汽车仪表测试系统设计方案

汽车仪表测试系统设计方案共28页2010年5月TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"概述 3用途 3功能 3\o"CurrentDocument"系统的主要技术特点 3\o"CurrentDocument"设计依据和原则 5设计依据 5\o"CurrentDocument"遵循的技术标准 5设计原则 5采用成熟技术 5操作简易性 5性能指标 5\o"CurrentDocument"设计方案 7构成形式 7系统介绍 7\o"CurrentDocument"工业计算机部分 8输入信号列表 8输出信号列表 8内部构成 9主控计算机 9波形发生器卡 10\o"CurrentDocument"时间间隔分析卡 10数据采集卡 12D/A输出卡 14数字I/O卡 15CAN总线通信卡 16驱动输出部分 17输入信号列表 17输出信号列表 17信号调理放大器 18电平转换器 18电流检测 18可调电阻输出； 18仪器产品外观工艺 18\o"CurrentDocument"软件 19概述 19环境需求 19测试应用程序 19二次开发软件 231概述根据《汽车仪表测试系统技术要求》的内容，结合我们的设计理解，我们设计了本解决方案。1.1用途本系统用于为设备测试提供一套完整的系统，完成：指针压入设备、示值检查设备、以及机能检查设备的功能以及性能检测。1.2功能本系统提供设备工作需要的激励信号，同时检测激励信号本身的工作情况，并对设备的输出信号进行检测，通过检测得到设备状况的结论。本系统提供在系统工作状态下自检功能。1.3系统的主要技术特点（1） 连接接口：系统内所有的信号输入采用电隔离防止干扰。（2） 维修性一般要求：操作简单，维修方便，标准化、模块化、互换性好，防差错设计，标记清晰，人机界面友好。（3） 自检：具有自检功能。（4） 安全性：满足MIL-STD-242G《电子产品的静电释放控制手册》、IEC-536《电子和电器设备防电击的等级》、IEC-65《电子及有关设备的安全要求》。本系统不会对人员和设备产生机械、电气和高频辐射伤害，不会使设备某个区域内的故障对其它区域和被测设备造成危害。本系统的测试软件能保证对人员、测试系统和其他相关设备不造成危害。（5） 使用环境，用户应在下列环境使用本系统：温度范围：0°C〜45°C；相对湿度：在25°C时，10%〜90%；储存温度：-10C〜50C；气压：1个大气压；交流220V±10%/50HZ；2设计依据和原则2.1设计依据《汽车仪表测试系统技术要求》。2.2遵循的技术标准PICMG2.0R3.0规范GB4798.1-86电工、电子产品应用环境条件ZBY002-81仪器、仪表运输、贮存基本环境条件GB4798.1-86电工、电子产品应用环境条件ZBY002-81仪器、仪表运输、贮存基本环境条件2.3设计原则在方案论证、设计、生产过程中，除保证系统基本功能外，还要充分考虑系统的实用性、先进性、安全性、可靠性、维修性和可测试性。2.3.1采用成熟技术为保证本系统可靠稳定地运行，在方案设计和设备选择的过程中，既要考虑满足设计的指标要求，又要注意选用成熟的、先进的、能及时供货和便于日后维修的设备和技术。2.3.2操作简易性充分考虑检测系统和使用者间的相互关系，建立良好的人机界面，使操作简易、轻松，减小工作疲劳，提高效率，避免工作失误，并充分考虑操作者的工作习惯。2.3.3性能指标电口电隔离能力：大于1000V；方波或者PWM波：（1）10~27V连续可调，低电平0V，位于1象限；（2）±±±0.5Hz，1000~9999Hz偏差±1Hz；（3）功率：50mA；（4）通道数：4路。电阻：（1）功率1/2W；（2）范围0~4K；（3）精度±1%；（4）通道数：2路。高低电平控制（点亮仪表LED指示灯）：（1）电平：高电平等同UUT电源（13.5V或27V）,低电平等同UUT电源地GND；（2）通道数：32路。电流测量：（1）量程：0-20mA；（2）测量精度（满量程）±0.5%；；（3）通道数:32路。频率测量：（1）最小周期分辨为20nS（9999Hz时，分辨精度0.02%，多周期测量还可以按周期个数比例提高）；（2）频率信号幅值4V~24V；（3）通道数：4路。3设计方案3.1构成形式根据使用要求以及具体情况，系统采用pcI总线平台，满足用户对系统高性能、高可靠性的要求。根据该系统的应用特点，将先进的计算机通信、pci仪器、虚拟仪器等技术进行有机的结合，保证整个系统具有很强的实时性、通用性和高可靠性。据此，我们将系统分为两个主要部分：工业控制计算机部分和驱动输出部分。3.2系统介绍测试系统的计算机部分由主控计算机、波形发生器卡、时间间隔测量卡、数据采集卡、D/A输出卡、数字隔离输出卡、CAN总线通信卡PIS0-CAN200-T等组成。驱动输出部分包括程控电阻模块、信号调理放大器、电流转换器、继电器输出等组成。系统组成如图3-1所示。图3-1系统组成框图3.3工业计算机部分工业计算机部分用于为整个系统提供控制和实现，软件界面，操作。3.3.1输入信号列表前面板：（1） 220V/50Hz开关；（2） 按钮：复位信号；（3） 指示灯：Power、HDD共2个。后面板：（1） 220V/50Hz输入；（2） 测试UUT输出脉冲；（3） 电流监测32路；3.3.2输出信号列表前面板：（1）指示灯：Power、HDD共2个；后面板:（1） 脉冲或PWM信号共4路;（2） 隔离数字输出64路；（3） D/A电压输出4路。图3-2 工业计算机部分前面板

主控计算机时间间隔分析波形发生器敏字I%卡数据采集卡D主控计算机时间间隔分析波形发生器敏字I%卡数据采集卡D富出卡。■:AN总线图3-3 工业计算机部分后面板3.3.3内部构成测试系统的计算机部分由主控计算机、波形发生器卡、时间间隔分析卡、数据采集卡、D/A输出卡、数字I/O卡、CAN总线通信卡PIS0-CAN200-T等组成。3.3.4主控计算机主控计算机是整个测试系统的控制、状态监测和数据分析终端。系统控制与测试分析软件在其上运行，控制着整个模拟测试系统的运行，同时还担负着测试数据记录、分析、报告等任务，考虑可靠性和上机架等因素，我们选用选用研华的高性能工控机作为主控计算机IPC-610，其具有以下性能：处理器类型：Pentium4标称主频（GHz）：2.4配置内存容量（MB）：512M硬盘容量（GB）：80GB网络：集成10/100/1000M网卡主控计算机采用Win2K/XPOS，配以我们基于Delphi和VC++自行研制的数据采集软件DataLab。DataLab通过PCI总线控制器与测压设备进行通讯，采集压力、温度等信号，对汽车仪表测试系统一一设计方案测试数据进行处理、分析、判断。3.3.5波形发生器卡波形发生器卡采用阿尔泰科技高速任意波形4路信号发生器卡PCI8103详细介绍PCI8103高速任意波形发生器卡DA：4路12位输出频率1M每路带256K字RAM程控量程士5V、±10V、0~10V，数据存储器任意分段、循环，全功能触发DA任意波形输出功能♦转换器类型：AD7945♦输出量程(OutputRange)：0〜5V(默认)、0〜10V、±2.5V、±5V♦转换精度：12位♦输出点速率(Frequency)：1MHz(1uS/点)，软件可调。可调范围：0.01Hz〜1MHz分频公式：采样频率=主频/分频数，其中主频=40MHz,32位分频，分频数的取值范围：最低为40，最高为232♦模拟信号带宽：0~50KHz♦通道数：4路♦输出阻抗：50?或75?(根据通道的跳线设置，详见《跳线器》部分)♦触发源(TriggerSource)：软件内触发，硬件模拟外触发(ATR)、硬件数字外触发(DTR)♦触发模式(TriggerMode)：单次、连续、单步和紧急触发(此功能详见软件说明书中触发功能部分)♦触发方向(TriggerDir)：负向触发、正向触发、正负向触发♦触发电平：软件可设置，触发电平256级软件可调(0〜10V)♦时钟源(ClockSource)：内时钟和外时钟源软件可选♦存诸器深度：每路256K字(点)RAM存储器♦工作标志：DA转换标志、触发标志、当前段号、当前段内地址、当前段循环次数、当前总循环次数♦数据传输方式：程序方式♦工作温度范围：-40°C〜+85°C♦存储温度范围：-40°C〜+120°CDI/DO数字量输入/输出功能♦锁存器：74ALVC164245♦输入通道数：4路♦输出通道数：4路♦电气标准：TTL兼容♦输入电压指标：高电平最低为2V,低电平最高为0.8V♦输出电压指标：高电平最低为3.7V，低电平最高为0.55V♦板载时钟振荡器：40MHz3.3.6时间间隔分析卡时间间隔分析卡采用成都海测公司4路时间间隔分析卡PCI7902，•输入频率范围0~10MHz•最小20ns分辨率•8K的状态记录长度•VXIplug&play兼容成都海测提供的PCI-79024路时间间隔分析模块提供通用的时间间隔分析和时序分析能力，可广泛应用于各种需要时间间隔测量和时序分析的领域，包括：•抖幌特性分析•机械测试•雷达测试和监控•导弹测试•电路测试•VCO/PLL•通讯测试时间间隔/时序分析在收到触发信号以后，PCI-7902检测输入信号的边沿变化。PCI-7902记录每个信号边沿的时刻，并将数据存入FIFO。可以把测试结果换算为信号频率、正负脉冲宽度、占空比等。PCI-7902可测量单个信号边沿之间的时间间隔，这在压控振荡器测试、速度测试、电路测试等领域中是必须的。PCI-7902也可测试各路信号之间的时间关系。这在导弹、电路、武器测试等领域中有广泛的需求。板上FIFO缓存支持高速数据访问PCI-7902有8K点的状态记录FIFO，总共可记录8K个状态变化的时间。在PCI-7902测试进行过程中，测试数据即可从FIFO中读取。当FIF。半满或全满时，PCI-7902还可向主控制器发出中断请求。通过合适的软件配合，PCI-7902可进行不间断的连续测量。灵活的触发方式PCI-7902有多种灵活的触发方式，包括信号触发和软件触发。带隔离的通道信号输入每通道均有独立光电隔离器件，隔离电压达到1000V以上，并且通道之间也是独立的

地线，具有很好的抗干扰能力。技术指标技术指标名称技术指标参数通道数4路信号输入方式悬浮BNC隔离电压1000V输入信号范围TTL输入信号频率DC〜10MHz信号最小脉宽20ns时基频率8档可程控：50MHz,25MHz,10MHz,5MHz,2MHz,1MHz,500kHz,200kHz时基精度12ppm(25°C)测量分辨率1/时基频率存贮长度8K个状态位触发模式下列触发信号的OR或AND组合：4路信号的触发自动触发（软件）尺寸220X123mm工作温度0C〜50C存贮温度—25C〜+75C相对湿度0〜85%电源电流+5V 1A3.3.7数据采集卡数据采集卡采用成都海测公司PCI-790132路100K16Bits32CH扫描数据采集卡。最高100KSPS采样率16位A/D分辨率32个扫描采集输入通道隔离电压1500V驱动程序支持Windows9X/NT/2000描述PCI-7901是成都海测推出的基于PCI总线、最高采集频率100KSPS的数据采集卡，它具有高精度，低噪声，低失真和测试信号范围宽的特点。PCI-7901提供32路模拟信号输入采集测试通道，所有测试通道与计算机总线电气隔离。扫描方式的A/D转换，数据采集测量达16位A/D转换精度。其高阻抗输入的每通道有独立的增益1-100倍，可直接连接大多数传感器电压输出。PCI-7901有三个量程档±10V，±1V，±100mV，A/D转换的最高采样频率为100KSPS，可按1、2、5分频可分16档；信号输入用。型连接器输入。采样的最大存贮深度为FIFO方式，每通道16采样点。该系统配有系统驱动控制程序软件，驱动程序支持Windows9X/NT/2000操作系统下的使用。技术指标名称参数输入阻抗1M/15PF输入通道32Ch单端输入电压范围±100mV、±1V、±10VA/D分辨率16Bits隔离电压2000V转换频率最高100KHz，可分14档系统直流精度±0.6%FSR（用平均值计算）FIFO存储器16Sa/通道物理尺寸228X123mm工作温度0°C—50°C电源功耗+5V/A、+12V/A、一12V/A接口引脚定义管脚信号管脚信号管脚信号1SIG022GND43GND2GND23SIG144SIG23SIG324GND45GND

4GND25SIG446SIG55SIG626GND47GND6GND27SIG748SIG87SIG928GND49GND8GND29SIG1050SIG119SIG1230GND51GND10GND31SIG1352SIG1411SIG1532GND53GND12GND33SIG1654SIG1713SIG1834GND55GND14GND35SIG1956SIG2015SIG2136GND57GND16GND37SIG2258SIG2317SIG2438GND59GND18GND39SIG2560SIG2619SIG2740GND61GND20GND41SIG2862SIG2921SIG3042SIG313.3.8D/A输出卡D/A输出卡采用泓格科技的PIO-DA4U，其具有如下特性:产品介绍：4路14位通道隔离模拟量输出卡。产品特点：通用PCI总线4通道，14位模拟量输出输出范围为：±10V、0~20mA2个中断时钟源双缓冲D/A闭锁软件校准16通道DI，16通道DO驱动程序支持Windows9X/NT/2000

产品参数名称参数模拟量输出输出通道4D/A分辨率14Bits积分线性度0.06%FS微分线性度0.06%FS电压输出输出范围0~5V0~10V±10V，±5输出驱动±5mA绝对精度0.01%满量程电流输出输出范围0~20mA，4~20mA绝对精度0.1%满量程激励电压7V~40V数字量输入16通道TTL电平输出16通道TTL电平物理尺寸180mmx115mm工作温度0°C—50°C存储温度-20°C〜70C相对湿度0〜90%无凝露电源功耗+5V/0.6A3.3.9数字1/0卡数字I/O卡采用泓格科技的PISO-A64，其具有如下特性：PCI总线64通道光电隔离集电极开路数字量输出卡（源电流）产品特点：通用PCI总线64通道光电隔离集电极开路输出4个隔离组3750VDC隔离电压产品参数名称参数隔离输出PNP集电极100mA（每通道）外部电压30V最大）响应时间10kHz最大）物理尺寸180mmx105mm工作温度0°C—50°C存储温度-20°C〜70C相对湿度0〜90%无凝露电源功耗+5VA3.3.10CAN总线通信卡CAN总线通讯卡我们选用泓格科技的PIS0-CAN200-T，其具有如下特性:1、2、 与CAN标准2.0的A和B兼容.3、 内置光隔离保护4、 可编程传输速率高达1Mbps.5、 每个口可用跳线选用120Q终端电阻6、 直接存储器交换到CAN控制器。7、 33MHz32bit5VPCIbus（V2.1）即插即用3.4驱动输出部分驱动输出部分包括程控电阻模块、信号调理放大器、电流转换器、继电器输出等组成。3.4.1输入信号列表前面板：后面板：（1） 64路数字量；（2） 4路任意波形输入（3） 220V/50Hz输入；（4） 220V/50Hz开关；3.4.2输出信号列表前面板：（1） 4路可调脉冲或PWM；（2） 4路可调电压；（3） 28路电平输出；（4） 6路C型继电器输出；（5） 2路可调电阻输出；（6） 6路切换电阻输出；（7） 电源指示灯。后面板：（1）32路，模拟信号到A/D；3.4.3信号调理放大器信号调理放大器是将0-10V模拟信号放大到0-28V的固定2.8倍增益放大器，需要选择适合的宽电源工作放大器芯片。同时，机箱内部需要提供+35V的电源供给。信号调理放大器的通道数：8路，其中4路需要隔离放大；信号带宽：200KHz（满足10KHz方波）；信号输出电流：N50mA；3.4.4电平转换器电平转换器，将TTL转换为需要电平；3.4.5电流检测电流检测采用串接电阻，然后用仪表放大器将电阻两端电压差分放大，输出电压到A/D进行检测。由于检测对象电压达到27V，这个要求就比较高，仪表放大器芯片也必须选择适合相应的工作范围。3.4.6可调电阻输出；2路可调电阻输出，采用数字信号控制继电器方式实现；在设置电阻值比较小时，需要考虑继电器的接触电阻带来的误差。3.4.7仪器产品外观工艺仪器产品采用德国产的4U高19寸机箱，面板采用高质量铝合金喷砂，字体和图形采用激光刻绘。4软件软件从功能上划分为硬件设备的驱动程序和应用程序两个部分。4.1概述4.1.1环境需求4.1.1.1硬件环境工控机：采用Intel2.8G双核处理器，2GDDR2内存，250G硬盘。4.1.1.2软件环境要求Windows9X/2000/XP操作系统。开发工具选用VB/VC/C++Builder/Labview等。4.1.2测试应用程序4.1.2.1应用程序介绍成都海测公司针对大多数采集测试系统有一套完整的技术解决方案。针对软件，成都海测公司吸取了原有数据采集处理软件DPS的优点，听取了用户对DPS的改进意见，推出了全新的数据采集处理软件DataLab。DataLab是成都成都海测科技有限公司自主开发设计的数据分析处理软件，操作简单，方便易用，功能强大，适用于成都海测公司的各总线系列的采集产品。同时提供开放式的接口，使集成其他公司的采集产品轻松自如。DataLab可在Win98、Win2000和WinXP等多种操作系统下使用。DataLab采用了插件机制，不仅提供许多常规分析功能，包括+/一、积分、二次积分、微分、均方根、里萨育、频谱、自动率谱、互功率谱、相关、相干、传递、插值、平均、最大最小值，而且支持自定义分析功能，支持从Matlab中导入算法，可以满足用户各种特殊要求的分析功能。DataLab数据分析处理软件处处为用户着想，尽量简化操作，同时提供保存用户配置的机制，大大节省用户时间。DataLab非常注重性能，核心分析算法采用成熟的软件分析包，在分析流程上线程与中断机制相配合，真正实现实时采集实时分析。以下我们以DataLab为基础，阐述数据采集系统软件的设计要点。4.1.2.2设备管理模块设备管理模块负责管理整个系统的硬件设备，提供设置硬件设备基本参数的功能。其在DataLab中的界面如下图所示。在该界面中，用户可以设置触发源、触发电平、采样速率、采集时间、通道量程、通道耦合方式等多种设置。同时，该处还提供了对通道数据的工程线性标定，只要设置了因子A、因子B以及单位，DataLab就可以自动转换为相应的物理量。根据用户要求，我们还可以提供二次非线性标定功能。4.1.2.3采集模块该模块主要控制采集设备进行采集，检测它们的相应状态。通过DataLab，用户可清晰的看到’等待触发’、’己触发’、’完成’等三种设备状态。DataLab为了保持采集同步，在连续触发的模式下采取统一触发的策略（多个设备一起工作时，必须等到所有设备采集结束才开始第二次采集），充分保证系统的同步性。

4.1.2.4数据分析模块该模块主要提供对采集的数据进行事后分析功能。DataLab可根据用户要求提供多种分析功能，其通常的时域分析功能如图所示:■.心由,0(WjBChoc曰-BcwIE)O1WEWthoilOQCBTOC\o"1-5"\h\zgChlDlOmi5H0113OQi]4515J4•打并打印SffChafeJ4•打并打印Sff该模块中提供了放大、缩小、读值光标、插值光标等多种功能。4.1.2.5数据存储模块该模块主要提供对采集数据的存储功能，在DataLab中的界面如下图所示。其改进了DPS中存盘配置不能保存、容易覆盖原有数据的缺陷，能够自动保存用户存盘配置，能够根据时间每天自动更新存盘目录，发现同名文件自动提示。

保存费据比布知主编辑旧...设备名通道名开始时间闾捺s时间闾当前文汗名保存模式HI」ChJ100.J0-6^84HJJ1.O33不俣存HI1Ch0200.J0-6^84H102.039^l_1Ch3300.30-GG84H_133.03?云俱存另存为&)...■ll_1ClM00.30-C：C4Il_134.03]二俣存Hl_lUhJbuU.JU'&H4HJJb.UJJ八误存确定HI」Ch0600.J0-6^84HJJ6.033工保存Hl_1CKI70D.D01G384HI_107.D29工但存■ll_1CHOC00.30-C：C4ll_130.00]Hl_lCh3900.306