基于USB、PCM編碼和以太網(wǎng)三層通訊的虛擬儀器平臺(tái)

1 三層通信結(jié)構(gòu)介紹

三層通信系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 USB通信層

起源于1995年的USB,近年來得到了飛快發(fā)展。除了作為標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口應(yīng)用之外,它也正在成為多種新型應(yīng)用的通用連接標(biāo)準(zhǔn),包括數(shù)據(jù)采集、測(cè)試測(cè)量等。由于USB1.1支持12 Mbps（高速）和1.5Mbps（低速）兩種速度,因此能滿足大部分工業(yè)實(shí)時(shí)測(cè)試的要求。而且,由于USB自身的特點(diǎn),使得由它構(gòu)成的系統(tǒng)具有了優(yōu)勢(shì)。

采用USB構(gòu)成的系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性。通過使用Hub擴(kuò)展,可駁接多達(dá)127個(gè)外投。USB具有良好的即插即用與熱插拔特性[1],從而使由此構(gòu)成的DDS儀器可以方便地增加和刪減測(cè)試單元,組成現(xiàn)場所需的測(cè)試儀器。

與傳統(tǒng)的安裝在臺(tái)式機(jī)機(jī)箱內(nèi)的數(shù)據(jù)采集板卡相比,

USB接口不僅可以方便地應(yīng)用于臺(tái)式計(jì)算機(jī),而且更廣泛地應(yīng)用于便攜式計(jì)算機(jī),有利于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)小型化、便攜化,而且再也不會(huì)受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量、地址、中斷等資源的限制。

另外,安裝在機(jī)箱內(nèi)的板卡往往會(huì)受到機(jī)箱內(nèi)數(shù)據(jù)噪聲環(huán)境的干擾。與之相反,DDS TM儀器是一個(gè)獨(dú)立的模擬電路環(huán)境,具有安靜的電磁氛圍,數(shù)字噪聲極小。即使對(duì)于測(cè)量上千千瓦交流電機(jī)振動(dòng)的微伏級(jí)輸入信號(hào),也能得到干凈、精密的信號(hào)波形。

鑒于以上優(yōu)點(diǎn),DDS儀器采用USB通信協(xié)議與數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)通信,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在桌面的匯總。隨著USB2.0的推出,USB的速率將達(dá)到480Mbps。我們相們,DDS儀器的應(yīng)用前景鈄更為令人矚目。

1.2 PCM編碼的通信

USB是優(yōu)秀的桌面接口技術(shù),當(dāng)它與PCM編碼通信相結(jié)合,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),就能產(chǎn)生一種簡單、高速、抗干擾力強(qiáng)并適用于無線、同軸、光纖等多種介質(zhì)的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其基本思想是在現(xiàn)場測(cè)試點(diǎn),將傳感器采集的模擬量數(shù)字化后進(jìn)行PCM編碼,按照通信雙方約定好的協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳。在PC機(jī)近端有一個(gè)雙向的PCM編碼與USB的轉(zhuǎn)換接口,利用這個(gè)轉(zhuǎn)換接口接收數(shù)據(jù)并通過USB接口傳輸至PC機(jī)進(jìn)行分析。而主機(jī)向設(shè)備發(fā)送控制信息的過程正好相反,數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換接口以PCM編碼的形成再向遠(yuǎn)端傳輸。

1.3 以太網(wǎng)通信層

一個(gè)大型測(cè)試項(xiàng)目通常由多個(gè)測(cè)試科目組成,每個(gè)科目又有多臺(tái)DDS儀器。在進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí),將可能有多個(gè)數(shù)據(jù)處理工作站按照各自的要求,從不同的DDS儀器上取得信號(hào)數(shù)據(jù)流。以太網(wǎng)正是為測(cè)試信號(hào)的數(shù)據(jù)綜合提供了最方便的方法。