基于PC的采集和控制系统该如何去设计？

　　介绍
　　美国西南研究院（SWRI）的工程师正在着手安装和升级一个20世纪80年代的老式大功率动态车辆测试系统，可以复制履带式车辆的道路负载情况，包括转向阻力负载等。长久以来，履带式车辆的检测就有改进的需求了，因为大多数测试设备只能够测试单个组件，如动力部分的发动机、变速箱以及主减速器。而由于不同的天气条件或驾驶员等因素，道路测试车辆会产生不可重复的结果。在可控的环境条件下测试整车的耐久性和性能已显得越来越重要。
　　履带式车辆的动力特性与轮式车辆有着很大的区别。当履带式车辆与其它车辆有相同的道路工况下，它还需要经历“摩擦”载荷 ——车辆转弯时，履带所遇到的摩擦力。在转弯时，当履带转动着推动车辆前进时，履带会沿着地面滑动。很多研究都建立了方程，能够基于车辆几何结构和地面条件，预测克服“摩擦”载荷所需的力矩。
　　硬件
　　我们所升级的测试系统包括两个1250马力的直流测功机（dyno）。它模拟道路负载情况。对于测量被测车辆的速度和转弯半径，我们选择了基于LabVIEW的数据采集系统来升级此系统。我们配置了具有370个数据采集通道的系统来监控测功机，同时监测被测车辆并衡量其性能。感谢SCXI的多路复用技术，采集任务能够在一块多功能数据采集板卡上完成，这块板卡安装在工业PC上。
　　我们使用SCXI经过一些相对简单的设置后便实现了370个通道。SCXI附件的接线端子带有连线接口，让我们能够进行连线以及用手持设备检修故障。虽然公司是不太可能使用所有通道，但他们仍然希望能够拥有很多选择来配置不同的测试任务。
　　我们提供：
　　•48个 K型热电偶输入
　　•48 个J型热电偶输入
　　•96个模拟输入
　　•32个隔离的模拟输入
　　•16个频率输入
　　•42个模拟输出
　　•24个 SPDT继电器输出
　　•32位数字输入
　　•32位数字输出
　　虽然一些通道用于固定的硬件测试任务（控制测功机及其附件），但是用户可以在设置界面上自定义配置大多数通道，包括重命名通道和提供缩放系数。输入通道提供错误检查，上限 /下限报警和警报阈值，而输出通道提供可设置的默认值。当输入超过报警阈值时，所有的输出恢复到指定的默认值。
　　固定的模拟输入通道传感器包括左/右测功机的扭矩、左/右测功机扭矩以及变速箱的温度。固定的数字输入包括油压限位开关、灭火器限位开关、油位开关、油温限位开关、测功机空气温度限位开关，以及测功机气流开关。
　　用户可能会使用通用输入通道监测车辆的温度、压力、液位和速度等各种信号，以及环境条件，如湿度、气压和温度。
　　软件
　　SwRI选择LabVIEW，是因为它能够提供复杂的图形用户界面，能与NI硬件的简单集成，以及其快速开发环境。拥有了LabVIEW，我们就不必依靠那些更复杂的基于文本的编程语言，便能够高效地实现测试系统的复杂要求。
　　我们利用LabVIEW控件大量的显示属性定制自己的图形用户界面。由于此应用程序可能会设计大量通道，在同一屏幕上同时显示所有通道是不可能的；此外，许多通道并不需要在屏幕上看到。通过前面板显示控件的属性节点，操作人员可以将自己需要监视的通道显示在屏幕上指定的位置。我们在设置程序中以可滚动的形式使用数组簇，操作人员可以定义通道的名称和特性。我们使用全局变量来存储所有的系统常量以及将数据从一个子程序传递到另一个。
　　该程序还包含了校准程序，使得技术人员可以监控和调整每个通道的信号，然后将校准参数存储在文件里。我们使用缓存采集，以100Hz的速度读取所有已定义的输入通道所采集的数值。主程序循环以10Hz的速度运行，并进行10点的平均运算，以帮助消除任何噪声信号。该程序每两秒钟将数据保存到文件中一次。此外，它将最近400个的数据点（10Hz速率）保存在循环缓冲区中。在报警时，这个缓冲区中的数据可以帮助诊断什么地方出了错。
　　总结
　　这个系统的开发进展顺利。通过高效利用SCXI模块，使得只需一个DAQ板卡，就可以建成一个极具成本效益的高通道数的数据采集系统。LabVIEW和这些NI硬件产品，提供了方便的软件开发和系统集成。我们的客户期待着使用该系统来测试新的原型测试车。