1 引言
计算机故障诊断技术是借助于现代测试、监控和计算机分析等手段,研究设备在运行中或相对静止条件下的状态信息,分析设备的技术状态,诊断其故障的性质和起因,并预测故障趋势,进而确定必要的对策。利用故障诊断技术可以早发现故障征兆和原因,有利于及早排除故障和安全隐患,避免不必要的损失,因而具有很高的经济和社会效益。
现有的计算机故障诊断系统一般是将采集的信号数据通过串行或并行通信传递到主机,然后再进行分析处理。此类系统都需采用外界电源供电,受绳修环境的影响,基本上只有在专门的维修点才能使用,而不适合在工程现场工作,不利于早发现和早解决问题,而设备出现故障后还可能引发安全事故。便携式故障诊断系统是基于便携电脑的USB接口设计的,该系统采用低功耗设计,并利用USB挂起状态特性,极大地降低了系统的功耗,可以直接利用便携电脑的电源,很好地解决了上述困难。
2 USB接口
USB是UniversalSerialBus的缩写,中文意思就是“通用串行总线”,是1994年提出的。1995年制定的USB1.0规范,数据传输速率达到了1.5~l2Mbps,1999年制定的USB2.0规范,数据传输率达到480Mbps,为大数据量高速实时传输提供了一个有效的的通信方式。
USB接口与计算机原有的接口相比,具有十分明显的特点:为所有的USB外设提供了单一且易于操作的标准化接口，无论哪种USB设备都支持热插拔，做到了“即插即用”。低速模式的传递速率比串行口快十几倍，比标准并行口也快十倍，在高速和全速模式时，传递速率更快，足以满足大多数场合下的高速数据传输的需求。USB在设备供电方面提供了灵活性，低功耗的USB设备可以通过USB电缆直接供电，且所有的USB设备都支持节约能源的挂起和唤醒模式。
3 便携式故障诊断系统设计
便携式故障诊断系统如下图所示，它通过传感器采集设备运行时产生的振动或噪声信号,经过信号放大、A/D转换、数据存储和传输后,由主机分析处理。A/D转换后的数据直接通过Dhu方式传输到采集板的内存,因此,数据采集的速率可以达到很高,而对微处理器的性能要求不高。
采集板的USB控制器采用的是INTEL公司的80931AA,它具有一个USB接口,使用MCS51指令系统,当输入频率为12M时,USB可工作在全速和低速模式,本系统工作在全速模式。
USB总线对一般设备可以提供100mA电流,对大功率设备可提供不超过500mA电流,而当USB外设处于挂起状态时,从总线上吸收的电流小于500μA。便提式故障诊断系统的采集板采用低功耗设计,选用低功耗器件，整个采集板就直接利用总线电源进行供电，不需外加其它电源。
当主机检测到全速采集板插入后，自动配置设备，此时采集板仅基本系统工作。如果系统不进行检测，采集板就处于挂起状态，而当系统需要故障诊断时，主机唤醒采集板，并向采集板提供500mA总线电流。采集板控制器接受到主机的数据采集命令后，向系统的采集和控制等部分供电，并启动数据采集。采集的数据通过DMA方式被存入到内存，内存存满后，停止采集，然后将采集的数据通过USB接口传输到主机中，数据传递结束后，采集板进入挂起状态。此后通过计算机软件对数据进行分析处理，就可以获得设备故障的诊断结果。
便携式故障诊断系统的软件设计主要包括数据采集板的控制和USB通信软件、主机USB设备驱动程序、主机数据分析与处理软件。数据采集板的控制和USB通信软件的功能主要是控制数据采集以及通过USB接口与主机进行数据通信。主机数据分析与处理软件是将传感器采集的数据进行分析处理,可以根据要求进行信号的功率谱分析、倒谱分析、小波分析以及自相关分析等,通过与正常运行时相关的参数对比,可以判断出设备是否存在缺陷、故障等,也可通过几种方法联合起来提高诊断的正确性和精确度。主机USB设备驱动程序是实现主机与采集板连接和数据通信功能。11SB设备驱动程序和以前的VXD方式驱动程序不同,它是Win32驱动程序模型(WDM)。Windows操作系统下的USB设备驱动程序主要是利用WindowsDDK开发,也可以利用一些专门的USB开发软件,如WinDriver、Driverstudio等,它们能根据USB设备的十分容易地生成高质量USB设备驱动程序,减少了开发的困难。
4 结束语
USB为计算机外设提供了一个全新的接口标准,目前,USB设备的开发和应用在国内外处于高速发展阶段,具有广阔的发展前景。利用便携电脑及其USB接口开发的便携式故障诊断系统是USB在数据采集中的一个应用,利用USB的挂起和唤醒功能,极大地降低了采集板的平均功耗,消耗便携电脑的电池能量很少,因而利用本系统进行故障诊断能工作较长时间,特别适合工程现场使用。
