LabVIEW与SCXI为直升机提供可配置测量系统

　　The Challenge:

提供一个系统，在飞行中的直升机上进行可变通道数目和传感器类型的数据采集。

　　The Solution:

开发一个可配置的LabVIEW应用，以采集来自SCXI模块和其他DAQ板卡的调理后的信号。

"我们利用SCXI和LabVIEW，开发了一个高度可配置的、易于使用的数据采集工具，用于直升机飞行中的数据测量。"

　　一个支持不同输入信号的灵活系统

我们公司——全球直升机技术有限公司(GHTI)位于得克萨斯州的阿灵顿市，为商用直升机提供了各种服务，如引擎集成工具集的升级、认证和供应。我们通过测量如振动、机械张力和引擎温度等数值，力图在飞行过程中表征一个飞行器的物理行为。为改善其现有的测量系统，我们与G系统公司签订合同，利用NI软硬件开发一个新型数据采集系统。Huey T53-703 就是使用GHTI 新的数据采集系统的直升机代表。

该系统要求对不同类型的输入信号、采样速率和硬件配置进行灵活的设置。通常，我们无法在单次测试飞行中获得所有需要的测量结果，因此，我们必须进行多次飞行，每次有不同的测量重点。一个最初的飞行或许关注于振动的高速测量，而第二次飞行或许监测温度、张力和加速度。通道数可以在少于十到数百的范围内变化，而采集速率可以高达20kHz。由于直升机的空间非常宝贵，因此，我们不得不使硬件尽可能小而紧凑。同时，我们的软件应生成二进制数据文件，并提供一种方式在飞行完成之后快速浏览数据，以验证数据的完整性。

　　从地面进行控制的空中测试

为支持高通道数与各种信号类型，我们选择一个SCXI系统以及多个独立的DAQ板卡。我们采用具有高端CPU和大空间RAM的标准PC。我们选择LabVIEW作为开发环境，以方便地在单个应用中构建数据采集兼容性、文件I/O 和分析功能。该应用检测所安装的数据采集板卡和SCXI模块，并相应地更新显示。我们可以加载保存的通道配置，并根据需要创建新的配置。当先前保存的配置与当前的硬件组合不匹配时，该程序会给出通知信息。我们可以为这一单次应用输入刻度信息、注释和信号调理参数。

为了满足空间需求，我们在飞行测试中没有使用监视器和键盘。实际上，我们使用一个小尺寸的基于串口的远程控制单元，以执行飞行中的启动测试与停止测试的基本功能。该单元还提供了关于采集状态(包括当前记录数、错误信息和剩余硬盘空间)的反馈。该控制器具有四行20 个字符和16 个可编程的功能键，并使用标准的RS232 协议。我们可以自行标注这些功能键，并对其进行编程，使其压下时发出蜂鸣声或一个字符串。在本项目中，我们指定测试开始、测试停止和请求剩余磁盘空间的按钮。

当我们完成测试配置，该应用立即为数据采集做好准备。该应用等待GUI上的一次鼠标点击或来自控制器的一次按钮，以开始数据采集。如果计算机因为任何原因而重新启动，它会自动地重新开始该应用，加载最近使用的配置，并以同样的方式做好数据采集准备。当该应用可以再次开始数据采集时，远程控制器通过蜂鸣声和信息提醒用户。

　　与传感器数据同步的实时音频信号

该应用在飞行中产生二进制数据文件，以加速文件I/O并节省硬盘空间。在地面上，我们通过后续分析屏幕查看文件，以验证我们可以使用所采集的数据。然后，我们将文件直接导入到一个第三方程序进行后续分析。该应用在飞行中记录原始电压或通道数等数据，并在飞行后将其转换为工程单位(赫兹、华氏温度或其他)。我们在飞行完成后进行数据处理，以充分利用所有飞行中采集到的数据资源。通过将所有不必要的计算推迟至测试完成，我们可以实现最高的可能数据采集速率。

通常，我们指定模拟输入通道中的一条通道作为音频输入。我们利用该通道记录导航员关于自己所执行的操作的评论。分析过程中的数据解码更为方便，因为我们可以实时回放音频信号与传感器信号。在音频回放的同时，后续分析屏幕上光标扫过数据。音频数据最终转换为一个.WAV文件，因此我们即使在没有LabVIEW应用程序的情况下，也可以进行回放。我们可以记录任何频率的音频信号，但当频率低于8 kHz时声波质量开始下降。该应用对波形进行内插处理的速率将其提高到8 kHz(或者更高，如果可能)，以创建一个标准.WAV 文件。

我们利用SCXI和LabVIEW，开发了一个高度可配置的、易于使用的数据采集工具，用于直升机飞行中的数据测量。该系统可以支持任意组合的可用硬件，并可以扩展吸纳新的硬件。单个应用提供了到工程单位的转换、快速察看数据的能力和音频回放的功能。与先前系统的性能相比，该系统所采用的方法在更少的时间内为GHTI提供