便携式数据采集分析仪的研制

5EPP1.9并行接口总线数据采集板的设计及工作原理

5.1 系统结构框图

由于数据采集板要完成24 路12 位模拟信号的A/D 转换、5 路16 位脉冲计数信号，以及程控放大滤波等功能。实现这些功能共需要11 个接口芯片。上面阐述过，一般用EPP 接口是计算机与另一个智能设备间或只与一个接口芯片的通讯，显然我们11 个接口芯片根本不能直接扩展到总线上，经过潜心研究和试验，设计了一个“数据地址复用”电路，将原来的D0-D7 八位数据线又扩展出八位地址线，如同ISA总线一样，可以连接达256 个接口芯片，未加单片机等智能控制器即可扩展多个芯片实现数据采集功能，突破了EPP 打印并行通信接口等常规用法，这是我们研发本系统最大的一个创新点。

对于EPP 与不同设备之间通讯，要满足不同的速度外部设备需要向EPP 并行接口发出一个WAIT 等待信号，主机根据WAIT 等待信号来确定读写指令周期的个数。这对于外围是智能性的设备非常简单，而对于我们开发的这种非智能化采集板问题则变得复杂了，后来我们采用了“片选即等”的方式设计了一个“速度自适应”电路，终于巧妙地解决了EPP 并行接口与外围设备的速度匹配问题，这也是本系统的一个关键技术所在。

还有，为尽可能减少启动A/D 所需的执行软件的时间，完全用硬件电路实现了模拟开关和采集保持电路的自动控制，这样减少了采集软件的控制命令，在不提高成本的前提下提高A/D 速度达20%。这种设计方法在目前国内外有关数据采集的文献上还未见报道过。

5.2 系统工作原理

首先，通过软件对采集接口电路进行初始化，设定模拟信号和脉冲信号采集的通道数、程控滤波的截止频率和放大倍数，通过时钟选择电路，选择系统采样时钟是使用系统内部时钟还是使用外部时钟。如果是使用内部时钟，程序还要通过定时计数器进行采样频率设定。系统选择电路的输出时钟是通过EPP 接口产生一个中断信号控制整个系统的采样频率，并按着这个速度对转换数据进行读取。

对于模拟信号首先是通过程控滤波器进行低通滤波，滤掉高频干扰噪声等信号，然后经过采样保持电路和由自动控制电路控制模拟开关进行不同通道的信号选择，经过A/D 转换后结果数据由主机通过EPP并行口经由“数据地址复用”电路读入到计算机。同理，级联计数器内的外围脉冲通道信号的计数值，也是通过“数据地址复用”电路经由EPP 接口读入计算机的。

6 系统特点及应用

6.1 系统特点

(1) 同一性

创造性地采用打印机并行口作为数据采集系统总线，可直接使用各种笔记本计算机。尽管笔记本电脑的扩展接口在逐渐减少，但目前所有笔记本计算机都有打印接口，虽然主流接口是USB，现在也有了USB接口打印机，但为了兼容EPP 接口打印机，并行接口在计算机中至少会保留五年。这样我们就不必担心因为笔记本接口问题而影响采集仪的开发和使用。

(2) 通用性

这些设备无论从硬件性能上，还是从软件功能、操作使用以及信号的通道输入方式都是完全一样的，使设备具有了良好的通用性。比如说整研的设备坏了或不够用，可以从强振借一台马上就可使用。不象过去即使是能完成这一种试验的采集仪，不仅软件操作得学半天还得重做传感器输入插头。

(3) 统一性

实现了全中心自研车载试验设备的硬件平台的完全统一，可实现汽车的常规道路性能试验、台架等现场试验的数据采集及分析处理。采集精度、系统标定具有一致性，使得试验结果更具可比性；实现了试验分析处理标准和方法的统一；实现了分析处理结果数据格式的统一，为实现数据共享、建立汽研所试验数据库打下基础。

(4) 灵活性

该平台具有结构简洁、体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、安全保护好、操作使用、替换维修方便等特点。由于设备完全是自主开发的，根据特殊试验要求可对软硬件进行灵活修改，这是任何进口仪器无法具备的特点。

(5) 开发性

国外设备都是专用的标准化软件，一般没有二次开发功能；而我们的系统具有完全开放硬件及程序数据接口，便于系统升级和用户的二次开发，这也是我们的设备在各试验研究部门备受欢迎的原因之一。通过在本设备上的开发工作，试验研究人员，尤其是工作的毕业生、研究生通过开发工作对试验过程和原理会有深刻认识、对数据分析方法的研究水平会有很大的提高，同时会对解决一些特殊试验难题带来方便。

6.2 应用效果

1） 开发成功的21 台数据采集仪已在整车研究室、试车场、检测中心、底盘试验室等部门投入使用。

2） 在近2 年的时间里，该平台经受了各种汽车试验、各种路面及海南高温环境的考验，得到了这些部门的有关领导和技术人员的肯定和欢迎。一致认为：该系统功能强、可靠性高，在汽车的经济性、动力性、振动性、平顺性、操纵稳定性、ABS 制动性能等试验方面可替代进口设备。

3） 在集团公司重大质量改进项目“解决CA3118K2B 自卸车方向盘40km/h 抖动”工作中，采用该设备成功地测试分析出是由于传动轴的中间支撑梁共振而导致方向盘抖动，从而使这一严重影响市场和信誉的问题得到了彻底解决。

7 结束语

1） 这次新型便携采集仪的开发体现了研制者和广大试验用户的集体智慧，将过去五花八门的自制采集仪进行了规范和统一，使我们中心多年的常规道路性能试验的研究技术和经验得以优化、提炼和整合。目前这批自主研发的采集仪基本上满足了全中心的产品质量攻关和技术对标工作。

2） 在研发过程中创新性地使用EPP 并行口开发了结构简洁、成本低、读写性能完全可以与ISA 总线相媲美的非智能化数据采集板，拓宽了打印机并行口的应用范围。2002 年利用该技术又为电气试验室开发了车速表寿命试验变频扫描信号驱动板。

3） 该平台性能价格比高，价格仅为进口仪器的1/20，代替了计划引进的一批车载数据采集仪，如果进口一台按6 万美元计算，那么21 台则节省达120 万美元。

4）由于USB接口软硬件技术日益成熟，相应的接口控制器芯片价格日渐降纸，目前我们已经开始了USB接口数据采集仪的研发工作，采集及分析处理。下一代数据采集仪软件将全部在WINDOW 环境下运行，更多的软硬件功能会为用户使用带来更大的方便，同时使我们的数据采集仪的研发技术真正地与国外的先进技术接轨。