基于cRIO遠程數據采集終端

　　大橋健康監測系統結構如圖1所示，監測系統包含多臺基于cRIO的數據采集終端，它們分布在大橋的不同位置。數據采集終端的主要任務(wù)是按照控制終端的要求，在各類(lèi)傳感器的配合下采集大橋的各類(lèi)環(huán)境數據、靜/動(dòng)態(tài)響應等信號，進(jìn)而將這些信號數據一方面實(shí)時(shí)傳送到監視終端;另一方面按指定的數據存儲策略將部分信號數據以文本文件的形式存儲在本地，以供數據存儲終端下載并利用數據庫來(lái)統一管理信號數據。

　　系統硬件組成

　　不同數據采集終端的具體硬件配置都不一樣，但是硬件模塊類(lèi)型一致。除了機箱cRIO-9104和嵌入式控制器cRIO-9014外，每個(gè)采集終端都配有cRIO-9401和cRIO-9215，在GPS接收機的支持下，對大橋的振動(dòng)信號進(jìn)行GPS精確同步采集;cRIO-9215和cRIO-9203對大橋的準靜態(tài)電壓、電流信號進(jìn)行采集;cRIO-9871對部分傳感器和調理器的RS-485串口輸出信號進(jìn)行采集;同時(shí)cRIO-9401對部分數字脈沖信號(如雨量計輸出信號)進(jìn)行采集和計數。

　　系統軟件結構

　　采集終端統一的軟件架構可以使上位機能通過(guò)一致的接口與其交互命令、狀態(tài)與數據，方便用戶(hù)的使用;也可以極大地提高代碼的重用性，使所有終端使用同一套代碼(不同的終端僅在FPGA程序和配置文件信息上有所區別)，方便開(kāi)發(fā)人員維護代碼。采集終端軟件結構如圖2所示。

　　整個(gè)數據采集終端的軟件由數據采集和通信兩大部分組成。數據采集部分又可分為數據采集模塊、數據采集引擎、數據存儲引擎、GPS時(shí)間引擎。通信部分則由數據接口、控制接口和調試接口組成。在LabVIEW中實(shí)現時(shí)，這些不同的引擎和接口都是獨立運行的VI，通過(guò)上層的動(dòng)態(tài)調用來(lái)執行。這樣可利用LabVIEW多線(xiàn)程的特性，避免各個(gè)模塊之間的相互阻塞干擾。這些所有的引擎和接口都是在cRIO-9014 的RT上實(shí)現的，它們分別以確定的時(shí)間特性實(shí)時(shí)地完成特定的任務(wù)。cRIO-9401、cRIO-9215、cRIO-9203和cRIO-9871等模塊對相應信號的數據采集是在cRIO-9104的FPGA上完成的，具有硬件級的同步、定時(shí)和觸發(fā)特性。它們將采集到的數據通過(guò)DMA傳送到RT上的數據采集引擎進(jìn)行降采樣、濾波等預處理。

　　不同數據采集終端的硬件配置都有所不同，所采集的物理信號也各不一樣，再考慮到將來(lái)增加、改變測點(diǎn)，調整系統的可能性，數據采集終端的軟件必須是高度模塊化，便于開(kāi)發(fā)人員增加新的測點(diǎn)、硬件。模塊化的核心在于對不同類(lèi)型信號采集任務(wù)的模塊化與規范化，將不同類(lèi)型的數據采集模塊封裝成一組具有相同接口的VI供上層的數據采集引擎根據各采集終端特定的模塊配置文件來(lái)動(dòng)態(tài)調用。