Townsend Engineering Services是一家咨詢公司，在數(shù)據(jù)采集與分析的硬件與軟件設(shè)計(jì)領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)豐富，其產(chǎn)品用于復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的測(cè)試。

挑戰(zhàn)

我們的客戶之一，ASET Services，向我們尋求一種用于測(cè)試運(yùn)動(dòng)場(chǎng)表面的系統(tǒng)。要求是一種可以與其分析軟件集成的加固系統(tǒng)，控制多種測(cè)試配置并為分析提供數(shù)據(jù)采集。該系統(tǒng)由電池供電以便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、為多種傳感器提供信號(hào)調(diào)理與數(shù)據(jù)采集，包括LVDTs，稱重傳感器以及加速度計(jì)。此外，系統(tǒng)還將控制一個(gè)電磁鐵，用于釋放多個(gè)測(cè)試中的校準(zhǔn)砝碼。與運(yùn)行分析軟件的筆記本電腦相連的Wi-Fi將被用于控制系統(tǒng)與傳輸數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)將用到8個(gè)傳感器。絕大多數(shù)測(cè)試使用的采樣率為5kHz，但在某些情況下可高達(dá)20kHz。理想情況是實(shí)現(xiàn)所有通道同步采樣，那么系統(tǒng)就能被用來(lái)測(cè)量傳遞函數(shù)，但這并不是一個(gè)嚴(yán)格的要求。

選擇IEPE（Integrated Electronics Piezoelectric）傳感器作為稱重傳感器與加速度計(jì)。除電流源外，信號(hào)測(cè)量還需要用到抗混疊濾波器。系統(tǒng)將使用直流型LVDTs，因此并不需要特殊的信號(hào)調(diào)理方式。

解決方案

該系統(tǒng)圍繞樹(shù)莓派設(shè)計(jì)，樹(shù)莓派被用于管理試驗(yàn)裝備控制、數(shù)據(jù)采集和通訊。這允許現(xiàn)成設(shè)備在DAQ與通訊中被使用，從而顯著降低設(shè)計(jì)成本。

系統(tǒng)選用MCC的USB-1608FS-Plus設(shè)備，原因在于其性能良好、價(jià)格合理且功耗較低。它使用USB接口且可以獲取C語(yǔ)言程序庫(kù)，這些都是簡(jiǎn)化與樹(shù)莓派集成的重要因素。在所有DAQ通道上實(shí)現(xiàn)50kHZ同步采樣是有可能的，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了系統(tǒng)的預(yù)期需求。

為了獲得最大的靈活性并允許將來(lái)進(jìn)行修正，LVDTs的四路輸入位于一根電纜中，連接至一個(gè)包含24V電源供應(yīng)的外置小盒子。必要情況下，通過(guò)提供不同的外置盒子（包含任意特定的電源供應(yīng)、信號(hào)調(diào)理或可能需要的濾波電路），就可以選用其它傳感器。

一種用戶端/服務(wù)器的方法被用來(lái)與筆記本電腦之間通訊。用戶端在筆記本電腦上運(yùn)行，允許分析軟件通過(guò)樹(shù)莓派上服務(wù)器連接的Wi-Fi來(lái)控制系統(tǒng)。簡(jiǎn)單的服務(wù)器請(qǐng)求集合可處理系統(tǒng)的所有操作，因此樹(shù)莓派能輕松與客戶的測(cè)試軟件集成。

連接至樹(shù)莓派B型的USB-1608FS-Plus同步采集DAQ設(shè)備

結(jié)果

最終系統(tǒng)由USB-1608FS-Plus，一個(gè)樹(shù)莓派B和一個(gè)包含信號(hào)調(diào)理、磁控與電源供應(yīng)的定制電路板組成。這些都被安裝至單元前面板的背面，前面板包括開(kāi)關(guān)與傳感器的連接器。完整單元與電源都被放置于一個(gè)牢固的防水容器中，以便攜帶。

過(guò)去一年，該系統(tǒng)在全世界都被經(jīng)常使用，其性能極佳且十分可靠。