基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡在工業(yè)中的應用

龍 杰，趙秋明，賈磊磊，2

（1.桂林電子科技大學信息與通信學院；2.桂林航天工業(yè)高等專科學校電子信息工程系，桂林541004）

0 引言

目前信息社會的發(fā)展，很大程度上取決于信息與信號處理技術的先進性。隨著數(shù)字信號處理技術的出現(xiàn)，改變了信息與信號處理技術的整體面貌，而數(shù)據(jù)采集作為數(shù)字信號處理的必不可少的前期工作在整個數(shù)字系統(tǒng)中起到關鍵性乃至決定性的作用，甚至其應用已經(jīng)深入到信號處理的各個領域中。在現(xiàn)代質(zhì)量管理中，工廠質(zhì)量檢驗是質(zhì)量體系中的一個重要因素，質(zhì)量檢驗起著十分重要的作用。面對日益激烈的市場競爭，企業(yè)希望檢驗設備能夠成為提高工作效率的重要手段，這就需要更快的檢驗速度，更高的檢驗精度，更簡便的操作方式與更周全的可擴展性。

PCI是（Peripheral Component Interconnect，外設部件互連標準）一種不依附于某個具體處理器的局部總線。從結構上看，PCI是在CPU和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級總線，具體由一個橋接電路實現(xiàn)對這一層的管理，并實現(xiàn)協(xié)調(diào)上下之間的接口以進行數(shù)據(jù)的傳送。PCI作為一種高性能的計算機局部總線，近年來早已廣泛采用于計算機內(nèi)部總線。當前PC中的PCI總線擁有33 MHz、66 MHz工作頻率，32 bit、64 bit位數(shù)據(jù)位寬和最大132 MB/s的傳輸速度，非常適于一些高速外接設備與PC進行數(shù)據(jù)通信［1］。

1 系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)構成

本文的應用背景是某廠實驗室避孕套產(chǎn)品爆破性能檢測設備，實驗要求是對避孕套產(chǎn)品進行自動充氣，實時采集其直至破裂時的壓力和體積，并記錄數(shù)據(jù)，設計基于數(shù)據(jù)采集卡PCI8735的檢測設備，以滿足實驗要求。系統(tǒng)結構如圖1。

圖1 系統(tǒng)結構圖

1.2 硬件電路

1.2.1 數(shù)據(jù)采集卡

PCI8735數(shù)據(jù)采集卡是13位的低損耗多功能數(shù)據(jù)采集卡，具有獨特的電路設計和完善的數(shù)據(jù)采集與控制功能，支持即插即用，即直接插在IBMPC/AT或與之兼容的計算機內(nèi)的任一PCI插槽中，具有FIFO的高速緩存，可靈活選定輸入類型和范圍，具有32通道單端、16路雙端模/數(shù)輸入（AI/DI）、16通道數(shù)字量輸出（DO），采集速率可達500 k Hz，A/D轉(zhuǎn)換時間小于1.6μs，板載時鐘振蕩頻率為40 MHz，同時該卡還提供A/D模擬量輸入的校準功能。

本系統(tǒng)主要應用其較強的數(shù)據(jù)輸入輸出功能，用模擬量輸入通道實時采集產(chǎn)品爆破時的壓力、流量信號，再用其數(shù)字量輸出控制夾套加緊產(chǎn)品、升降、充氣、指示燈等。PCI8735數(shù)據(jù)采集板卡插在計算機主機PCI插槽內(nèi)，通過PCL10168通訊電纜與外圍接口電路連接，完成實驗裝置與計算機之間的數(shù)據(jù)通訊。

1.2.2 外圍電路

外圍電路由電源電路、信號輸入電路、濾波電路、輸出控制電路構成，如圖2。

圖2 外圍電路

信號輸入電路包括壓力傳感器和質(zhì)量流量計，壓力傳感器的量程為0～5 k Pa，對應輸出為4～20 m A的標準直流信號，質(zhì)量流量計的量程為0～60 L/min，對應輸出為4～20 m A的標準直流信號。濾波電路由濾波器抑制高頻干擾，隔離電路由光耦組成，控制電路采用雙光耦組成推挽式電路，并用三極管放大驅(qū)動若干個固態(tài)繼電器，如圖3。系統(tǒng)工作電壓由電源電路提供。

圖3 控制電路

1.2.3 抗干擾技術

一個系統(tǒng)的正確與否，不僅取決于系統(tǒng)的設計思想和方法，同時還取決于系統(tǒng)的抗干擾措施。本文主要是用以下幾種抗干擾方法［2］。

電源干擾：用一階低通濾波器抑制高頻干擾。工業(yè)用電中含有多種高次諧波，它們很容易經(jīng)電源進入數(shù)據(jù)采集卡，從而造成數(shù)據(jù)采集錯誤。

抑制空間電磁干擾：由于金屬材料對于電磁波具有較好的吸收和反射。故將普通的信號線換成屏蔽線，屏蔽層良好接地，使現(xiàn)場中的干擾信號不容易串入系統(tǒng)。

信號傳輸通道抗干擾：用光電耦合器對系統(tǒng)輸入輸出通道從電氣上隔離開來，有效地防止干擾的侵入。

1.3 系統(tǒng)工作過程

由以上設備設計的基于數(shù)據(jù)采集卡PCI8735的計算機檢測系統(tǒng)，如圖4所示。該系統(tǒng)首先檢測是否有開關信號，若有，則開關信號經(jīng)光耦進行隔離，通過PCI數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸入通道傳給PC機，PC機檢測到開關信號后，經(jīng)PCI8735數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字量輸出通道輸出TTL電平控制信號，控制信號再經(jīng)光耦隔離，三極管放大驅(qū)動繼電器控制換向閥使產(chǎn)品充氣直至破裂，同時用壓力傳感器檢測壓力，質(zhì)量流量計檢測流量，并由PCI8735數(shù)據(jù)采集卡對這2個模擬信號進行采集并送PC機。

圖4 計算機檢測系統(tǒng)構成圖

1.4 系統(tǒng)軟件

Visual Basic（VB）是面向?qū)ο蠡幊陶Z言，也是可視化語言中最簡單易學的一門編程語言。其編程系統(tǒng)又采用了面向?qū)ο?、事件?qū)動的編程機制，用一種巧妙的方法把Windows的編程復雜性封裝起來，提供了一種所見即所得的可視界面設計方法［3］。在VB中可以通過控件（DAO控件、RDO控件、ADO控件）實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫編程，操作十分簡單易行。其中ADO控件可以遠程訪問多種數(shù)據(jù)庫，例如Access，SQLSever，Oracle，Sybase，DB2等。只要局域網(wǎng)中的每臺電腦都共享其數(shù)據(jù)庫文件，VB中的DAO控件就會通過Microsoft Jet數(shù)據(jù)引擎訪問到數(shù)據(jù)庫。

本文軟件根據(jù)該公司提供的VB模塊文件，調(diào)用API函數(shù)，實現(xiàn)VB與采集卡的通信，使用ADO對象編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問，并采用SQL Server進行數(shù)據(jù)的查詢、搜索、修改與增加［4］。首先建立Acess數(shù)據(jù)庫comdon.mdb、用戶信息表userInfo、基本信息設置表basicinfo、產(chǎn)品信息表comdonInfo，并用SQL Server建立服務器P－B6D0D42F8F2E4、數(shù)據(jù)庫comdon1、密碼為asdf的用戶sa，而VB程序周期掃描操作人員開關動作，當判斷有動作時，輸出控制信號，并實時采集壓力、流量，爆破結束后把最終壓力、體積值等存儲到Acess數(shù)據(jù)庫comdon.mdb，并輸出結束信號。軟件流程圖如圖5，程序主界面如圖6。

圖5 流程圖

圖6 程序主界面

同時本文軟件還具有用戶管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表生成、報表打印、檢驗報告單打印等功能。部分相關代碼如下：Device LgcID＝0

1.5 實驗

我們在室內(nèi)環(huán)境下進行了200組產(chǎn)品實驗。圖7是實驗數(shù)據(jù)導出的excel表。實驗結果表明，在人員參與成分少的情況下，最終爆破體積均大于國標要求18 L，該系統(tǒng)已基本滿足實驗要求。

2 結語

實驗證明，利用基于VB的PC與PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡通信建立的檢測設備，可降低檢驗人員參與的成分，降低檢驗人員的工作壓力和勞動強度，提高了檢驗質(zhì)量。

圖7 實驗數(shù)據(jù)

［1］李晨陽，續(xù)志軍.SP視頻采集驅(qū)動設計［J］.制造業(yè)自動化，2010，32（9）：3－6.

［2］張軍，彭宣戈.嵌入式系統(tǒng)硬件抗干擾技術［J］.微計算機信息，2006，22（5－2）：16－17.

［3］馬人驕，趙雪峰.基于VB鍋爐熱平衡計算及炯分析程序開發(fā)［J］.長春工程學院學報：自然科學版，2008，9（4）：32－34.

［4］顧志遠，洪國勝.VISUAL BASIC入門與應用［M］.北京：清華大學出版社，1996：428－450.