基于USB的振动信号测试分析系统的设计与实现

摘 要： 针对工程测试对数据采集的实际需要，基于虚拟仪器的设计思想，采用USB 接口进行数据采集，设计完成了一套振动信号测试与分析系统。以USB2088数据采集卡为基础，依托VS2008开发平台，编写了系统的采集和分析程序，实现了对数据的保存、波形显示和频谱分析的同步进行。最后进行了实验测试，验证了系统采集数据准确无误，满足功能要求，性能稳定，便于广泛应用。

关键词： USB； 测试分析； 振动信号； 数据采集

中图分类号： TN919⁃34； TP274 TH761 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）12⁃0129⁃04

0 引 言

随着科学技术水平的不断提高和生产技术的高速发展，机械工程振动测试技术也随之进入了一个崭新的阶段[1]。信号的实时采集和处理在科学研究、工业生产等领域有着广泛的应用[2]。随着被测系统越来越复杂，对测试仪器的速度、精度及数据处理能力的要求也越来越高。这就对设计提出了2个方面的要求：一方面，要求接口简单灵活且有较高的数据传输率；另一方面，由于数据量通常都较大，要求主机能够对实时数据做出快速响应，并及时进行分析和处理[3]。因此，对实时的、高精度的振动信号测试分析系统的研究有着现实的意义。

目前振动信号常用的数据采集方式是通过数据采集板卡， 如ISA总线，PCI总线，RS 422，RS 485等接口形式的A/D采集卡[4]。这种板卡不仅安装麻烦， 而且易受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，不可能挂接很多设备。而通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）正是顺应这一要求提出的，它集PCI和RS 232C的优点于一身，具有较高的传输速度，实现了真正意义上的'即插即用“（Plug & Play），同时一个USB主设备上最多可以连接127个外设[5]。

因此，本文将USB 技术应用于数据的实时采集。设计与实现了一种基于USB的振动信号测试分析系统。在硬件上采用USB接口，软件上采用VC++进行开发，采用多线程编程，使系统的效率从这两方面都得到提升。

1 系统总体方案设计

从软件上看，该系统包括固件程序，驱动程序及应用软件。其中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。而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[6]。

系统预期将要实现的主要功能为：

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