基于VC++的动态信号分析系统的设计方案

随着科技水平的不断提高，机械工程振动测试技术也随之进入了一个崭新的阶段。动态信号分析作为一门以捕捉和处理各种动态信息为目的的综合技术在当代科学技术中占有相当重要的地位。近年来，多通道、高性能动态信号分析系统推出并已广泛应用于各个领域。并且随着使用者对动态信号的分析需求越来越多样化，使得柔性化设计成为动态信号分析系统研制的主流方向。国外的动态信号仪器采样精度高、功能强大，但产品的价格相对很高。而目前国内的测试分析系统与国外的相比，还有一定的差距。因此，研制拥有自主知识产权的实时的动态信号分析系统有着非常现实的科学意义和工程实用价值。

基于此，本文以Windows XP系统为开发平台，采用面向对象的编程技术和VC++为开发工具，研制一套基于VC++的动态信号分析系统。软件开发采用模块化的设计细想，把各种功能对象化并进行封装，提高了各模块的可移植性和重复使用性。系统可实现对单个和多个信号的实时同步采集，并能对信号进行分析处理，还能实现数据分段存储和波形回放查看。

1 系统总体设计

系统总体设计的好坏直接关系到整个测试分析任务的成败以及完成质量的好坏。从硬件上看，系统总体上由计算机、USB 接口、数据采集硬件、传感器等组成。

从软件上看，该系统包括固件程序、驱动程序及应用软件。

固件程序是采集卡商家以写好烧进采集卡硬件的程序，负责采集卡的采集工作。

驱动程序和应用软件则装在计算机中，驱动程序是遵循USB协议编写的负责应用软件与采集卡正常通信的程序。

应用软件是人机交互接口，是实现信号分析处理各项功能的关键部分。

软件系统设计与开发是本项目开发的重点和难点。利用VC++为开发平台，进行系统软件设计。本项目的软件系统设计主要包括：软件系统总体框架设计、数据采集模块设计、信号分析与处理模块设计、数据存储模块设计等。

动态信号分析系统总体设计框图如图1所示。

2 系统统一架构

软件设计以Windows XP 系统为开发平台，采用面向对象的编程技术和VC++ 6.0为开发工具实现。软件开发采用模块化的设计细想，把各种功能对象化并进行封装，提高了各模块的可移植性和重复使用性。采用统一的软件体系和总体模块组成结构，即每个模块都包含程序控制、参数设置、数据分析和数据显示四个子模块。

其中参数设置模块、数据分析模块和数据显示模块为功能模块，程序控制模块是系统的中枢部分，它负责协调各个模块有效的配合和工作，接受操作者给出的各种指令，调用相应的分析模块算法，并把分析结果通过数据可视化接口显示给用户。子模块的菜单、工具条及快捷键是程序控制模块的外在表现，并通过这些外在的表现与操作者交互，转化为各个功能模块能够理解的内部指令，统一调用功能模块，实现用户预期的指令目标。

数据分析模块采用动态链接库技术，集成和封装了系统所需的算法，并提供接口供程序控制模块调用，是每个子模块的核心部分。

数据显示模块负责将数据处理的结果以丰富的方式呈现给用户，供用户对处理结果进行评判或进一步的处理。

四个子模块的组成关系如图2所示。

3 系统的软件设计

软件系统设计与开发是整个分析系统开发的重点和难点。采用VC++为开发平台，进行系统软件设计。

软件系统设计主要包括：软件系统总体架构设计、数据采集模块设计、信号分析与处理模块设计、数据存储模块设计等。

软件系统总体架构设计见第2部分，不再赘述。数据采集模块、数据分析与处理模块和数据存储模块。三个模块之间，相互联系，其功能分别如下：

数据采集模块：采集卡参数设置、采集设备的启停控制和复位，实现数据采集功能(连续采集或单次采集);数据分析和处理模块：通过从数据采集模块或存储模块的获得数据，结合分析参数的设置，实现信号实时波形显示、频谱分析、相关分析、包络谱分析、统计特征分析等;数据存储模块：实现数据的存储和读取，并回放显示、分析处理的功能。

3.1 系统界面设计

程序设计中，选用单文档结构来编制应用程序。

基本布局设计如下：窗口顶部为菜单工具条区域，左下部分为数据显示区域，右下部为数据信息浏览和控制区域。系统主界面如图3所示。

首先将客户区分割为1行2列两个部分：左侧为电压值数字显示窗口，关联的类为CADDigitView(派生自CScrollView);右侧为图形显示窗口，关联的类为CAD-WaveView(派生自CScrollView)。参数设置及分析控制采用2个对话栏，派生自CDialogBar,用户可以通过其进行采集卡参数设置和信号采集、分析控制。由于程序功能较为简单，故在界面上几乎就可以进行全部的操作，使