汽車整車或其零部件的道路模擬試驗是對汽車運行性能與可靠性進行評估的常用方法，目前已得到了廣泛的應用。為獲取汽車道路模擬試驗所需的汽車實際道路運行的振動數據，需要便攜式的數據采集與分析儀器。這類儀器需具有移動便攜、操作方便、連續記錄、海量存儲的特性。我國在適用汽車行駛中數據采集的便攜式測試儀的研發方面進展緩慢，目前市場上銷售的較便攜式數據采集與分析儀器主要依賴于進口，但在便攜性和連續數據存儲容量方面還顯不足。筆者將根據嵌入式技術、檢測技術、數字信號處理技術的新進展，提出適于汽車行駛過程中數據采集與分析儀器的設計新方案。

　　1儀器系統設計便攜式數據采集與分析儀不但要具有體積小和連續海量數據記錄的能力，同時應具有一定的分析能力，以便對測試數據進行實時的處理與分析。根據這一特點，提出將嵌入式arm和DSP結合，充分發揮DSP的靈活性，使開發的數據采集與分析儀器能滿足汽車行駛中數據采集與分析的需求。

　　筆者提出的便攜式數據采集與分析儀器由硬件和嵌入式軟件組成。儀器硬件以高性能的ARM處理器和DSP處理器為核心，配以模擬輸入模塊、數字采樣模塊、彩色液晶觸摸屏、外部設備通訊接口模塊構成；嵌入式軟件由ARM和DSP軟件構成，運行于ARM處理器的軟件實現與用戶的交互和數據的存儲，運行于DSP的軟件實現數據采樣、實時處理與傳輸等功能儀器的軟件采用動態配置，用戶可選擇不同的軟件來實現不同的數據采集與分析功能，以滿足汽車其他的測試需求。

　　2硬件設計根據便攜式數據采集與分析儀器的系統設計構思，系統相應的硬件設計框圖如所示。

　　2.1信號輸入與采樣模塊該模塊實現多路模擬信號和數字信號的輸入。模擬輸入通道可聯接加速度、速度、位移、聲壓、溫度、濕度等傳感器，并內置ICP恒流源。每個通道均有模擬信號調理放大、低通與高通道濾波器。儀器共有8通道模擬輸入，輸入電路采用低噪聲設計技術，信噪比大于100dB.每個通道同步采樣，采樣頻率根據實際測試需要設置，zui高采樣頻率為2.2DSP處理器DSP處理器是數據處理的核心，實現數字信號的實時處理，包括抽取濾波、觸發采樣、時域分析、頻域分析等。儀器采用美國TI公司6000系列32位浮點DSP處理器，主頻為350MHz. 2.3ARM處理器ARM塊主要用于儀器與用戶的交互、數據的輔助處理、數據連續存儲。儀器通過彩色液晶觸摸屏來實現用戶的設置、數據的顯示。將所有采樣通道的采樣數據連續存儲于儀器所帶的微硬盤中，硬盤具有40G存儲容量，能滿足長時間無間隙存儲的需求。儀器的DSP、FPGA軟件存放在微硬盤中，當用戶選擇相應功能時，ARM DSP、FPGA實現儀器多種采集與分析功能，適用于多種應用要求。

　　2.4儀器接口模塊儀器接口包括USB2.0、無線網。儀器通過USB2.0接口導出存儲數據。無線網絡模塊實現遠程通信，同時可利用儀器的網絡功能，將多個儀器構成一個較大型的測試系統，芫成更多的測試任勞。

　　3儀器軟件設計由于測試儀器要實現多種數據采集與分析功能，每個分析功能對應的分析處理算法各不相同。由于DSP處理器資源的限制，不可能在同一程序中實現所有的功能。本系統采用運行模式動態配置技術，儀器功能由ARM處理器實時下載，這不但在同一硬件上實現多種功能，同時也便于系統的升級與功能的擴展。

　　儀器的軟件層次圖儀器軟件采用分層結構，整個軟件分為四層，*層主要負責與用戶的交互；第二層主要負責數據的存儲、數據和消息的轉換以及數據的后處理；第三層為驅動層，負責DSP與ARM處理器的通訊；第四層主要實現實時信號采集與處理的算法，由DSP、FPGA實現。運行于DSP與FPGA軟件由PC機根據使用要求實時下載。軟件層次結構如所示。

　　筆者提出儀器的主要目的是實現數據采集與分析、連續海量數據存儲，實現這一功能的軟件的流程如所示。在以上基礎上開發了相應的軟件，實現預期的功能，達到了汽車行駛中長時間連續數據采集的目的。

　　儀器應用軟件流程4結束語在以上研究的基礎上，解決了低功耗硬件電路設計、嵌入式DSP與ARM間的高速數據傳輸、軟件動態配置等技術難題，已成功開發了適于汽車行駛中數據采集與分析的儀器，儀器的各項功能達到了設計要求，可以采集存儲汽車行駛中數小時至數十小時的振動數據。同時該儀器也可推廣到工業現場的振動噪聲測試，提升了我國在便攜式數據采集與分析儀器的水平。北京富瑞恒創科技有限公司。