（电力电子与电力传动专业论文）基于labview的汽车线束检测系统的设计与实现.pdf

上海交通大学硕士论文 摘要 ii 编辑线束、功能设置等软件主要界面进行介绍，主要介绍了各界面的 功能，对某些重点功能的实现也进行了详细讲解；对于测试等功能进 行了说明，给出了程序设计的具体流程；同时也介绍了 labview 软 件程序生成可执行文件和安装文件的具体步骤。 本线束检测系统功能强大，最多能够支持到 8192 个线束点，能 够完成线束的断路、短路、误配、二极管检测和气密测试；附加的模 块库导入导出，自学习导入和 excel 导入等功能，减小了用户的工作 量；采用数据库技术对数据进行存储，也方便了用户的查找和对数据 的移植。 关键词：关键词：线束检测，虚拟仪器，数据采集，labview 上海交通大学硕士论文 摘要 iii reasearch and realize of wiring harness detection system based on labview abstract at present, wiring harness detection system provided by domestic and foreign companies has got applied, but there still exist some faults in these systems, either too simple in function or too expensive to widely use. therefore the development of high-performance automobile wiring harness detection system has a major significance on chinas automotive industry, it can improve automobile safety while at the same time bring better economic benefits. at the beginning of this thesis, the situation and characteristics of domestic and foreign wiring harness detection system is presented. according to this, a new structure based on labview is proposed. in this project, computer is used as the host system, labview is used for pc software design, database technology is used for mass data processing, virtual instrument technology is used for data acquisition, avr atmega64 is used as cards hardware core, pci bus is used for communication. in the rest of this thesis, the implementation detail of wiring harness detection system is presented. the theoretical foundation of system design is given firstly, including virtual instrument, data acquisition, etc. 上海交通大学硕士论文 摘要 iv then, the overall system architecture is introduced and the main modules are described, as well as an analysis of hardware and software design. next, the thesis describes the hardware design, mainly introduces bus communication circuit, memory circuit, single-chip circuit, drive circuit, digital-analog conversion and compare circuit on the data acquisition card and detection circuit, additional circuit on the detection card. then, the thesis introduces the pc software design. software needs analysis is introduced at first in this chapter. the details of software is clarified to the following parts: main interface of system, harness selecting, module library editing, test bed editing, wiring harness editing and system setting. main point is the function of these interfaces and the realization of some key features. for detecting and some other functions, the specific program design process is given. at the end of software design, the thesis introduces how to generate executable file and installation file. this wiring harness detection system can support 8192 points, it can detect open circuit, short circuit, mispairing, diode and gas tight. its additional function reduces the workload of users and makes this system useful. key words：wire harness test, virtual instrument, data acquisition, labview 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：熊 昊 日期：2009 年 2 月 2 日 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：熊 昊 指导教师签名：佘 焱 日期：2009 年 2 月 2 日 日期：2009 年 2 月 2 日 上海交通大学硕士论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论第一章 绪论 1.1 引言引言 线束是指由铜材冲制而成的接触件端子与电线电缆压接后， 外面再塑压绝缘 体或外加金属壳体，以线束捆扎形成连接电路的一种组件1。现代社会中，各种 带有电子控制的设备都使用线束将各部件连成一个整体， 线束已经成为产品的部 件。为了保证线束安全可靠地使用，必须按产品标准在线束生产线上或者用户使 用前，对其进行严格的检测，以便及时发现和剔除短路、断路和误配线等不合格 产品。 汽车线束是汽车电路的网络主体，没有线束也就不存在汽车电路。可以说汽 车线束是汽车内部最关键的部件之一，其质量和可靠性对汽车质量关系重大，具 有举足轻重的影响。 如果汽车失效， 就会造成信号传递失效， 功能设备失去作用； 或者接触电阻过大发热失火；或短路失火；或绝缘层失效漏电，因而检测汽车线 束的性能好坏就变得十分重要2。 线束越来越复杂，对质量的要求也越来越高，这对线束检测手段提出了更高 的要求。以往的手动等落后的手段已经不能适应线束的发展。随着计算机测试系 统在工业控制领域中的广泛应用，线束检测也出现了新的方式。 1.2 线束检测系统的国内外现状线束检测系统的国内外现状 1.2.1 国内线束检测系统的现状和特点国内线束检测系统的现状和特点 国内线束生产厂家大部分使用的都是国外研制开发的线束检测仪， 而国内线 束测试仪生产厂家开发出来的线束检测仪基本都是借鉴国外同类产品而生产。 这 类仪器检测速度慢，算法简单，存储容量有限，无法实现对不同车型的线束进行 检测，且检测结果只能在有限尺寸的 lcd 上显示出来。在功能上，一般只能检 测线束的短路和断路，很少能进行误配的检测，也没有二极管检测功能，且支持 上海交通大学硕士论文 第一章 绪论 2 的点数一般不超过 1024。总的来说，国内线束检测仪功能单一，可靠性低。 国内主要线束检测仪的性能特点如下3： 1重庆扬剑公司的线束检测仪 yj-iii 1）可进行 512 测试点测试； 2）线束常规开路、短路、错配测试； 3）二极管测试 4）自学习功能 5）lcd 显示检测信息 2青岛三元汉纳电子有限公司在研究国际上目前最先进的同类仪器基础上 推出了 sy 系列检测仪，广泛应用于汽车线束、家庭线束的生产检测，有 sy1200-10、sy1600-10、sy2600-10 四种系列产品，他们的性能特点如下： 1）检测点数为 192-960 点任选； 2）能检测线路中的断路、断路； 3）表格显示每条线路回路的正确与错误状态； 4）能对系统进行自检，若有故障，能显示出故障位置； 5）自学习编程功能； 6）测试接口模块互换式设计，可以继续增加新的线束测试接口。 1.2.2 国外线束检测系统的现状和性能特点国外线束检测系统的现状和性能特点 国外已经研制和生产出以微机为主体的线束总成微机检测仪。近年来，日本 耐可公司相继研制出多种新型的线束导通测试仪，配上相应的检测工装，一次插 合后通过仪器内部数字逻辑电路，即可十分方便、准确、迅速地进行线束导通测 试。现已被航天、航空、交通、通讯、计算机、家电等很多行业选用。 耐可公司的主要产品有 ec-30、ec64、ec128 系列导通检测仪，以上三个 型号导通仪的用户遍布全国各地，尤其是广东、江苏、浙江等沿海地区的线束生 产厂商选用的最多。他们能够检测线束是否导通，判断是否存在断路、短路和误 配等失效现象。特别适用于生产线上的在线工艺筛选3。 ee-30 是目前在生产线上应用最广泛的超小型、高性能、多功能线束导通检 测仪。可以检测 60 个点之内任意配线形式。仪器具有 10 个样本的记忆功能，把 上海交通大学硕士论文 第一章 绪论 3 复杂的线路准确完整的纪录下来。可分别对 10 个记忆样本取名，即使电源被切 断也不影响内存，检测中若断电，再次接通后便可继续检测。检测结果由指示灯 和警铃来提示，布线内容和所发生的故障均由液晶画面显示，还可以与打印机连 接打印检测结果。仪器具有自检功能，判断仪器是否正常。ec-64 可以检测 128 点、64 回路范围内的线束。可单台使用或二、三台并联使用，最多增加检测点 数至 384 点（192 回路） 。ec128 可检测 256 点，128 回路范围内的线束。这两个 型号仪器可以记忆 32 个样本。 用不同的显示灯和声音来提示检测结果合格与否， 故障内容在显示窗口显示。根据用户需要通过 rs-232 可连接电脑。与 ee-30 一 样，仪器也具有自检和外接打印机功能。 nm-super point 检测仪是外接计算机使用应用软件进行控制的，特别适 用于汽车线束电路、印刷电路板、配电盘、控制器等复杂多芯线束的导通检测。 它能自动读出配线内容，显示正在检测的数据内容。显示不合格数据内容可按断 路、 短路、 误配线与其它分类纪录， 还可查看检测数据历史纪录。 除画面显示外， 也可以打印不合格数据。单台仪器检测点数为 512 点，仪器内部有自检功能。 综上可知，国外的线束检测系统的发展远远领先于国内。 1.3 课题的来源和研究目的课题的来源和研究目的 目前为了适应市场的快速发展， 线束生产厂商要有与之配套的快速高效准确 的检测系统来保证产品的质量， 传统的手工逐点搭接检测方式已经满足不了市场 的需求，国外进口线束检测仪价格昂贵不能普及，所以开发我们自己的汽车线束 检测系统是市场的需要。 作者在开题以后，查阅了相关的资料，参观并使用了几种线束检测仪，也向 线束生产企业的工作人员了解线束检测仪的使用情况， 以便进一步了解市场上使 用的线束检测仪的不足之处。对于当前的线束检测系统来说，作者认为还是非常 有必要花更大的精力去发展和改进的。基于开题后对大量相关资料的研究和思 考，对当前线束检测系统状况的认真分析，从系统的整体上研究和探讨线束检测 系统的有关问题，从而进一步确定了本课题的研究内容和实现方式。 最终，在经过反复论证分析后，本系统采用计算机作为上位机系统，使用 labview 进行上位机软件设计，利用数据库技术对海量数据进行处理，使用虚 上海交通大学硕士论文 第一章 绪论 4 拟仪器技术进行数据采集，使用功能强大的 avr atmega64 单片机作为下位机 硬件核心，利用 pci 总线实现上下位机的通信。 本课题的研究目的和目标为： 在当前已经应用的线束检测系统的基础上，解决系统中存在的一些问题，改 进系统结构，优化系统性能，同时增加用户需要的附加功能，开发出能满足线束 生产厂家实际需要的、 具有完全自主知识产权的、 实用的、 新一代线束检测系统。 本课题研究的主要内容有： 了解并研究线束检测的基本原理， 研究国内外目前线束检测系统的现状、 检测算法和软件设计。 研究 ni 公司的 labview 软件以及用户界面设计方面知识，使用 labview 设计出有着简洁、友好同时又易于操作的用户界面的上位机软件。 研究数据库访问技术，实现 labview 与数据库的互连，在此基础上使 上位机软件操作简便，功能更加强大。 4完成数据采集卡及导通检测电路的硬件设计，利用 pci 芯片实现上下位 机的通信。 5研究高效的扫描检测算法，使系统的检测速度更快。 6最终完成基于 labview 的汽车线束检测系统，使其能够实现线束编辑， 数据库访问，与数据采集卡通信，同时能够高速有效地对扫描结果处理，完成线 束检测、二极管检测等主要功能和系统自检、自学习、临界电阻，线束样本存储 等附加功能。 1.4 论文的主要内容论文的主要内容 本论文的主要任务是设计和现实线束检测系统，包括上位机软件和检测板 卡。上位机软件使用 ni 公司的 labview 软件，结合 microsoft 公司的 access 数据库开发，检测板卡包括两部分，数据采集卡和解码电路；数据采集卡使用 avr 公司的 atmega64 单片机作为核心，使用南京沁恒公司的 ch365 pci 芯片 实现与上位机的连接； 导通检测电路使用 74 系列的 138 和 4051 芯片实现信号的 解码。 论文的内容构成如下： 上海交通大学硕士论文 第一章 绪论 5 1第一章为绪论，描述线束检测系统的国内外现状，本课题的研究目的和 内容。 2第二章介绍线束检测系统理论基础。 3第三章介绍线束检测系统的总体设计，线束检测系统板卡的总体设计和 上位机软件的方案设计。 4第四章介绍线束检测系统的硬件设计，包括数据采集卡的设计和导通检 测电路设计。 6第五章介绍线束检测系统的上位机软件设计，包括 labview 软件的介 绍，使用 labview 进行界面设计和系统主要功能模块的实现。 7第六章是对全文的总结，分析系统不足之处，对今后工作方向和前景的 展望。 上海交通大学硕士论文 第二章 线束检测系统的理论基础 6 第二章第二章 线束检测系统的理论基础线束检测系统的理论基础 2.1 线束的失效模式线束的失效模式 线束故障产生原因有以下几个方面4： （1）自然损坏。电线束使用超过了使用期，使电线老化、绝缘层破裂、机 械强度显著下降，从而引起电线之间的短路、断路等，造成电线束烧坏。线束端 子氧化、变形，造成接触不良等，会引起电气设备不能正常工作。 （2）由于电气设备的故障造成电线束的损坏。电气设备发生过载、短路等 故障，都有可能引起电线束损坏。 （3）人为故障。装配或者检修汽车零部件时，金属物体将电线束压伤，使 电线束绝缘层破裂；电线束位置不当；电气设备的引线位置错误等。 用两个端子五根线束的模型来举例说明线束故障的几种失效模式。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 ab (a)normal 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 ab (b)short 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 ab (c)open 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 ab (d)mismatch 图 2-1 线束正常连接及失效模式图 fig.2-1 normal and invalid modes of the wiring harness 如图 2-1 所示，a 图为正常连接状态。当线束中出现故障时，有以下几种故 障类型：b 图为短路模型，其中第一条线和第二条线短路；c 图为断路模型，其 中第二条线断路；d 图为误配模型，第一条线和第二条线之间误配。线束检测系 统就是要检测出以上各种故障状态。 上海交通大学硕士论文 第二章 线束检测系统的理论基础 7 2.2 线束检测的工作原理线束检测的工作原理 图 2-2 线束检测工作原理图 fig.2-2 principal diagram of the wiring harness test 线束检测的工作原理如图 2-2 所示。其中 k1、k2、k3、k4为开关。控制对 开关和信号的输入可以实现线束的检测。分以下几种情况讨论： 1导线检测。对于导线，只需进行单向检测。 (1). 被检导线为通路。以左端控制电路输出信号为例，左端控制电路发出高 电平，同时打开 k1、k4，闭合 k2、k3，因为导线为通路，所以右端控制电路得 到高电平输入。 (2). 被检导线为断路。与上述检测方法相同，因为导线断路，高电平无法通 过，在下拉电阻的作用下，右端控制电路输入为低电平。 2二极管检测。根据二极管正向导通，反向截止的特性，需要对二极管两 端都发出并接收控制信号。以上图中二极管方向为例，首先由左端控制电路发出 高电平，同时打开 k1、k4，闭合 k2、k3，由于对于此信号是经过二极管正向， 可以导通，从而右端控制电路得到高电平输入；然后右端控制电路发出高电平， 同时打开 k2、k3，闭合 k1、k4，由于此信号是经过二极管反相，信号截止，从 而左端控制电路在下拉电阻的作用下检测到低电平输入。 对于导线误配的检测，结合图 2-1（d） ，若对 a1 点发高电平，发现 b1 点 输入为低电平，b2 点输入为高电平；同样，若对 a2 点发高电平，发现 b1 点输 入为高电平，b2 点输入为低电平，说明 a1-b2 和 a2-b1 形成通路，即误配。 上海交通大学硕士论文 第二章 线束检测系统的理论基础 8 2.3 虚拟仪器技术虚拟仪器技术 2.3.1 虚拟仪器介绍虚拟仪器介绍 在现代科技发展的过程中， 不断创新的计算机技术从各个侧面影响着不同领 域技术的发展模式。虚拟仪器是在 20 世纪后期随着计算机水平和软件技术的迅 速进步而出现并发展起来的有别于传统仪器的新概念。 虚拟仪器(virtual instrument，简称 vi)技术突破了传统电子仪器以硬件为主 体的模式，将日益普及的计算机技术与传统的仪器仪表技术结合起来，使用户在 操作计算机时，如同在操作自己定义的仪器，可以方便灵活地完成对被测试量的 采集、分析、判断、显示及数据储存等，是一种基于计算机虚拟原型系统的全新 的科学研究和工程设计方法， 是除理论与实物实验之外的第三种研究设计手段和 形式。虚拟仪器技术充分利用了最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功 能。 虚拟仪器经历了由模拟仪器、带 gpib 接口的智能化仪器到全部可编程虚拟 仪器的发展历程。虚拟仪器发展至今可以大致分为 3 个阶段：基于计算机技术来 提升传统仪器功能阶段；内在标准统一阶段和虚拟仪器软件封装及组合阶段。 2.3.2 虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器与传统仪器的比较5 传统仪器主要依赖不同功能的硬件设备来完成实验， 由于硬件功能的单一和 固定，实验仪器的功能受到限制。虚拟仪器的核心是软件，用户根据实验要求编 写和重组软硬件系统模块， 可以大幅提升和扩展仪器功能， 满足实验的不同要求。 可以看出，基于计算机软硬件发展水平、基于软件自定义来实现和扩展仪器功能 等虚拟仪器的开放式特点，使得虚拟仪器和传统意义上的仪器存在很大差别。 上海交通大学硕士论文 第二章 线束检测系统的理论基础 9 表 2-1 虚拟仪器与传统仪器的比较 虚拟仪器 传统仪器 开发和维护费用低 开发和维护费用高 技术更新周期短（0.5-1 年） 技术更新周期长（5-10 年） 软件是关键 硬件是关键 价格低 价格昂贵 开放灵活与计算机同步，可重用和重配置 可重用率低 可用网络联络周边各仪器 只可连有限的设备 自动化、智能化、远距离传输 功能单一，操作不便 从表 2-1 中可以看出，与传统仪器相比，虚拟仪器具有绝对的优势，决定虚 拟仪器具有传统仪器不可能具备的特点的根本原因在于“虚拟仪器的关键是软 件” 。 虚拟仪器技术有四大优势：一是性能高，虚拟仪器实在 pc 技术基础上发展 起来的，所以完全“继承”了以现用即成的 pc 技术为主导的最新商业技术的优 点，包括功能超卓的处理器和文件 i/o，使数据在导入磁盘的同时就能实时地进 行复杂的分析；二是扩展性强，在虚拟仪器技术中，只需要更新计算机或者测量 硬件， 就能以最少的硬件投资和极少、 甚至无需软件上的升级即可改进整个系统； 三是开发时间少，在驱动和应用两个层面上，高效的软件架构能与计算机、仪器 仪表和通讯方面的最新技术结合在一起， 在方便操作的同时提供高灵活性和强大 的功能，使用户能够轻松地配置高性能、低成本的测量和控制解决方案；四是出 色的集成，虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念，虚拟仪器软件平 台为所有的 i/o 设备提供了标准的接口， 帮助用户轻松地将多个测量设备集成到 一个系统中，减少了任务的复杂性。 上海交通大学硕士论文 第二章 线束检测系统的理论基础 10 图 2-3 虚拟仪器的集成 fig.2-3 integration of virtual instrument 2.3.3 虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点5 虚拟仪器是计算机技术和仪器测量技术结合的产物， 它充分利用了计算机强 大的运算处理功能，突破了传统仪器在数据处理、显示、传输、存储等方面的限 制。目前，基于 pc 的 a/d 及 d/a 转换，开关量输入、输出，定时计数的硬件 模块，在技术指标及可靠性等方面已相当成熟，而且价格低廉。常用传感器及相 应的调理模块也趋向模块化、标准化，因而减少了硬件的重复开发，这使得使用 者可以方便地对其进行硬件维护、功能扩展和软件升级。 虚拟仪器的特点如下： 具有可变性、多层性、自助性的面板 虚拟仪器的面板可以做到与传统仪器一样， 可以有显示器显示波形， 有 led 指示数字，有指针式的表头指示刻度，有旋钮、滑动条、开关按钮，有报警指示 灯和声音等。而虚拟仪器的优越之处在于传统仪器面板上的元器件是硬件，是由 厂商设计确定的，不可改变地安装在专用的面板上。而虚拟仪器的面板由计算机 的显示器构成，面板上的各种显示控制元件是软件图库中的各种功能图形，由用 户设计面板，调用图形块，用户可以不受“标准件”和“加工工艺”限制，随意 增、删、移动元器件，变化尺寸、色彩等。还可以制作多层下拉面板、帮助文件 等，做出远远超过传统仪器的全汉化、生动美观、界面友好的面板。 上海交通大学硕士论文 第二章 线束检测系统的理论基础 11 强大的信号处理能力 用适当的硬件接口电路，对信号进行采集、放大、滤波、隔离、a/d 转换后， 虚拟仪器就可以灵活、充分地利用通用计算机的大量实用软件工具，对信号进行 各种计算、分析、判断、处理、图形或数字显示，经过 d/a 转换后控制执行器 件的动作。 虚拟仪器的功能、性能、指标可由用户定义 可以根据用户的不同要求对同一仪器的功能、性能、指标进行修改或增删， 彻底打破了传统仪器一经设计、制造完成后，其功能、性能、指标不可改变的封 闭性、单一性。另一方面也可以将多种仪器的功能、性能、指标等以软件的形式 集成在一个“功能软件库”虚拟仪器库内，通过它们的不同组合以及与各种 不同类型的硬件接口搭配， 使得在一台个人计算机就可以实现各种仪器的不同功 能，大大提高了仪器功能的灵活性，甚至可以进行非常复杂的测试工作。 具有标准的、功能强大的接口总线、板卡及相应软件 gpib 通用接口总线（general purpose interface bus）又称 ieee488 国际标准 接口总线，三十年来广泛应用于仪器领域。但是只适用于消息级器件的互操作， 不适用于寄存器级器件。vxi 总线 1987 年被首次推出，迅速成为 ieee1155 国 际标准。vxi 硬件的通用性，使任意厂家、各种类型仪器接口不会发生电气和机 械方面的冲突。vxi 总线的开放性，保证任何系统一旦建立，将来仍能得到很好 的应用。vxi 能保持每个仪器之间精确定时和同步，具有 40m bytes/s 的高数据 传输率。 vxi 模块化仪器被认为是虚拟仪器最理想的硬件平台， 是仪器硬件的发 展方向。此外，还有 visa、pci 等标准 i/o 卡及其相应的驱动程序库，这些都 为虚拟仪器的数据采集和控制提供了强大的支持。 虚拟仪器具有开发周期短、成本低、维护方便、易于应用的特点 这些特点决定了应用“虚拟仪器技术”可以快速、低成本地开发出具有相当 大柔性的仪器，并且这种仪器便于维护和升级。 2.3.4 虚拟仪器的分类虚拟仪器的分类 虚拟仪器的分类方法有很多种，但随着微机的发展和采用总线方式的不同， 虚拟仪器大体可分为以下五种类型6。 上海交通大学硕士论文 第二章 线束检测系统的理论基础 12 第一类：pc 总线插卡型虚拟仪器。这种方式借助于插入计算机内的板 卡（数据采集卡、图像采集等）与专用的软件，如 labview、labwindows/cvi 或通用编程工具 visual c+和 visual basic 等相结合，可以充分利用计算机的总 线、机箱、电源及软件的便利。该类虚拟仪器曾有 isa 总线与 pci 总线两大品 种，但目前 isa 总线的虚拟仪器已经基本淘汰，而 pci 总线的虚拟仪器广为应 用。 第二类：gpib 总线方式的虚拟仪器。gpib 也称 hpib 或 ieee488 总线，最 初是由 hp 公司开发的仪器总线。该类虚拟仪器可以说是虚拟仪器早期的发展阶 段，它的出现使电子测量由独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展。典 型的 gpib 系统由一台 pc 机、 一块 gpib 接口卡和若干台带有 gpib 接口的仪器 通过 gpib 电缆连接而成。在标准情况下，一块 gpib 接口卡可以连接多达 14 台仪器，电缆长度可达 40m。gpib 技术可用计算机实现对仪器操作和控制，替 代传统的人工操作方式； 可以很方便地把多台仪器组合起来， 形成自动测量系统。 gpib 测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于晶确定要求高 的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。 第三类：并行口式虚拟仪器。最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测 试装置，把仪器硬件集成在一个数据采集盒内。仪器软件装在计算机上，通常可 以完成各种测量、测试仪器的功能，如可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、 逻辑分析仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、 数据记录仪和数据采集器。美国 link 公司的 dso-2xxx 系列虚拟仪器，其最 大好处是可以用笔记本计算机相连，方便野外作业；又可与台式计算机相连，实 现台式和便携式两用，非常方便。由于其价格低廉、用途广泛，特别适合于研发 部门和各种教学实验室应用。 第四类：pxi 总线方式虚拟仪器。pxi 总线方式是在 pci 总线内核技术基础 上增加了成熟的技术规范和要求形成的，包括多板同步触发总线的技术，增加了 用于相邻模块的高速通信的局域总线。pxi 具有高度可扩展性。pxi 具有 8 个扩 展槽，通过使用 pci-pci 桥接器，可扩展到 256 个扩展槽。对于多机箱系统，现 在则可利用 mxi 接口进行连接，将 pci 总线扩展到 200m 远。而台式机 pci 系 统只有 3-4 个扩展槽。把台式 pc 的性能价格比和 pci 总线面向仪器领域的扩展 上海交通大学硕士论文 第二章 线束检测系统的理论基础 13 优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平台。 第五类： vxi 总线方式虚拟仪器。 vxi 总线是一种高速计算机总线vme 总线在 vi 领域的扩展。 它具有稳定的电源、 强有力的冷却能力和严格的 rfi/emi 屏蔽。由于它的标准开放，结构紧凑，数据吞吐能力强，定时和同步精确，模块 可重复利用，还有众多仪器厂家支持的优点，很快得到广泛的应用。经过十多年 的发展，vxi 系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系 统以及对速度、精度要求高的场合，并有其他仪器无法比拟的优势。然而，组建 vxi 总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。 此外，还有大量用于笔记本的机遇 pcmcia 总线的虚拟仪器系统和基于 usb 的方便插拔的虚拟仪器系统，基于网络的虚拟仪器系统的发展也很迅猛。 2.4 数据采集系统数据采集系统 数据采集7（data acquisition，daq）是指从传感器和其他待测设备等模拟 或数字被测单元中自动采集信息的过程。 数据采集系统是结合基于计算机的测量 软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。一个完整的 daq 系统包括 传感器或变换器、信号调理设备、数据采集和分析硬件、计算机、驱动程序和应 用软件等。当然，很多设备制造商已经把传感器、信号调理甚至 daq 卡集成为 标准的设备，这种情况下用户不再需要考虑传感器、信号调理和 daq 卡，而只 需考虑如何与硬件设备通信以及如何开发上层应用程序。 传 感 器 信 号 信 号 调 理 d a q 卡 pc 及 软 件 图 2-4 典型的数据采集系统 fig.2-4 typical daq system 下面分别对传感器、信号调理、daq 卡、pc 及软件的功能进行简要介绍： 1传感器。传感器感应物理信息并生成可测量的电信号。常见的信号类型 有 5 类，其中模拟信号包括直流（dc）信号、时域信号和频域信号；数字信号 上海交通大学硕士论文 第二章 线束检测系统的理论基础 14 包括通断和脉冲序列两种类型。但这 5 种信号并不互相排斥，它只是电信号的 5 种测量角度而已。对同一个信号可以采用多种测量角度。 2信号调理。从传感器得到的信号可能会很微弱，或者含有大量噪声，或 者是非线性的等，这种信号在进入采集卡之前必须经过信号调理。信号调理的方 法主要包括放大、衰减、隔离、多路复用、滤波、激励和数字信号调理等。 3数据采集设备。通过信号调理后的信号就可以与数据采集设备连接了。 通常情况下数据采集设备是一个数据采集卡，与计算机的连接可以采用多种方 式。数据采集设备支持的总线类型包括 pci、pci express、pxi、pcmcia、usb 等各种总线。数据采集卡的功能包括模拟输入、模拟输出、数字 i/o、触发采集 和定时 i/o。 4pc 及软件。软件使 pc 与数据采集硬件形成了一个完整的数据采集、分 析和显示系统。没有软件，数据采集硬件是毫无用处的。软件分为驱动程序和上 层应用程序。驱动程序可以直接对数据采集硬件的寄存器编程，管理数据采集硬 件的操作并把它和处理器中断、dma 和内存这样的计算机资源结合在一起。一 般来说，硬件厂商都会提供驱动程序。上层应用程序用来完成数据的分析、存储 和显示等。labview 就是一个极佳的开发上层应用程序的开发平台。 2.5 pci 总线技术总线技术8-11 2.5.1 pci 总线概述总线概述 90 年代，随着图形处理技术和多媒体技术的广泛应用，在以 windows 为代 表的图形用户接口（gui）进入 pc 机后，要求计算机具有高速的图形描绘能力 和 i/o 处理能力。这不仅要求图形适配卡要改善其性能，也对总线的速度提出了 挑战。原有的 isa、eisa 已远远不能适应要求，成为整个系统的主要瓶颈。因 此对总线提出了更高性能的要求，促进了总线技术的进一步发展。 pci 总线概念首先由 intel 公司提出， 后经过 ibm、 compaq、 ast、 hp、 nec 等 100 多家公司共同努力不断改进。它可以支持 64 位数据传送、多总线主控和 线性突发方式，其数据传输率为 132mb/s。pci 总线之所以能发展，其动力之一 是 gui 的高速发展，高性能的图形界面操作系统对总线性能提出了更高的要求。 上海交通大学硕士论文 第二章 线束检测系统的理论基础 15 另一因素在于它可以降低系统成本。 用大量面向 pci 总线的处理芯片来构造系统 及、工作站、外围设备及板卡，其性能优越，处理能力和传输速度都很高。 2.5.2 pci 总线特点总线特点 pci 是先进的高性能局部总线，可同时支持多组外围设备，为中央处理器及 高速外围设备提供一座桥梁，提高数据吞吐量。它采用高度综合化的局部总线结 构，可确保电脑部件、附加卡及系统之间的动作可靠，并能完全兼容现有的 isa/eisa/micro channel 扩充总线。今天，它已经取代 isa 总线的主导地位，成 为微型计算机系统总线的主流。 pci 总线主要有以下一些特点： 1 具有地址数据多路复用的高性能的 32 位或 64 位同步总线，总线引脚数 目和部件数量少，降低了成本及布线的复杂度。 2 pci 总线支持线性突发传输模式，确保了总线不断满载数据进行高速传 输。 3 pci 总线的设计是独立于处理器的，它具有严格的总线规范和良好的兼 容性，pci 扩展卡可以插入任何符合 pci 规范的微机和工作站系统中，方便的进 行硬件移植，目前 pci 己成为嵌入式系统的局部总线之一。 4 隐蔽的总线仲裁，减小了仲裁开销。 5 极小的存取延迟，采用总线主控和异步数据转移操作。 6 pci 提供数据和地址奇偶校验功能，保证了数据的完整性和准确性。 7 pci 总线与 cpu 的时钟频率无关，它能支持多个外设，设备间通过局部 总线可以完成数据的快速传递，有效解决了数据传输的瓶颈问题。 8 pci 对扩展卡和元件能够进行自动配置，实现设备的即插即用。由于使 用方便，灵活，产品寿命长，所以 pci 总线产品与其他总线标准相比具有巨大的 优越性和更为广阔的应用前景。 2.5.3 pci 总线的系统结构总线的系统结构 在一个 pci 系统中可以做到：高速外部设备和低速外部设备共存、pci 总线 与 isa/eisa 总线并存。 上海交通大学硕士论文 第二章 线束检测系统的理论基础 16 典型的采用 pci 总线的计算机系统结构如图 2-5 所示。 图 2-5 典型的采用 pci 总线的计算机体系结构 fig.2-5 typical pc structure based on pci bus 在图中可以看到，处理机/cache/存储器子系统经过一个 pci 桥连接到 pci 总线上。此桥提供了一个低延迟的访问通路，从而使处理器能够直接访问通过它 映射于存储器空间或 i/o 空间的 pci 设备， 也提供了能使 pci 主设备直接访问主 存的高速通路。同时该桥也能提供数据缓冲功能，以使 cpu 与 pci 总线上的设 备并行工作而不必相互等待。另外，桥可使 pci 总线的操作与 cpu 总线分开， 以免相互影响。总之，桥实现了 pci 总线的全部驱动控制。 2.6 数据库访问技术数据库访问技术 ado （activex data objects） 是微软公司公司提供的一种数据库访问技术12。 ado 从原来的 microsoft 数据接口远程数据对象（rdo）而来。ado 的主要优 点是易于使用、高速度、低内存支出和占用磁盘空间较少。ado 支持用于建立 基于客户端/服务器和 web 应用程序的主要功能。 ado 通过编程模型实现对数据库的操作。编程模型是访问和更新数据源所 必需的操作顺序，它概括了 ado 的全部功能。编程模型意味着对象模型，即响 应并执行编程模型的“对象”组。对象拥有“方法” ，方法执行对数据进行的操 作；对象拥有“属性” ，属性指示数据的某些特性或控制某些对象方法的行为。 与对象关联的是“事件” ，事件是某些操作已经发生或将要发生的通知。 上海交通大学硕士论文 第二章 线束检测系统的理论基础 17 ado 提供执行以下操作的方式。 （1）连接到数据源，同时，可确定对数据源的所有更改是否已成功或没有 发生。 （2）指定访问数据源的命令，同时可带变量参数，或优化执行。 （3）执行命令。 （4）如果这个命令使数据按表中的行的形式返回，则将这些行存储在易于 检查、操作或更改的缓存中。 （5）适当情况下，可使用缓存行的更改内容来更新数据源。 （6）提供常规方法检测错误（通常由建立连接或执行命令造成） 。 在典型情况下，需要在编程模型中采用所有这些步骤。但是，由于 ado 有 很强的灵活性，所以最后只需执行部分模块就能做一些有用的工作。 2.7 本章小结本章小结 本章主要介绍了线束检测系统的理论基础。首先介绍了线束的几种失效模 式，然后从基本原理上阐述如何检测线束的故障；后面三节介绍了线束检测系统 中需要用到的技术，虚拟仪器、数据采集和 pci 总线技术。虚拟仪器技术利用高 效的软件和模块化的 i/o 硬件可以便捷的提供测量测试应用方案。pci 总线技术 支持即插即用，优点明显，配合数据采集技术可以更好的提供系统解决方案；最 后一节介绍了数据库访问技术，因为上位机软件中的数据量大，使用了数据库进 行数据的存储，编辑和查询，所以需要有数据库访问技术来进行这些数据库的操 作。 上海交通大学硕士论文 第三章 线束检测系统的总体设计 18 第三章第三章 线束检测系统的总体设计线束检测系统的总体设计 3.1 线束检测系统的总体架构线束检测系统的总体架构 线束检测系统利用现代计算机技术、虚拟仪器技术、数据采集技术和数据库 技术对汽车线束实现检测。系统由计算机、数据采集卡、导通检测电路和线束接 插平台等组成。 图 3-1 线束检测系统组成 fig.3-1 composition of wiring harness detection system 线束检测系统的组成如图 3-1 所示，该系统中各个部分具体功能介绍如下： （1）被测线束。被测线束是线束检测系统的重要组成部分，是线束检测系 统的检测对象。 （2）线束接插平台。线束接插平台是连接被测线束和检测电路的枢纽。接 插平台的外部与被测线束相连，内部与导通检测电路相连。接插平台被分为不同 的区域，每个区域都有固定的代号以便工作人员能够快速的找到对应的区域模 块。在每个区域模块上都有指示灯，当线束未插入模块中时，指示灯会亮，提示 插入模块，模块插入后灯灭。在检测完成后，当该模块上的线束点出现故障时， 指示灯会亮，提示有错误发生。 （3）导通检测电路。导通检测电路的原理如 2.2 节所述，整个电路可以分 为两部分，信号输入电路和信号输出电路。信号输入电路接收从数据采集卡发出