基于LabVIEW的模拟实验数据采集与处理系统开发.doc

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1、 基于LabVIEW的模拟实验数据采集与处理系统开发摘要:目前汽车行业的竞争日趋激烈,缩短新车型开发周期、提高产品竞争力成为各个汽车公司的当务之急,应用汽车道路模拟实验台在室内对汽车整车和零部件进行快速模拟是解决这一问题的有效途径,而道路模拟实验技术是汽车工业领域的重要技术。本文使用NI公司的LabVIEW开发环境,并结合NI PXI-4472板卡开发一个信号采集处理与处理平台,完成了道路模拟实验中道路谱的采集与处理。实验表明,该系统操作简单,且经过处理的信号在一定条件下满足实验需要。关键词:道路模拟实验;信号采集与处理; LabVIEWDevelopmentof simulation dat

2、a acquiring and processing system based on LabVIEWAbstract: The current auto industry competition is becoming increasingly fierce, shortening the development cycle of new models, and raise the competitiveness of products into various automobile companies of the moment Application of the driveway in

3、indoor simulation test bed vehicle and the vehicle for rapid simulation components to solve this problem is an effective way, road simulation is a important technology in the vehicle industry. In this paper, the authoruses the LabVIEW with theNIPXI-4472 to develop asignal acquisition and processing

4、system, which can be used to form the signals of campaign response of the wheels for road simulation. It can be indicated in experiment to frond simulation that the system is operated efficiently, and the signals produced by the system fit the need of the experiment Keywords: road simulation; signal

5、 acquisition and processing; LabVIEW0引言随着社会的发展,汽车行业的竞争日趋激烈,车型更新速度的不断加快,缩短新车型开发周期、提高产品竞争力成为各个汽车公司的当务之急。应用汽车道路模拟实验台在室内对汽车整车和零部件进行快速模拟是解决这一问题的有效途径。室内道路模拟实验就是通过寻找道路实验与室内实验台实验的某种相关性,对整车和零部件的某测试工具与解决方案,这些关键点位进行有针对性的疲劳实验,保证几天或几个星期道路模拟实验在整车或零部件上的累积损伤总量等于在实际道路条件下几年产生的累积损伤总量,使得整车开发在系统上和零部件上的缺陷在早期设计阶段就能被诊断并加以改

6、进和优化。在这种实验中,关键问题就是如何获取准确的信号,并对其进行处理,从而得到满足道路模拟实验的道路谱。为此,在实验中应用道路模拟实验台以加载实际的道路谱信号,模拟实际路面状况,通过测试车辆在振动台上的响应,进行性能分析,指导车辆设计。对作为激振信号的实验台要求精度要高,对车辆运动响应的数据记录要准确,以便进行有效的分析。该实验系统由道路模拟实验平台、相关传感器和数据采集与处理模块等部分组成,数据采集与处理模块是以NI的LabVIEW和该公司提供的数据采集卡为基础开发的。LabVIEW具有编程简单、功能完备的特点,这就为方便的开发一个满足要求且对用户友好的系统提供了保障。为实现信号采集及处理

7、,并考虑各通道信号的同步,采集模块采用NI公司的24位的数据采集卡PXI-4472和SCXI-1001信号调理模块及其他配套设备, PXI-4472具有8路同步模拟采样输入通道,其各通道最大的采样频率可达102. 4 kS/s,无混叠带宽可达45 kHz。基于LabVIEW7. 1的强大功能实现了多通道数据采集、存储及采集后处理,并可将某次实验结果与历史数据绘制在同一曲线图中进行比较,圆满完成了测试和分析任务。1道路模拟实验系统简介及硬件组成图1为道路模拟实验系统的示意图,该系统主要由以下3部分组成:液压振动台、控制柜和采集处理系统。液压振动台采用电液伺服式闭环控制,可以达到较高精度。振动台根

8、据控制柜提供的道路谱使固定于其上的车轮一起作升降运动,模拟车辆在实际路面的行驶状况。控制柜则用于给振动台施加与实际路况相似信号控制振动台的升沉。采集处理系统则用于采集汽车轮轴上的加速度传感器返回的信号,并对采集的信号进行处理从而得到满足要求的信号。图1道路模拟实验示意图实验中所用的硬件为IST公司的电液振动台及其配套的控制柜,美国NI公司PXI-4472 Dynamic signal acquisition card,和SCXI-1001 Signal condition module。所使用传感器为加速度传感器(贴与车轮的轮轴处)。此外为防止传感器返回的电信号过小,在传感器输出端加一个电压放

9、大器,以获取满足实验要求的信号。2道路模拟实验系统的软件架构2. 1数据采集模块数据采集模块是非常重要的一个模块,它的结果正确与否直接影响着数据处理的结果。在本次实验中,仅需采集车轮的响应信号。本文在LabVIEW中开发了多通道信号连续采集程序,可方便实现类似示波器的功能,即连续采集信号,实时显示各通道信号并刷新。为保证数据的连续性,需要采用移位寄存器将先前采集的各通道数据存放在二维数组中,并与当前采集的数据合并送入移位寄存器。采集完成后,由移位寄存器输出至文件存储模块,完成信号存储。2. 2数据处理模块考虑到采集的信号含有一些噪声,采集的各通道信号之间具有一定的相关性等因素均会对道路模拟实验

10、信号产生或多或少的影响,因此需要对采集的信号进行滤波,相关分析等处理。基于LabVIEW强大的信号处理功能并结合信号处理的一些理论,数据处理模块使用了多种滤波函数实现了信号噪声的消除,各通道信号之间的相关分析,同时通过求信号的频响函数,可以使用户能方便地获取信号的幅度谱和相位谱。3程序实现本文编制的采集程序中,信号的存储可以根据用户的要求选用文本格式或电子表格格式,存储文件名由用户自己定义。在采集时,用户可以根据采集的信号不同,手动设置采样频率,而且用户还可以根据自己的需要选择要观察的通道号,实时的看到对应通道信号的变化趋势。同时为保持采集信号的完整性,将每次采样循环获取的信号采用移位寄存器添

11、加到一个二维数组的尾部,这样在采样过程中可以随时停止采样实现对某一时间段的数据进行保存。总信号采集的VI对应的框图如图2所示。它包括手动输入采样频率、实时显示所有通道的数据和数据保存。图2信号采集对应的框图考虑到道路谱信号的多样性和道路模拟实验的不同要求,数据处理程序中提供了多种滤波方法,可方便的满足用户的要求。处理程序中对信号的滤波可选用Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器、椭圆滤波器等,同时还可根据用户的要求在程序中选择滤波器窗口,处理程序提供了三角窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等窗口,用户也可以选择不要进行窗口滤波操作。互相关分析中可以通过手动设置需要进行互相关分析的通

12、道来进行互相关分析。为了便于用户分析信号,数据处理程序还可以根据手动设置需要进行频谱分析的通道产生相应的频谱。数据处理程序的这些功能可以通过LabVIEW提供的Table控件进行直观的分页显示。处理完成后,用户可以存储处理好的信号。此外程序退出时若用户未存储信号,则提示用户进行存储。存储格式为文本文件和电子表格格式。图3为信号处理的前面板。它包括手动输入需要处理的通道号(在原始信号页面下),手动设置需要保存的处理结果。在相关分析分析的页面下可以手动选择设置需要进行自相关或者互相关的通道。图3信号处理对应的FrontPanel4实验验证实验时,本文产生了一个窄带白噪声,模拟实际的道路谱,并将该信

13、号经过控制柜施加到振动台上,使固定于其上的车轮与其根据信号的变化作升降运动,同时在车轮的轮轴上安装4个加速度传感器,并采集其返回的信号,如图4所示。图4加速度传感器传回的信号图5被采集信号经滤波后的效果由图5可以看出,采集的信号经过滤波后,趋势项得到了很好的消除。5结束语与其他软件及硬件系统同步测得的结果进行比较,表明本文编制的系统满足实验要求。通过应用美国NI公司LabVIEW和PXI先进的虚拟仪器技术,在较短时间内成功开发出了基于虚拟仪器的信号采集与处理系统。通过使用先进的数据采集模块和功能齐全的LabVIEW开发环境,道路模拟实验信号采集与处理系统可以方便直观高效的完成车辆道路模拟实验道路模拟信号的采集与处理。文档来源网络，版权归原作者。如有侵权，请告知，我看到会立刻处理。 .