基于PC104總線(xiàn)的性能檢測(cè)系統(tǒng)

摘要：為了適應(yīng)外場(chǎng)裝備檢測(cè)裝置的需求，以某型自行火炮的隨動(dòng)系統(tǒng)為例，基于PC104嵌入式控制總線(xiàn)的高效數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，采用SCM/LX -3160主板和ADT620、CDT2000數(shù)據(jù)采集板，完成數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換的硬件配置。并把處理后數(shù)據(jù)通過(guò)Visual C++軟件開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，確定隨動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。應(yīng)用結(jié)果表明，該性能檢測(cè)系統(tǒng)攜帶方便，能實(shí)時(shí)采集信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析處理，具有較高的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。

隨動(dòng)系統(tǒng)又稱(chēng)為伺服控制系統(tǒng)，在誤差允許的范圍內(nèi)，隨動(dòng)系統(tǒng)的輸入信號(hào)通過(guò)反饋校正電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的控制。在航空、軍用裝備和工程建設(shè)中，隨動(dòng)系統(tǒng)具有舉足輕重的地位。如雷達(dá)的距離跟蹤系統(tǒng)，火炮目標(biāo)跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，各種導(dǎo)彈的自引系統(tǒng)等。隨著武器裝備系統(tǒng)智能化的提高，隨動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也越加復(fù)雜、精密，它運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定度是武器裝備系統(tǒng)卓越性能評(píng)價(jià)的重要參考指標(biāo)。武器裝備常用于外場(chǎng)工作，因此隨動(dòng)系統(tǒng)的性能檢測(cè)設(shè)備必須精確、輕巧、便于攜帶。

1 PC104嵌入式系統(tǒng)

PC104是嵌入式計(jì)算機(jī)的一種，它的片外總線(xiàn)接口是PC104總線(xiàn)。數(shù)個(gè)PC104板卡可以通過(guò)堆疊方式組合到一個(gè)大小合適的機(jī)箱中，并采用螺栓固定。這樣系統(tǒng)安全、牢固，抗噪聲性能好，即使在惡略的環(huán)境中也可以有出色的表現(xiàn)。PC104嵌入式系統(tǒng)具有功耗低，效率高，體積小，可擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，因此在航空航天、軍用武器裝備、工業(yè)控制等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

在對(duì)武器裝備進(jìn)行測(cè)試維護(hù)時(shí)，經(jīng)常對(duì)設(shè)備中的各類(lèi)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集、處理與分析，從而對(duì)武器裝備的工作狀態(tài)做出判斷，及時(shí)了解武器的性能。以往的檢測(cè)系統(tǒng)比較笨重，攜帶不便，很難應(yīng)用于野外工作的需要。同時(shí)，受外界多種噪聲的影響，動(dòng)態(tài)信號(hào)的采集存在較大的誤差，且缺少人機(jī)交互環(huán)節(jié)。因此，精確性高且便于攜帶的實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)受到人們的廣泛關(guān)注。因此，本文設(shè)計(jì)了基于PC104總線(xiàn)的性能檢測(cè)系統(tǒng)，憑借PC104板卡的高速處理能力完成用戶(hù)對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信號(hào)的監(jiān)測(cè)。

2 性能檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的工作狀態(tài)信號(hào)是衡量其工作性能的重要參數(shù)。性能檢測(cè)系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)采集設(shè)備的工作狀態(tài)信號(hào)，并能及時(shí)做出分析和判斷，這些工作狀態(tài)信號(hào)引出后，不能影響隨動(dòng)系統(tǒng)的正常工作，并且性能檢測(cè)系統(tǒng)要與隨動(dòng)系統(tǒng)工作同步。信號(hào)由專(zhuān)用電纜引出后，經(jīng)信號(hào)調(diào)理設(shè)備進(jìn)行預(yù)處理，再接入性能檢測(cè)系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)性能檢測(cè)系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析為一體的自動(dòng)化設(shè)備，具有高效的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理的功能。由快速運(yùn)算的CPU模塊，精確地?cái)?shù)據(jù)采集卡和高效的數(shù)據(jù)處理分析軟件組成，硬件平臺(tái)采用PC104板卡搭建。在軟件實(shí)現(xiàn)上，操作系統(tǒng)采用性能穩(wěn)定并具有良好的人機(jī)交互的Windows系統(tǒng)，并采用跨平臺(tái)VisualC++開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)分析及處理的應(yīng)用軟件，Visual C++提供跨平臺(tái)的應(yīng)用程序框架MFC。

3 硬件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

硬件環(huán)境的設(shè)計(jì)以PC104板卡作為基本組件，包括CPU、模擬采集卡、數(shù)字采集卡。這些板卡通過(guò)PC104總線(xiàn)連接，采用標(biāo)準(zhǔn)的固定孔將這些固定在封閉的機(jī)箱中，形成堆疊式的緊湊結(jié)構(gòu)，并具有良好的抗噪聲性能，硬件設(shè)計(jì)電路圖如圖1所示。

3.1 硬件選型

3.1.1 CPU主板

CPU主板采用盛博SCM/LX-3160(圖2)。SCM/LX-3160是一款高性能的“ALL IN ONE”PC104巾央處理器。CPU采用AMD Geode LX800，工作主頻可以達(dá)到500 MHz，具有128KB一級(jí)高速緩存和128KB二級(jí)高速緩存。與PC/AT標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，并遵從PC/104標(biāo)準(zhǔn)。在PC機(jī)上運(yùn)行的眾多軟件全部能在以SCM/LX-3160為控制核心的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)行，這也為簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)，提高程序的可移植性。在SCM/LX-3160主板上集成了鍵盤(pán)，鼠標(biāo)、USB 2.0、串口、并口、2個(gè)10/100BaseT以太網(wǎng)平板顯示等接口，在其狹小的極小空間里實(shí)現(xiàn)PC機(jī)幾乎所有的功能。根據(jù)工程的需要.在SCM/LX-3160可以擴(kuò)展不同的板卡，用戶(hù)很容易實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的需求。

3.1.2 模擬量采集卡

模擬量采集卡選用的是高功效的ADT620(圖3)。ADT620是基于PC104總線(xiàn)的擴(kuò)展板，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的采集。通過(guò)PC104總線(xiàn)可將其與盛博SCM/LX-3160構(gòu)成一個(gè)高性能的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，適用于結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性高的嵌入式應(yīng)用。該擴(kuò)展板具有八/十六個(gè)單端模擬輸入通道，12位的20微秒或10微秒A/D變換器，±5 V、±10 V或0～+10 V模擬輸入量程，支持C語(yǔ)言等特點(diǎn)。ADT620根據(jù)其特點(diǎn)最多可采集十六個(gè)單端模擬輸入信號(hào)，并將這些模擬信號(hào)變換成8位或12位的數(shù)字量，然后送到總線(xiàn)上，讀入存儲(chǔ)器中。信號(hào)的量化轉(zhuǎn)換是由一個(gè)12位的逐次逼近式的變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，高性能的變換器以及在其前的高速采樣一保持放大器可以保能將動(dòng)態(tài)輸入的模擬信號(hào)精確地?cái)?shù)字化。

3.1.3 數(shù)字量采集卡

數(shù)字信號(hào)采集卡選用CDT2000(圖4)。CDT2000也是基于PC104總線(xiàn)的擴(kuò)展板，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的采集。與IBMPC兼容盛博SCM/LX-3160構(gòu)成高性能的數(shù)字信號(hào)采集控制系統(tǒng)。模塊結(jié)構(gòu)緊湊，非常適合便攜式應(yīng)用。該擴(kuò)展板具有獨(dú)立的16位8 MHz計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，48通道基于TTL或CMOS的可編程數(shù)字量I/O，支持C語(yǔ)言等特點(diǎn)。CDT2000供電電壓僅需5 V，48個(gè)數(shù)字量I/O通道可以直接與外部信號(hào)輸出設(shè)備連接，在設(shè)定的范圍內(nèi)直接感知開(kāi)關(guān)的閉合、數(shù)字事件的觸發(fā)或固態(tài)繼電器的動(dòng)作。這樣，不需要擴(kuò)展外圍復(fù)雜的電路，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

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