基于DAQ仪器的汽车线束检测硬件系统

基于 DAQ仪器的汽车线束检测硬件系统

侯昆仑

（中车长春轨道客车股份有限公司 转向架制造中心 吉林 长春 130062）

摘要：通过基于研华DAQ板卡的开发平台，完成了多路模拟切换器、解码电路和阻抗检测电路的设计，为汽车线束检测系统搭建了一个良好的硬件平台，通过检测软件送入不同的值给硬件的数据采集卡的数字I/O来选择被测点，然后再从每一个回路中读取电压信号，把电压信号送入计算机，由检测软件进行分析、处理、显示，使硬件系统其能够成为LabVIEW软件应用开发的平台。

关键词：线束 DAQ 解码电路 阻抗检测

中图分类号：

0 前言

从虚拟仪器的定义来说，它更多地强调软件在仪器中的应用，但虚拟仪器仍离不开硬件技术的支持，信息的获取仍需要通过硬件来实现。通常一块DAQ卡可以完成多种功能，包括A/D、D/A转换，数字输入/输出以及计数器操作等 ，随着虚拟仪器软／硬件技术的发展，PC总线式DAQ仪器已经能够解决各仪器卡之间的互相触发同发、直接通信、插卡受微机干扰等问题，未来DAQ仪器技术的发展，将有可能真正实现“把实验室装进电脑”这一目标。内插卡DAQ板卡速度快，但插拔不方便。它充分利用了PC的机箱、总线、电源、软件，是虚拟仪器系统中最基本最廉价的构成形式。内插卡式DAQ多采用ISA总线或PCI总线。

1 数据采集系统

数
据采集，是计算机与外部物理世界连接的桥梁，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集的目的是为了测量如光、温度、压力或声音这样的物理现象。数据采集系统（如图1所示）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本论文要求测试1024根线束的通断情况，因此在选用数据采集卡时应选择具有多路DIO的采集卡。

图1 数据采集系统组成图

为了系统的稳定和高效，选择一款性能稳定、功能强大的采集卡是十分必要的。本文要求能测试1024根线束，因此在选用数据采集卡时应选择具有多路数字输入/输出的采集卡，选择研华公司的PCI－1711。

PCI-1711/1711 L是一款功能强大的低成本多功能PCI总线数据采集卡。PCI-1711有2路模拟量输出通道，PCI-1711 L没有模拟量输出通道。可以在PCI-1711和PCI-1711L之间选择能够满足实际需要又节约成本的数据采集卡。

2 大规模解码系统设计

2.1 多路模拟切换器—CD4067

为了满足测试1024根线束的设计要求,需采用大规模多路解调开关阵列构成信号解码电路。本文选用了CD4067,它是一个16通道的模拟开关, 它具有两种电源输入端，V_DD和V_SS，可以在-0.5～+18V之间进行选择。所有输入信号范围是V_SS< V_i< V_DD。表1表示CD4067B的引脚功能，表2表示导通电阻测试结果。

表1　CD4067引脚功能说明

引脚	符号	功能
1 2～9 10、11、14、13 12 15 16～23 24	OUT IN7～IN0 A、B、C、D VSS INH IN15～IN8 VDD	模拟输出——双向 模拟输入——双向 选择输入端 VSS电压输入端 禁止输入控制端 模拟输入控制端 VDD电压输入端

表2 CD4067导通电阻测试结果

2.2 解码电路的设计

一片CD4067只能连接16根线束,因引本文采用了多片CD4067,在芯片的排列和组合上运用解码地址和片选信号的相互关系,并选用了DIO数据采集卡PCI-1730使线束的端点号与解码地址一一对应,从而满足检测1024根线束的设计要求。由于检测的线束数量较多,把1024根线束分为四组,每组为256根连在一块子板上,四组子板与一块母板相连接。这种连接方式不但可以实现检测多根线束,还可以实现同时检测多组线束。每块子板的解码电路原理图如2所示。

当检测线束时，通过程序为每个数字I/O送值，从而选择出被测的两个点。例如当送入1时，它的二进制为0000 0000 0000 0001，其高八位用于选择左侧线束，低八位用于选择右侧线束。根据CD4067的值表，PCI-1730的12～15口的0000使左侧第0号CD4067的第0号通道被选通，从而使第1号CD4067选通，而它的8～11口的0000使第0号通道被选通，从此图中我们可以看出其对应的是线束左端的第1号线。PCI-1730的4～7口的0000使右侧第0号CD4067的第0号通道被选通，其0～3口的0001使右侧第1号CD4067第1号通道被选通，从图2中我们可以看到其对应的是线束右端的第2根线。因此当送入1时，检测是的线束的左端的第1根线与右端的第2根线之间的通断关系。

图2 子板解码电路原理图

3 阻抗检测电路的设计

3.1阻抗及其相关术语定义

（1）感抗：交流电也可以通过线圈，但是线圈的电感对交流电有阻碍作用，这个阻碍叫做感抗。实验证明，感抗和电感成正比，和频率也成正比。如果感抗用X表示，电感用L表示，频率用f表示，那么：

X =2 fL (1)

(2)容抗：交流电是能够通过电容的，但是电容对交流电仍然有阻碍作用。电容对交流电的阻碍作用叫做容抗。实验证明，容抗和电容成反比，和频率也成反比。容抗用X表示。

（3）阻抗：在一般状态下的导体，多少都存有阻止电流流动的作用，而表示其阻止程度者，称为电阻，单位值是欧姆，代号为「Ω」。

汽车线束检测系统在程序开始运行进行检测时，首先通过程序给PCI-1730的DO口送值，通过解码电路选择好被测点后，检测电路将被测得的信号通过PCI-1711的AI口送入PC机中进行处理。PC机从数据采集卡PCI-1711的AI口读得值为电压值，我们可以通过被测的电压值与标准值进行比较从而判断出被测线的质量。还有电感和电容等皆有阻碍电流作用，通常将阻止交流电流作用的部分，总称为阻抗。

3.2阻抗电路中电流、电压与阻抗的关系

根据克希荷夫电压定律可列出:

u=u + u +u =iR+L + idt (2)

式（2）又可写为如下形式：

u=u + u +u = U sinωt+ U sin(ωt+90°)+ U sin(ωt-90°)

=U sin(ωt-φ) （3）

3.3 阻抗检测电路

线束的阻抗不符合技术要求，长时间使用，使线束发热甚至烧坏。本检测系统不仅能够判断出线束的通断状态，还可以进一步计算出被测线束阻抗，从而能更好的分析线束的质量。图3为检测电路的原理图。

图
3 阻抗电路原理图

从PCI-1711的AI0口我们可以读得可调电阻两端的电压值，其与标准值进行比较就可以判断出被测线束的通断。我们也可以将读得的电压值通过计算求得被测两点间的电阻值。其计算公式为：

（4）

其中：r0为总的内阻；

Rp为滑动变阻器阻值；

U0为电源电压；

Up为AI0口测得的电压。

4 结束语

汽车线束检测系统的硬件设计，是DAQ虚拟仪器系统中数据采集系统是必不可缺少的组成部分，综合多种因素选择了两块性价比较高的研华的数据采集卡，在选择时充分考虑了虚拟仪器产品的可扩展性，因此所选择的数据采集卡可以方便以后根据不同的用户需求进一步扩展多种功能，本系统的检测电路由9块电路板和1个开关电源组成。其中一块母板用于输出被测信号的电压值，其余八块子板完全相同，用于解码选通不同的被测线。每一块子板可连接256根线，因此本系统最大测量范围为1～1024根线。根据实际需求我们可以通过增减子板的方法来扩展测量范围。

参考文献

［1］H.Goldberg.What is virtual instrumentation.Instrumentation & Measurem-ent Magazine,IEEE,Pages 10-13,Vol3,No4,Dec.2000

［2］伊念东.虚拟仪器及其技术研究.浙江大学学报，2000年11月第34卷第6期

［3］杨乐平，李海涛.虚拟仪器技术概论.—北京：电子工业出版社，2003年3月

［4］Advantech Co., Ltd.User’s Manual for PCI-1730.Printed in Taiwan,June 2001

［5］Advantech Co., Ltd.User’s Manual for PCI-1710 Series. Printed in Taiwan ,June

［6］雷振山.LabVIEW 7 Express 实用技术教程. —北京：中国铁道出版社，2004

［7］汪敏生等译著.LabVIEW基础教程. —北京：电子工业出版社，2002年1月

［8］马明建，周长城. 数据采集与处理技术. —西安：西安交通大学出版社， 2001年7月

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