《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于PC104的陀螺儀動態(tài)測試系統(tǒng)設(shè)計
摘要: 提出一種基于PC/104的陀螺儀動態(tài)測試系統(tǒng),,并分析該測控系統(tǒng)的軟/硬件基本構(gòu)成,。在系統(tǒng)組建過程中,,由于利用了可靠的PC/104工控機和數(shù)據(jù)采集卡,以及高性能的虛擬儀器編程軟件,,使得系統(tǒng)組建效率高,性能可靠,而且可以方便地對測試結(jié)果進(jìn)行判斷,,簡單易用。
Abstract:
Key words :

  0 引 言

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

  傳統(tǒng)的測試設(shè)備和手段復(fù)雜且效率低,,為了便于對陀螺儀進(jìn)行機內(nèi)測試,改善測量效果,,運用當(dāng)今主要工業(yè)控制計算機技術(shù)——嵌入式PC/104總線結(jié)構(gòu)來搭建測試系統(tǒng),,其獨特的堆棧總線擴展方式,,可使其具有體積小,、功耗低、可靠性高等特點,;其次,,利用美國NI公司開發(fā)的虛擬儀器LabVIEW,為開發(fā)平臺設(shè)計軟件,,使其人機界面友好,、功能強大、開發(fā)效率高,、可維護(hù)性強,,且測試精度和可靠性能得到充分保證。

  1 測試系統(tǒng)硬件組成

  該測試系統(tǒng)由PC/104工控計算機,、DMM-32-AT多功能數(shù)據(jù)采集卡,、信號調(diào)理模塊組成,。其測試系統(tǒng)組成框圖如圖1所示,。

測試系統(tǒng)組成框圖

  (1)PC/104工控計算機,。采用DIGITAL-LOG-IC AG公司的MSMP3SEV,它是一個基于PC/104(ISA總線)和PC104/Plus(PCI總線)的高可靠ALL-IN-ONE CPU模塊,,主板主要集成了最大256 MB內(nèi)存,、256 KB二級高速緩存,、2個RS 232C 串口、1個LPT1并口,、EIED硬盤接口,、標(biāo)準(zhǔn)軟盤接口、CRT顯示器接口,、平板顯示器接口,、鼠標(biāo)接口、1個USB接口,、看門狗計數(shù)/定時電路等,。

  (2)DMM-32-AT多功能數(shù)據(jù)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(shù)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(diào)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(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集和處理,。

  系統(tǒng)的工作原理為:由PC/104控制,通過DMM-32-AT的D/A端口產(chǎn)生測試信號,,經(jīng)過調(diào)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,,使力矩器產(chǎn)生一個力矩,,引起陀螺儀自轉(zhuǎn)軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這時信號器輸出一個電壓,,經(jīng)放大器后轉(zhuǎn)換成一個電流輸入到力矩器,,使力矩器內(nèi)原來外加電流減小到零,使轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸處于平衡狀態(tài),。通過信號調(diào)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(tǒng)再對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,、判斷和顯示,。這整個過程是由程序控制自動完成的。

  2 軟件設(shè)計

  陀螺儀的動態(tài)測試軟件采用LabVIEW軟件進(jìn)行設(shè)計,,LabVIEW不僅是軟件開發(fā)環(huán)境,,而且是一個編程軟件,它是一種適合應(yīng)用于任何編程任務(wù),,具有擴展函數(shù)庫的通用編程語言,。它定義了數(shù)據(jù)模型、結(jié)構(gòu)類型和模塊調(diào)用語法規(guī)則等編程語言的基本要素,,在功能完整性和應(yīng)用靈活性上不亞于任何高級語言,。Lab- VIEW提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析和存儲庫函數(shù)以及包括DAQ,,GPIB,,PXI,VXI,,RS 232在內(nèi)的各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù),。但是LabVIEW所提供的功能僅能驅(qū)動NI公司支持的數(shù)據(jù)采集卡,DMM-32-AT是第三方數(shù)據(jù)采集模塊,,它需要用戶自己設(shè)計開發(fā)驅(qū)動程序,。

  2.1 DMM-32-AT驅(qū)動程序的實現(xiàn)

  LabVlEW提供了對外部代碼調(diào)用的接口庫函數(shù)。其中,,調(diào)用庫函數(shù)(Call Library Function,,CLF)節(jié)點使得用戶可以方便地調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)共享庫和自定義庫函數(shù)。在此,,設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是通過LabVIEW提供的,。CLF實現(xiàn)對動態(tài)連接庫(Dynamic Link Library,DLL)調(diào)用的方法.完成對第三方數(shù)據(jù)采集模塊的驅(qū)動,,實現(xiàn)LabVIEW與普通數(shù)據(jù)采集模塊的結(jié)合,。

  使用VC++生成一個dmm32driver.dll的動態(tài)鏈接庫,通過CLF節(jié)點對其調(diào)用,,以實現(xiàn)該數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動,,該程序?qū)崿F(xiàn)的主要源代碼為:

主要源代碼

主要源代碼

  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(shù)據(jù)類型,,避免在傳遞參數(shù)和返回值時沖突。其次,,需要在導(dǎo)出的函數(shù)原型前添加_declspec(dllexport)關(guān)鍵字,,指出函數(shù)的出口。由此,,可從一個動態(tài)鏈接庫文件中輸出數(shù)據(jù),、函數(shù),、類以及類成員函數(shù)而不需要.def文件。

  2.2 數(shù)據(jù)采集流程

  該測試系統(tǒng)采用如圖2所示的單線程循環(huán)軟件架構(gòu),。采用單線程結(jié)構(gòu)可以保證每個任務(wù)在一次數(shù)據(jù)采集循環(huán)中都能得到有效執(zhí)行,,既能滿足數(shù)據(jù)的實時采集,又能保證數(shù)據(jù)的完整存儲,,增強了測試的可靠性,。與此同時,采用單線程結(jié)構(gòu)也簡化了流程控制,,避免了多線程結(jié)構(gòu)中各個任務(wù)之間的調(diào)度與控制的復(fù)雜問題,。

 測試系統(tǒng) 

   2.3 系統(tǒng)程序設(shè)計

  虛擬測試系統(tǒng)的主要功能是實時接收數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(如濾波,,F(xiàn)FT變換等),、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)實時顯示。操作者根據(jù)數(shù)據(jù)判斷測試指標(biāo)是否合格,。

 

  程序設(shè)計的數(shù)據(jù)采集過程為:在開始數(shù)據(jù)采集后,,DAQ卡不斷地采集數(shù)據(jù),并將它們存貯在指定的緩沖區(qū)中,;然后LabVIEW每隔一段時間,,將一批數(shù)據(jù)送入計算機進(jìn)行處理。如果緩沖區(qū)存放已滿,,DAQ卡就會又重新從內(nèi)存起始地址寫入新數(shù)據(jù),,覆蓋原來的數(shù)據(jù)。這個過程一直持續(xù),,直到采集到了指定數(shù)目的數(shù)據(jù)點,或者中止采集過程,。程序方框圖如圖3所示,。在對陀螺輸出信號進(jìn)行測量時,采用了多次采樣取平均值的方法,,以減小誤差,。

程序方框圖

  3 結(jié) 語

  在此,提出一種基于PC/104的陀螺儀動態(tài)測試系統(tǒng),,并分析該測控系統(tǒng)的軟/硬件基本構(gòu)成,。在系統(tǒng)組建過程中,由于利用了可靠的PC/104工控機和數(shù)據(jù)采集卡,,以及高性能的虛擬儀器編程軟件,,使得系統(tǒng)組建效率高,性能可靠,,而且可以方便地對測試結(jié)果進(jìn)行判斷,,簡單易用,。

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