基于PC104的陀螺儀動(dòng)態(tài)測試系統設計

　　0 引 言

　　陀螺儀是平臺穩定系統的敏感測量元件，它敏感臺體的角運動(dòng)信號，通過(guò)平臺伺服回路，建立平臺的穩定基準。因此陀螺儀的性能直接影響到平臺穩定系統的性能，對嚴格測試其動(dòng)態(tài)性能指標具有重要的意義。

　　傳統的測試設備和手段復雜且效率低，為了便于對陀螺儀進(jìn)行機內測試，改善測量效果，運用當今主要工業(yè)控制計算機技術(shù)——嵌入式PC／104總線(xiàn)結構來(lái)搭建測試系統，其獨特的堆?？偩€(xiàn)擴展方式，可使其具有體積小、功耗低、可靠性高等特點(diǎn)；其次，利用美國NI公司開(kāi)發(fā)的虛擬儀器LabVIEW，為開(kāi)發(fā)平臺設計軟件，使其人機界面友好、功能強大、開(kāi)發(fā)效率高、可維護性強，且測試精度和可靠性能得到充分保證。

　　1 測試系統硬件組成

　　該測試系統由PC/104工控計算機、DMM-32-AT多功能數據采集卡、信號調理模塊組成。其測試系統組成框圖如圖1所示。

　　(1)PC／104工控計算機。采用DIGITAL-LOG-IC AG公司的MSMP3SEV，它是一個(gè)基于PC／104(ISA總線(xiàn))和PC104／Plus(PCI總線(xiàn))的高可靠ALL-IN-ONE CPU模塊，主板主要集成了最大256 MB內存、256 KB二級高速緩存、2個(gè)RS 232C 串口、1個(gè)LPT1并口、EIED硬盤(pán)接口、標準軟盤(pán)接口、CRT顯示器接口、平板顯示器接口、鼠標接口、1個(gè)USB接口、看門(mén)狗計數／定時(shí)電路等。

　　(2)DMM-32-AT多功能數據采集卡。4路12位D／A模擬輸出，16位差分或32位單端16位模擬輸入，24路數字I／O端口，最高采樣速率為200 Mb／s。該多功能采集卡主要用于激勵信號的產(chǎn)生，測試信號的采集以及控制信號的產(chǎn)生。

　　(3)信號調理模塊。主要是將計算機給定的電壓控制信號變換為電壓或電流信號，對動(dòng)態(tài)測試的激勵信號進(jìn)行整形、放大、濾波，以及對測試信號進(jìn)行濾波，再由數據采集卡進(jìn)行采集和處理。

　　系統的工作原理為：由PC／104控制，通過(guò)DMM-32-AT的D／A端口產(chǎn)生測試信號，經(jīng)過(guò)調理，對陀螺儀力矩器施加指令電流信號，以模擬陀螺儀輸入軸的角運動(dòng)，使力矩器產(chǎn)生一個(gè)力矩，引起陀螺儀自轉軸發(fā)生偏轉。這時(shí)信號器輸出一個(gè)電壓，經(jīng)放大器后轉換成一個(gè)電流輸入到力矩器，使力矩器內原來(lái)外加電流減小到零，使轉子自轉軸處于平衡狀態(tài)。通過(guò)信號調理模塊對信號器上的電壓進(jìn)行變換，由A／D采樣模塊進(jìn)行采樣，輸入到PC／104工控機，系統再對采集數據進(jìn)行處理、判斷和顯示。這整個(gè)過(guò)程是由程序控制自動(dòng)完成的。

　　2 軟件設計

　　陀螺儀的動(dòng)態(tài)測試軟件采用LabVIEW軟件進(jìn)行設計，LabVIEW不僅是軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，而且是一個(gè)編程軟件，它是一種適合應用于任何編程任務(wù)，具有擴展函數庫的通用編程語(yǔ)言。它定義了數據模型、結構類(lèi)型和模塊調用語(yǔ)法規則等編程語(yǔ)言的基本要素，在功能完整性和應用靈活性上不亞于任何高級語(yǔ)言。Lab- VIEW提供了豐富的數據采集、分析和存儲庫函數以及包括DAQ，GPIB，PXI，VXI，RS 232在內的各種儀器通信總線(xiàn)標準的所有功能函數。但是LabVIEW所提供的功能僅能驅動(dòng)NI公司支持的數據采集卡，DMM-32-AT是第三方數據采集模塊，它需要用戶(hù)自己設計開(kāi)發(fā)驅動(dòng)程序。

　　2．1 DMM-32-AT驅動(dòng)程序的實(shí)現

　　LabVlEW提供了對外部代碼調用的接口庫函數。其中，調用庫函數(Call Library Function，CLF)節點(diǎn)使得用戶(hù)可以方便地調用標準共享庫和自定義庫函數。在此，設計的數據采集系統就是通過(guò)LabVIEW提供的。CLF實(shí)現對動(dòng)態(tài)連接庫(Dynamic Link Library，DLL)調用的方法．完成對第三方數據采集模塊的驅動(dòng)，實(shí)現LabVIEW與普通數據采集模塊的結合。

　　使用VC++生成一個(gè)dmm32driver．dll的動(dòng)態(tài)鏈接庫，通過(guò)CLF節點(diǎn)對其調用，以實(shí)現該數據采集卡的驅動(dòng)，該程序實(shí)現的主要源代碼為：

　　需要注意的是，在頭文件中加入extcode．h，以便在DLL程序中使用LabVIEW中的數據類(lèi)型，避免在傳遞參數和返回值時(shí)沖突。其次，需要在導出的函數原型前添加_declspec(dllexport)關(guān)鍵字，指出函數的出口。由此，可從一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫文件中輸出數據、函數、類(lèi)以及類(lèi)成員函數而不需要．def文件。

　　2．2 數據采集流程

　　該測試系統采用如圖2所示的單線(xiàn)程循環(huán)軟件架構。采用單線(xiàn)程結構可以保證每個(gè)任務(wù)在一次數據采集循環(huán)中都能得到有效執行，既能滿(mǎn)足數據的實(shí)時(shí)采集，又能保證數據的完整存儲，增強了測試的可靠性。與此同時(shí)，采用單線(xiàn)程結構也簡(jiǎn)化了流程控制，避免了多線(xiàn)程結構中各個(gè)任務(wù)之間的調度與控制的復雜問(wèn)題。