基于USB、PCM編碼和以太網(wǎng)三層通訊的虛擬儀器平臺

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、測試測量等。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)實時測試的要求。而且,由于USB自身的特點,使得由它構(gòu)成的系統(tǒng)具有了優(yōu)勢。

采用USB構(gòu)成的系統(tǒng)具有可擴展性。通過使用Hub擴展,可駁接多達127個外投。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試單元,組成現(xiàn)場所需的測試儀器。

與傳統(tǒng)的安裝在臺式機機箱內(nèi)的數(shù)據(jù)采集板卡相比,

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

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

鑒于以上優(yōu)點,DDS儀器采用USB通信協(xié)議與數(shù)據(jù)采集計算機通信,實現(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)勢互補,就能產(chǎn)生一種簡單、高速、抗干擾力強并適用于無線、同軸、光纖等多種介質(zhì)的遠距離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其基本思想是在現(xiàn)場測試點,將傳感器采集的模擬量數(shù)字化后進行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機近端有一個雙向的PCM編碼與USB的轉(zhuǎn)換接口,利用這個轉(zhuǎn)換接口接收數(shù)據(jù)并通過USB接口傳輸至PC機進行分析。而主機向設(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編碼的形成再向遠端傳輸。

1.3 以太網(wǎng)通信層

一個大型測試項目通常由多個測試科目組成,每個科目又有多臺DDS儀器。在進行實時數(shù)據(jù)處理時,將可能有多個數(shù)據(jù)處理工作站按照各自的要求,從不同的DDS儀器上取得信號數(shù)據(jù)流。以太網(wǎng)正是為測試信號的數(shù)據(jù)綜合提供了最方便的方法。