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基于虚拟仪器技术的网络化车辆测控系统研究.pdf

基于虚拟仪器技术的网络化车辆测控系统研究

yunle
2011-03-10 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于虚拟仪器技术的网络化车辆测控系统研究pdf》,可适用于服务领域

年第期(总第期)Email:cmeenet收稿日期:作者简介:黄瑞工学学士学位工程师。基于虚拟仪器技术的网络化车辆测控系统研究黄瑞曹洁兰州理工大学甘肃兰州摘要:本文阐述了基于虚拟仪器技术网络化测量仪器及测试系统的研究意义对虚拟仪器的硬件体系、软件体系和数据采集系统进行了研究和设计并对远距离测量发布系统进行深入探讨认为网络化车辆测控系统对提高交通的安全水平减少堵塞增加交通的机动性降低汽车交通对环境的影响提高道路网的通行能力能获得巨大的社会经济效益。关键词:虚拟仪器技术网络化测控技术自世纪年代以来在计算机技术的推动下以虚拟仪器为标志的通用化、智能化和网络化测量仪器及测试系统得到了迅猛发展使得测量仪器和数据采集系统的设计方法和实现技术产生了深刻的变化。所谓虚拟仪器技术就是用户在通用计算机平台上根据测试任务的需要来定义和设计仪器的测试功能其实质是充分利用计算机来实现和扩展传统仪器功能。虚拟仪器技术综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、标准总线技术和软件工程方法代表了测量仪器与自动测试系统未来的发展方向。近年来以改善交通秩序、缓解交通拥挤和减少由交通产生的环境污染为目标综合信息技术、通信技术和自动控制技术等智能交通系统相关技术的研究越来越深入。但是获得实时可靠的交通信息一直是智能交通系统发展的瓶颈问题。所以建立网络化交通车载信息采集系统可以为智能交通系统中驾驶行为特性的研究、交通数据采集、现场测试等提供良好的辅助测试、验证平台并且可以为我国智能交通系统多功能实验车的建设和发展提供强有力的技术支持从而加速我国智能交通系统相关技术的研究和开发。随着多传感器融合技术的不断发展及其在智能交通领域中应用的不断深入可供使用的交通信息的种类越来越多用于检测的传感器也相应增加。传统仪器由于其功能单一灵活性差使用复杂更新和维护成本高很不适于车辆检测使用。针对这一状况本平台的开发采用了虚拟仪器技术。虚拟仪器的出现可以说是仪器发展的一次飞跃它是电子仪器与计算机技术更深层次的结合。利用虚拟仪器技术可以更好的发挥计算机强大的信息处理功能和图形界面功能大大简化测试设备方便观察测试结果并可对采集到的信息进行各种分析、处理借助网络技术进一步扩展和完善智能测控技术。一、虚拟仪器的硬件体系构成虚拟仪器的硬件体系有两部分:计算机:一般为一台PC机或者工作站它是硬件平台的核心。IO接口设备:主要完成被测输入信号的采集、放大、模数转换。可根据实际情况采用不同的IO接口设备如数据采集卡板(DAQ)、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、串口仪器等。虚拟仪器的硬件体系主要有五种类型,图所示。图虚拟仪器的硬件体系二、虚拟仪器的软件体系虚拟仪器的软件体系由两大部分构成:年第期(总第期)Email:cmeenet应用程序它包含两个方面的程序:()实现虚拟面板功能的前面板软件程序()定义测试功能的流程图软件程序。IO接口仪器驱动程序这类程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通讯。这类软件有:文本式编程语言如CVisualCVisualBasic等图形化编程语言如LabVIEWHPVEE等。根据软件流程结构框架各单独检测仪具有相似的结构将各个检测子系统进一步进行划分根据虚拟仪器功能的需要应用程序应包含:数据采集模块、数据读取模块、数据处理模块、数据存储模块、结果显示模块各个模块之间的数据流关系如图所示。对每个功能模块再进行细分又可分成若干个组成虚拟仪器的子VI以及虚拟仪器的其它基本组成元素。图软件结构框架三、虚拟仪器的数据采集卡的设计在信号测量中我们需要根据不同信号的特性来选择合适的测量电路如图。在一般情况下使用传感器获取所需的物理量再经过多路开关、信号放大电路、滤波器、采样保持器等电路进行信号的放大和除噪等。然后经过AD转换器将模拟量转换为数字量进而进行数据的测量和分析并做出动作。图设计总体框图采样定理的应用对于采样定理来说采样频率是一个非常重要的参数。要确定适当的采样频率需要综合考虑被测量信号的最高频率成分测量系统所要达到的精度、系统是噪声和DAQ板卡的性能等。根据采样定理采样频率fs必须至少是测量信号所包含的最高频率fm两倍这样数据才能包含原始信号的所有频谱分量的全部信息。如果信号中包含的频率高于fs的成分则信号将在Hz和fs之间发生畸变。如图显示了一个信号分别用足够的采样频率和过低的采样频率进行采样的结果。图足够的采样频率下的采样结果图过低采样频率下的采样结果当采样频率过低时图所示有所采样的数据还原的信号频率与原始信号不同这种信号畸变现象叫做混叠(Alias)。所出现的混叠频率是输入信号的频率和它最靠近的采样频率整数倍的差的绝对值。为了避免这种情况发生通常在对信号做模数转换之前使其经过一个低通滤波器以滤去信号中过高的频率成分这种滤波器成为抗混叠滤波器。理想的抗混叠滤波器应该能除去信号中任何高于fs的频率成分但实际的滤波器都有一个过渡带必须在采样频率和滤波器类型的选择之间进行适当的折中。在很多应用中一阶或者二阶低通滤波器的效果就满足要求了而采样频率为信号最高频率的~倍时这种滤波器几乎适用所有的波形。另外滤波器都有一个截止频率通常将采样频率设置为抗混叠滤波器截止频率的倍左右。在设置采样频率时用户可能会首先考虑用采集卡支持的最高采样率。但是长期使用很高的采样频率可能会导致内存不足或硬盘读取数据速度太慢。理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分的倍就够了而实际中常选用~倍有时为了较好的换信号波形可适当选用更高的采样频率。数据采集卡的结构PCI数据采集卡的一般工作原理图所示一般数据采集卡由多路选择开关、AD转换器和先进先出存储器(Firstinfirstout)等几部分组成。当有多路模拟信号输入时经过多路选择开关的选择进入AD转换器当AD转换器将模拟信号转换成数字信号后将其存储在数据采集卡的数据缓冲区内数据缓冲区遵循先进先出的工作原则。由于PCI总线的数据采集卡内插于PC机内因此可通过PCI总线将采集到的模拟信号送入到计算机内存中或计算机硬盘上。年第期(总第期)Email:cmeenet图PCI数据采集卡的工作原理四、远距离测量发布系统远程测控系统构成远程测控系统从结构上分为三部分图所示一部分是网络部分用户通过手机或浏览器访问服务器它们之间通过Internet进行通信第二部分是远程工业设备与服务器的通信部分第三部分就是服务器以及数据库资料部分。图远程测控系统远程测控系统功能特性服务器测控系统以客户端/服务器的模式组成服务器负责和用户的网络请求及工业设备硬件的通信同时还在服务器端开发数据库系统供管理者查询、分析和维护。作为客户端的管理机可以向服务器发送请求命令,获取正在运行的设备的各项实时参数并且可以让服务器根据各项数据来判断此设备是否运转正常。而管理者还可以根据不同的目的执行不同的操作,对于熟悉当前设备的管理者可以对数据库进行判断,维护和修改。远程测控系统通信方案在服务器与设备的连接方面拟通过串口线来完成服务器与设备之间的连接。串行口不同于并行口之处在于它的数据和控制信息是一位接一位串行地传送下去。虽然绝对速度会慢一些但传送距离较并行口更长因此长距离的通信应使用串行口。管理员进入服务器的测控系统软件后可以选择被控对象此时服务器已经在定期为数据库更新各项数据的数值人们就可以查看到数据库中取出的该设备的各项参数值。通信服务器系统通过创建一个基于串口的输入输出流和远程被控对象进行连接连接建立后服务器管理端程序即可分析各项数值同时也启动了数据接收线程以定期获得远程被控对象的相关数据从而可以通过网络构成闭环为高效分析与控制服务提供了保障。五、结束语网络化测控系统在提高交通安全水平和道路网的通行能力方面发挥的作用已不容置疑作为智能交通系统的一部分网络化车辆测控技术也发挥着至关重要的作用它可以实现在固定站和移动车辆之间高效而可靠地传递实时定位信息、交通信息和其它信息。网络化测控系统是在较完善的道路设施基础上将先进的电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术集成运用于地面交通的实际需求建立起全方位、实时准确、高效的地面交通系统。实质上是利用高新技术对传统的交通系统进行改造而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型交通系统。它使交通基础设施能发挥出最大的效能提高服务质量使社会能够高效地使用交通设施和能源从而获得巨大的社会经济效益。网络化交通车载信息采集系统的实现将大大加快智能交通系统相关技术的研究和开发改善交通秩序、缓解交通拥挤获得实时可靠的交通信息。所以基于虚拟仪器技术的信息采集系统具有十分现实的意义。参考文献杨乐平李海涛LabVIEW程序设计与应用M北京:电子工业出版社侯国屏叶齐鑫LabVIEW编程与虚拟仪器设计M北京:清华大学出版社赵新华基于LabVIEW的远程虚拟仪器技术D哈尔滨理工大学乔瑞萍林欣译RobertH,等LabVIEW实用教程M北京:电子工业出版社,杨乐平李海涛LabVIEW高级程序设计M北京:清华大学出版社连海洲赵英俊基于LabVIEW技术的虚拟仪器系统J仪器与测控,王承何志伟许东芹虚拟仪器现代仪器发展的新阶段J测控技术石鑫吴晓男基于虚拟仪器的自动测试系统的设计J仪表技术,周建明基于虚拟仪器的自动测试系统的研究D哈尔滨工程大学王志鹏,王昕,徐振良DataSocket技术在远程测试中的研究与应用J微计算机信息,,

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