網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，同時(shí)可利用儀器的網(wǎng)絡(luò)功能，將多個(gè)儀器構(gòu)成一個(gè)較大型的測(cè)試系統(tǒng)，芫成更多的測(cè)試任勞。

　　3儀器軟件設(shè)計(jì)由于測(cè)試儀器要實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)采集與分析功能，每個(gè)分析功能對(duì)應(yīng)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(shí)現(xiàn)所有的功能。本系統(tǒng)采用運(yùn)行模式動(dòng)態(tài)配置技術(shù)，儀器功能由ARM處理器實(shí)時(shí)下載，這不但在同一硬件上實(shí)現(xiàn)多種功能，同時(shí)也便于系統(tǒng)的升級(jí)與功能的擴(kuò)展。

　　儀器的軟件層次圖儀器軟件采用分層結(jié)構(gòu)，整個(gè)軟件分為四層，*層主要負(fù)責(zé)與用戶的交互；第二層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、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(dòng)層，負(fù)責(zé)DSP與ARM處理器的通訊；第四層主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信號(hào)采集與處理的算法，由DSP、FPGA實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行于DSP與FPGA軟件由PC機(jī)根據(jù)使用要求實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與分析、連續(xù)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，實(shí)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(yīng)的軟件，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能，達(dá)到了汽車行駛中長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)數(shù)據(jù)采集的目的。

　　儀器應(yīng)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(shè)計(jì)、嵌入式DSP與ARM間的高速數(shù)據(jù)傳輸、軟件動(dòng)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(xiàng)功能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，可以采集存儲(chǔ)汽車行駛中數(shù)小時(shí)至數(shù)十小時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。同時(shí)該儀器也可推廣到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)噪聲測(cè)試，提升了我國(guó)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。