基于PC104總線(xiàn)的性能檢測系統

摘要：為了適應外場(chǎng)裝備檢測裝置的需求，以某型自行火炮的隨動(dòng)系統為例，基于PC104嵌入式控制總線(xiàn)的高效數據傳輸特點(diǎn)，采用SCM/LX -3160主板和ADT620、CDT2000數據采集板，完成數據采集與轉換的硬件配置。并把處理后數據通過(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)系統的工作狀態(tài)。應用結果表明，該性能檢測系統攜帶方便，能實(shí)時(shí)采集信號，并對信號進(jìn)行準確的分析處理，具有較高的實(shí)時(shí)性和穩定性。

隨動(dòng)系統又稱(chēng)為伺服控制系統，在誤差允許的范圍內，隨動(dòng)系統的輸入信號通過(guò)反饋校正電路，實(shí)現對輸出信號的控制。在航空、軍用裝備和工程建設中，隨動(dòng)系統具有舉足輕重的地位。如雷達的距離跟蹤系統，火炮目標跟蹤瞄準系統，各種導彈的自引系統等。隨著(zhù)武器裝備系統智能化的提高，隨動(dòng)系統的結構也越加復雜、精密，它運轉的穩定度是武器裝備系統卓越性能評價(jià)的重要參考指標。武器裝備常用于外場(chǎng)工作，因此隨動(dòng)系統的性能檢測設備必須精確、輕巧、便于攜帶。

1 PC104嵌入式系統

PC104是嵌入式計算機的一種，它的片外總線(xiàn)接口是PC104總線(xiàn)。數個(gè)PC104板卡可以通過(guò)堆疊方式組合到一個(gè)大小合適的機箱中，并采用螺栓固定。這樣系統安全、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。PC104嵌入式系統具有功耗低，效率高，體積小，可擴展等優(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(zhù)廣泛的應用。

在對武器裝備進(jìn)行測試維護時(shí)，經(jīng)常對設備中的各類(lèi)信號進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集、處理與分析，從而對武器裝備的工作狀態(tài)做出判斷，及時(shí)了解武器的性能。以往的檢測系統比較笨重，攜帶不便，很難應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)信號的采集存在較大的誤差，且缺少人機交互環(huán)節。因此，精確性高且便于攜帶的實(shí)時(shí)檢測系統受到人們的廣泛關(guān)注。因此，本文設計了基于PC104總線(xiàn)的性能檢測系統，憑借PC104板卡的高速處理能力完成用戶(hù)對隨動(dòng)系統的實(shí)時(shí)信號的監測。

2 性能檢測系統的總體設計

設備在運轉時(shí)產(chǎn)生的工作狀態(tài)信號是衡量其工作性能的重要參數。性能檢測系統必須實(shí)時(shí)采集設備的工作狀態(tài)信號，并能及時(shí)做出分析和判斷，這些工作狀態(tài)信號引出后，不能影響隨動(dòng)系統的正常工作，并且性能檢測系統要與隨動(dòng)系統工作同步。信號由專(zhuān)用電纜引出后，經(jīng)信號調理設備進(jìn)行預處理，再接入性能檢測系統。本文設計性能檢測系統是集數據采集和數據分析為一體的自動(dòng)化設備，具有高效的現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據采集、處理的功能。由快速運算的CPU模塊，精確地數據采集卡和高效的數據處理分析軟件組成，硬件平臺采用PC104板卡搭建。在軟件實(shí)現上，操作系統采用性能穩定并具有良好的人機交互的Windows系統，并采用跨平臺VisualC++開(kāi)發(fā)數據分析及處理的應用軟件，Visual C++提供跨平臺的應用程序框架MFC。

3 硬件平臺的實(shí)現

硬件環(huán)境的設計以PC104板卡作為基本組件，包括CPU、模擬采集卡、數字采集卡。這些板卡通過(guò)PC104總線(xiàn)連接，采用標準的固定孔將這些固定在封閉的機箱中，形成堆疊式的緊湊結構，并具有良好的抗噪聲性能，硬件設計電路圖如圖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，工作主頻可以達到500 MHz，具有128KB一級高速緩存和128KB二級高速緩存。與PC/AT標準完全兼容，并遵從PC/104標準。在PC機上運行的眾多軟件全部能在以SCM/LX-3160為控制核心的嵌入式計算機系統中運行，這也為簡(jiǎn)化應用軟件的設計，提高程序的可移植性。在SCM/LX-3160主板上集成了鍵盤(pán)，鼠標、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PC機幾乎所有的功能。根據工程的需要.在SCM/LX-3160可以擴展不同的板卡，用戶(hù)很容易實(shí)現嵌入式系統的需求。

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)的擴展板，實(shí)現對模擬信號的采集。通過(guò)PC104總線(xiàn)可將其與盛博SCM/LX-3160構成一個(gè)高性能的數據采集與控制系統，適用于結構緊湊、穩定性高的嵌入式應用。該擴展板具有八/十六個(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根據其特點(diǎn)最多可采集十六個(gè)單端模擬輸入信號，并將這些模擬信號變換成8位或12位的數字量，然后送到總線(xiàn)上，讀入存儲器中。信號的量化轉換是由一個(gè)12位的逐次逼近式的變換器來(lái)實(shí)現的，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)輸入的模擬信號精確地數字化。

3.1.3 數字量采集卡

數字信號采集卡選用CDT2000(圖4)。CDT2000也是基于PC104總線(xiàn)的擴展板，實(shí)現對數字信號的采集。與IBMPC兼容盛博SCM/LX-3160構成高性能的數字信號采集控制系統。模塊結構緊湊，非常適合便攜式應用。該擴展板具有獨立的16位8 MHz計數器/定時(shí)器，48通道基于TTL或CMOS的可編程數字量I/O，支持C語(yǔ)言等特點(diǎn)。CDT2000供電電壓僅需5 V，48個(gè)數字量I/O通道可以直接與外部信號輸出設備連接，在設定的范圍內直接感知開(kāi)關(guān)的閉合、數字事件的觸發(fā)或固態(tài)繼電器的動(dòng)作。這樣，不需要擴展外圍復雜的電路，簡(jiǎn)化了系統硬件平臺的設計。

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