使用NI PXI平臺(tái)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集和仿真設(shè)計(jì)

作者：

Thomas J. Mangliers - DGE Inc.

Edward Frank - DGE Inc.

“我們使用LabVIEW獨(dú)立開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和日志文件工具，我們的系統(tǒng)完全依賴于NI產(chǎn)品的速度和精度?！?- Thomas J. Mangliers， DGE Inc.

挑戰(zhàn)：為發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）開(kāi)發(fā)一個(gè)多路信號(hào)的硬件在環(huán)（HIL）仿真系統(tǒng)，需要系統(tǒng)產(chǎn)生精確定時(shí)的凸輪軸和曲軸波形，并監(jiān)測(cè)點(diǎn)火、噴射和其它定時(shí)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)需要滿足極高的采樣率和非常小的誤差容限。

解決方案：使用NI PXI平臺(tái)和LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)發(fā)一個(gè)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）用以產(chǎn)生和監(jiān)測(cè)復(fù)雜信號(hào)，以精確地模擬運(yùn)行中的發(fā)動(dòng)機(jī)/車(chē)輛環(huán)境，從而進(jìn)行ECU測(cè)試。

DAS的最初目的是模擬車(chē)輛環(huán)境，以便在不方便或不可能使用實(shí)際車(chē)輛或?qū)嶋H發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行ECU測(cè)試。這就需要DAS產(chǎn)生和監(jiān)測(cè)復(fù)雜的定時(shí)信號(hào)，如具有納秒分辨率的凸輪軸和曲軸信號(hào)。

典型的ECU模塊有一個(gè)復(fù)雜的I/O布局。ECU信號(hào)被定義在一個(gè)Excel工作表中，以識(shí)別現(xiàn)有信號(hào)的任何變化。有了這個(gè)工作表，用戶可以勾勒出信號(hào)的名稱、誤差容限和單位，以及使用DAS多階數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換或縮放。用戶不需要改變?nèi)魏蜗到y(tǒng)軟件就可以很容易地增加或刪除典型信號(hào)。

由于誤差容限很小，ECU信號(hào)要求DAS系統(tǒng)能識(shí)別出模塊間的輕微差異與測(cè)試設(shè)置的微小變化。為此，DAS基準(zhǔn)設(shè)置會(huì)記錄指定時(shí)間內(nèi)的所有ECU輸出，來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整用戶的誤差容限以符合當(dāng)前的輸出。有了基準(zhǔn)信息，用戶就可以在測(cè)試過(guò)程中立即察覺(jué)到微小的偏差。

由于系統(tǒng)以如此高的速率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所以記錄每一組讀數(shù)都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。為了管理數(shù)據(jù)，DAS系統(tǒng)生成一份報(bào)告顯示記錄在基準(zhǔn)中的讀數(shù)和任何超過(guò)用戶定義的誤差容限的讀數(shù)。DAS在監(jiān)測(cè)ECU異常情況的同時(shí)，還可以為每一個(gè)獨(dú)立的測(cè)試快速生成一份詳細(xì)的模塊性能報(bào)告。

在測(cè)試過(guò)程中，DAS可以作為一個(gè)EMC測(cè)試的主機(jī)或從機(jī)、臺(tái)式HIL仿真系統(tǒng)、功能測(cè)試器使用，或用于以太網(wǎng)控制與現(xiàn)有測(cè)試控制軟件的簡(jiǎn)單集成。

高速DAS的特征包括以下內(nèi)容：

* 192條數(shù)字I/O通道

* 16條模擬I/O通道

* 任意波形發(fā)生器

* 兩個(gè)CAN端口

* 在Excel電子表格中很容易定義的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)（信號(hào)類(lèi)型、參數(shù)、誤差容限以及更多）

* 用于測(cè)試自動(dòng)化的以太網(wǎng)遠(yuǎn)程指令接口

* 所有信號(hào)的自動(dòng)化模塊基線，以更精確地檢測(cè)系統(tǒng)的異常情況

* 數(shù)據(jù)日志文件創(chuàng)建

* 使用LabVIEW開(kāi)發(fā)的日志文件工具產(chǎn)生數(shù)據(jù)報(bào)告、測(cè)試總結(jié)和在Excel中用圖表表示

* 定時(shí)信號(hào)顯示

使用NI PXI平臺(tái)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集

National Instruments產(chǎn)品是我們系統(tǒng)的核心。NI為我們的DAS系統(tǒng)提供所有的I/O，包括復(fù)雜信號(hào)產(chǎn)生、高速采集和車(chē)輛總線仿真和監(jiān)測(cè)。我們使用LabVIEW獨(dú)自開(kāi)發(fā)了DAS和日志文件工具，我們的系統(tǒng)完全依賴于NI產(chǎn)品的速度和精度。我們無(wú)法為我們的應(yīng)用使用標(biāo)準(zhǔn)的采集卡，這是由于ECU信號(hào)需要精確的定時(shí)。我們改為選擇使用NI R系列智能現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）DAQ模塊，來(lái)提供具有復(fù)雜定時(shí)的波形和仿真的傳感器輸出。NI PXI-7831R和PXI-7833R R系列智能DAQ模塊也使得我們能以更高的采樣率采集以及實(shí)時(shí)的ECU輸出信號(hào)。

DAS數(shù)據(jù)處理是我們所面臨的另一個(gè)問(wèn)題。我們的解決方案是，使用LabVIEW中固有的并行處理機(jī)制開(kāi)發(fā)一個(gè)日志文件工具，并使用一個(gè)多核的應(yīng)用程序，充分利用主機(jī)的全部運(yùn)算能力來(lái)處理我們的數(shù)據(jù)。

使用National Instruments平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

該DAS系統(tǒng)在正常的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下而不用在專(zhuān)門(mén)的整車(chē)實(shí)驗(yàn)室里，就可以使用現(xiàn)成的工具進(jìn)行測(cè)試，大大減少了我們客戶的成本。因?yàn)樵揇AS可以監(jiān)測(cè)和控制所有的ECU信號(hào)，所以我們一次就完成了測(cè)試，而之前客戶的舊采集系統(tǒng)因?yàn)榭捎猛ǖ罃?shù)有限，需要多次測(cè)試?，F(xiàn)在用戶可以在短短三個(gè)星期里完成測(cè)試流程，而采用舊的采集系統(tǒng)則需要三個(gè)月。

由于系統(tǒng)以如此高的速率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所以記錄每一次讀取會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。

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