基于LabVIEW和PXI的城市轨道车辆转向架测试系统

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1、基于LabVIEW和PXI的城市轨道车辆转向架测试系统摘要：为了能够快速准确地实现对城市轨道车辆转向架的性能测试，搭建了基于虚拟仪器编程语言LabVIEW和PXI总线测试技术的城市轨道车辆转向架测试平台。应用单线程多卡耦合循环软件架构和错误跟踪方法，保证了多数据采集卡的协调运行和测试系统的可靠性；采用双字节整数保存法优化实时数据的存储，消除了硬盘存储瓶颈。实际应用证明，该测试系统适应性强、可靠性高，使用方便、灵活，能够充分满足城市轨道车辆转向架的测试要求。关键词：LabVIEW；PXI；虚拟仪器；城市轨道车辆；转向架；单线程引

2、言随着城市轨道车辆的迅猛发展，对其转向架的性能也要求越来越高。如何能够快速准确地测试转向架的性能成为城市轨道车辆发展的重要环节。在转向架测试中，需要测试的参数多达几十个甚至上百个。采用传统的测试技术不仅成本高昂、操作复杂，而且在系统扩展、数据处理和信息分析与共享等方面存在明显的缺陷。目前，基于微机硬件平台的虚拟仪器技术为解决上述问题开辟了新途径，并且得到了越来越广泛的应用。城市轨道车辆转向架测试平台采用PXI总线系统，使用LabVIEW编程语言，快速搭建的基于虚拟仪器技术的测试平台。1系统硬件架构图1系统硬件架构在城市轨道车辆

3、转向架测试过程中，需要对64通道加速度、32通道应变和32通道电压信号进行实时高速采集。采用美国NI公司的PXI系列设备，构建如图1所示的系统硬件架构。这是一个由信号采集与调理模块（SCXI-1531、SCXI-1520、SCB-100，PXI-1001为信号调理机箱）、PXI数据采集卡（PXI-6070E、PXI-6071E，PXI-1000为PXI机箱）和PXI接口卡（PXI-8330，采用MXI-3技术）组成的数据实时采集系统。被测信号由信号采集与调理模块进行滤波、放大后送至PXI数据采集卡，经A/D转换后，通过PXI接

4、口卡传送至主控计算机。采用PXI总线测试设备搭建测试系统的硬件架构，主要考虑其具有以下特点：信号调理机箱与PXI机箱的分体式结构可以有效地保证信号传输的可靠性。由于信号调理机箱可以最大限度地靠近信号源，能够及时地对被测信号进行滤波和放大，因此可将现场干扰对被测信号的影响降到最小，保证信号的真实性。采用基于PXI和MXI-3总线技术的测试设备，能够充分保证实时数据采样时的带宽要求。PXI总线具有最高可达132MB/s(32-bit，33MHz)和264MB/s(64-bit，66MHz)的峰值数据吞吐率[1]；而MXI-3技术是

5、一种高性能的最高可达1.5Gbits/s串行数据传送率的PCI总线之间的软硬件透明连接技术[2]。可以增加测试系统的灵活性和通用性。由于PXI设备采用了标准模块化设计方法，可以使该测试系统能够根据不同的测试对象和测试要求进行方便地安装和拆卸，快速灵活地配置和搭建测试平台。提高了测试系统的适应性。PXI机箱和设备都具有牢固的接插端[3]，可以抵抗撞击与振动，能够满足各种测试环境对设备的要求。2系统的软件设计“软件就是仪器”，软件设计已经成为了基于虚拟仪器技术的测试系统的关键环节。当信号以二进制数据传送至计算机后，需要对其进行分析

6、和处理，实现“仪器”的功能。在该测试系统的软件开发中，采用LabVIEW作为编程语言。它具有简单易用、功能强大等优点，特别是它能与NI公司的硬件设备达到无缝结合，简化了对底层硬件的设置。转向架实时测试系统需要具有以下几个基本功能：（1）数据采集。即能够对被测信号进行实时准确的数据采集。（2）分析与控制。即能够对实时对被测数据进行转换和分析，监视各个传感器的工作状态，保证试验正确运行；能够对诸如传感器脱落等异常情况进行报警。（3）数据存储。即能够及时准确地将数据保存到硬盘，为实时测试之后更详尽的数据分析和被测对象评定的提供依据。

7、（4）数据显示。即能实时显示各个被测信号的数值，可让测试人员更加详细地了解被测各参量的信息。3软件整体架构的确立该转向架实时测试系统采用了如图2所示的单线程循环软件架构。由于LabVIEW可为PXI设备在内存中开辟了一块缓存[4]，二进制数据可不经CPU直接存入内存，所以该测试系统采用了循环结构，将数据从缓存中分块读出并加以处理。图2系统软件架构转向架实时测试系统是一个以数据采集为核心的实时系统，除了数据显示重要性稍低外，其他各项任务（数据读取、分析与控制和数据存储）对于测试成功都起到非常重要的作用。采用单线程结构可以保证每个

8、任务在一次数据采集循环中都能得到有效执行，既能满足数据的实时采集又能保证数据的完整存储，增强了测试的可靠性。与此同时，采用单线程结构也简化了流程控制，避免了多线程结构中各个任务之间的调度与控制的复杂问题。单线程循环结构也有利于动态调节数据采样频率。当信号采样速率（此速率通常由