基于PC104總線的性能檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：為了適應(yīng)外場裝備檢測裝置的需求，以某型自行火炮的隨動系統(tǒng)為例，基于PC104嵌入式控制總線的高效數(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Visual C++軟件開發(fā)工具進(jìn)行實(shí)時顯示，確定隨動系統(tǒng)的工作狀態(tài)。應(yīng)用結(jié)果表明，該性能檢測系統(tǒng)攜帶方便，能實(shí)時采集信號，并對信號進(jìn)行準(zhǔn)確的分析處理，具有較高的實(shí)時性和穩(wěn)定性。

　　隨動系統(tǒng)又稱為伺服控制系統(tǒng)，在誤差允許的范圍內(nèi)，隨動系統(tǒng)的輸入信號通過反饋校正電路，實(shí)現(xiàn)對輸出信號的控制。在航空、軍用裝備和工程建設(shè)中，隨動系統(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)卓越性能評價的重要參考指標(biāo)。武器裝備常用于外場工作，因此隨動系統(tǒng)的性能檢測設(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，它的片外總線接口是PC104總線。數(shù)個PC104板卡可以通過堆疊方式組合到一個大小合適的機(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。

　　在對武器裝備進(jìn)行測試維護(hù)時，經(jīng)常對設(shè)備中的各類信號進(jìn)行實(shí)時的采集、處理與分析，從而對武器裝備的工作狀態(tài)做出判斷，及時了解武器的性能。以往的檢測系統(tǒng)比較笨重，攜帶不便，很難應(yīng)用于野外工作的需要。同時，受外界多種噪聲的影響，動態(tài)信號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)時檢測系統(tǒng)受到人們的廣泛關(guān)注。因此，本文設(shè)計(jì)了基于PC104總線的性能檢測系統(tǒng)，憑借PC104板卡的高速處理能力完成用戶對隨動系統(tǒng)的實(shí)時信號的監(jiān)測。

　　2 性能檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

　　設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的工作狀態(tài)信號是衡量其工作性能的重要參數(shù)。性能檢測系統(tǒng)必須實(shí)時采集設(shè)備的工作狀態(tài)信號，并能及時做出分析和判斷，這些工作狀態(tài)信號引出后，不能影響隨動系統(tǒng)的正常工作，并且性能檢測系統(tǒng)要與隨動系統(tǒng)工作同步。信號由專用電纜引出后，經(jīng)信號調(diào)理設(shè)備進(jìn)行預(yù)處理，再接入性能檢測系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)性能檢測系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析為一體的自動化設(shè)備，具有高效的現(xiàn)場實(shí)時數(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VisualC++開發(fā)數(shù)據(jù)分析及處理的應(yīng)用軟件，Visual C++提供跨平臺的應(yīng)用程序框架MFC。

　　3 硬件平臺的實(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PC104總線連接，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一級高速緩存和128KB二級高速緩存。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，鼠標(biāo)、USB 2.0、串口、并口、2個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總線的擴(kuò)展板，實(shí)現(xiàn)對模擬信號的采集。通過PC104總線可將其與盛博SCM/LX-3160構(gòu)成一個高性能的數(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語言等特點(diǎn)。ADT620根據(jù)其特點(diǎn)最多可采集十六個單端模擬輸入信號，并將這些模擬信號變換成8位或12位的數(shù)字量，然后送到總線上，讀入存儲器中。信號的量化轉(zhuǎn)換是由一個12位的逐次逼近式的變換器來實(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態(tài)輸入的模擬信號精確地?cái)?shù)字化。

　　3.1.3 數(shù)字量采集卡

　　數(shù)字信號采集卡選用CDT2000(圖4)。CDT2000也是基于PC104總線的擴(kuò)展板，實(shí)現(xiàn)對數(shù)字信號的采集。與IBMPC兼容盛博SCM/LX-3160構(gòu)成高性能的數(shù)字信號采集控制系統(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/定時器，48通道基于TTL或CMOS的可編程數(shù)字量I/O，支持C語言等特點(diǎn)。CDT2000供電電壓僅需5 V，48個數(shù)字量I/O通道可以直接與外部信號輸出設(shè)備連接，在設(shè)定的范圍內(nèi)直接感知開關(guān)的閉合、數(shù)字事件的觸發(fā)或固態(tài)繼電器的動作。這樣，不需要擴(kuò)展外圍復(fù)雜的電路，簡化了系統(tǒng)硬件平臺的設(shè)計(jì)。