摘 要：介紹了一種能夠采集、存儲(chǔ)、讀取以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的燃?xì)饽茉礈y(cè)試系統(tǒng)研究，討論了各功能模塊的應(yīng)用以及它們之間的傳輸方式并給出該系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方案。通過(guò)用VB實(shí)現(xiàn)的軟件界面進(jìn)行控制硬件實(shí)現(xiàn)功能，最后在上位機(jī)上讀取采集的數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)標(biāo)定波形顯示。 關(guān)鍵詞：測(cè)試系統(tǒng)，軟件界面，讀取數(shù)據(jù)，波形顯示 Abstract：This article introduces the research of gas-fired energy sources testing system based on collection、memory、read and real-time inspect. The application and transmission of every function module are discussed, as well as its hardware implementation. With Using VB to realize software interface and control hardware implementation, finally reading collection data and real-time demarcating the wave show. Keywords：testing system;software interface;reading data;wave show 1 引言 　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步，從50年代起，計(jì)算機(jī)就被引入到壓力系統(tǒng)的測(cè)試中來(lái)。直到80年代以后，計(jì)算機(jī)和測(cè)試系統(tǒng)才精密地結(jié)合起來(lái)，融為一體，用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能來(lái)替代傳統(tǒng)儀器的某些硬件，實(shí)現(xiàn)其功能，形成“虛擬儀器”。本文正是基于這一點(diǎn)對(duì)能源供給系統(tǒng)各性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試的，選用靜態(tài)存儲(chǔ)器628512、Xilinx公司的FPGA XC2S50E和FIFO組成一個(gè)采集、存儲(chǔ)、讀取以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這里主要介紹燃?xì)饽茉礈y(cè)試儀的硬件設(shè)計(jì)及其燃?xì)饽茉礈y(cè)試儀軟件的實(shí)現(xiàn)。 2 硬件設(shè)計(jì) 　　2.1 系統(tǒng)框圖 　　測(cè)試儀的系統(tǒng)總體原理框圖如圖1所示。主要由前置信號(hào)調(diào)理模塊、多路采集模塊、中心控制單元模塊、存儲(chǔ)模塊、接口模塊、電源模塊等幾部分組成。 [align=center] 圖1[/align] 　　2.2 硬件工作原理 　　前置信號(hào)調(diào)理模塊主要是將8路電壓信號(hào)（幅值為-10V～+10V）、16路壓力信號(hào)（幅值為0mV～20mV）進(jìn)行信號(hào)的調(diào)理，將其幅值調(diào)理到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊所能接收的電壓范圍（0V～5V）。其中對(duì)電壓信號(hào)我們用通用運(yùn)算放大器構(gòu)成信號(hào)運(yùn)算電路進(jìn)行調(diào)理;對(duì)微弱壓力信號(hào)我們先通過(guò)儀表放大器對(duì)其進(jìn)行放大，然后再通過(guò)低通濾波電路進(jìn)行噪聲的濾除。 　　對(duì)時(shí)統(tǒng)信號(hào)我們通過(guò)電平驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，然后將驅(qū)動(dòng)后的信號(hào)送入中心控制單元用以可靠地啟動(dòng)系統(tǒng)的工作。 　　多路選擇模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將經(jīng)過(guò)調(diào)理后的電壓信號(hào)和壓力信號(hào)進(jìn)行信號(hào)的輪流選通和模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將所有模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入中心控制單元。 　　中心控制單元主要是產(chǎn)生各種控制信號(hào)，完成對(duì)系統(tǒng)各部分的協(xié)調(diào)工作。中心控制單元接收到來(lái)自工作模式控制開(kāi)關(guān)或上位機(jī)工作模式控制的控制命令后，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)來(lái)完成對(duì)應(yīng)的功能，最后中心控制單元將所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，然后將數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)進(jìn)行事后讀數(shù)或送入上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。 　　存儲(chǔ)模塊由靜態(tài)存儲(chǔ)器、先進(jìn)先出存儲(chǔ)器（FIFO）和相應(yīng)的接口電路模塊組成。靜態(tài)存儲(chǔ)器主要是存儲(chǔ)事后讀取的數(shù)據(jù)，先進(jìn)先出存儲(chǔ)器主要是存儲(chǔ)實(shí)時(shí)顯示的數(shù)據(jù)，接口電路塊主要是完成信號(hào)的隔離和驅(qū)動(dòng)功能。 　　測(cè)試儀共有“自檢”、“清空”、“采集”、“讀數(shù)”和“標(biāo)定”5個(gè)工作狀態(tài)，任何時(shí)刻只能有一個(gè)工作狀態(tài)有效。其中“標(biāo)定”控制狀態(tài)是通過(guò)上位機(jī)來(lái)控制的，“自檢”、“清空”、“采集”、“讀數(shù)”、“采樣率選擇”既可通過(guò)外部的開(kāi)關(guān)來(lái)控制，也可通過(guò)上位機(jī)來(lái)控制（但任何時(shí)刻兩種控制模式只能選用其中一種）。 　　“自檢”狀態(tài)有效時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入自檢狀態(tài)，中心控制邏輯開(kāi)始啟動(dòng)A/D，采集其系統(tǒng)中的預(yù)置電壓并進(jìn)行判讀，當(dāng)判讀其所采集回的電壓值在其預(yù)置電壓的范圍之中，則認(rèn)為其采集回路正常工作，工作指示燈就會(huì)點(diǎn)亮，指示“自檢”成功;若其所采集回的預(yù)置電壓值不在預(yù)定的范圍，則認(rèn)為其采集回路異常工作，工作指示燈就不會(huì)被點(diǎn)亮，系統(tǒng)就一直處于自檢狀態(tài)。 　　“清空”狀態(tài)有效時(shí)，則整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入“清空”狀態(tài)，中心控制邏輯開(kāi)始向靜態(tài)存儲(chǔ)器中寫(xiě)“00”數(shù)據(jù)，直至存儲(chǔ)器寫(xiě)滿為止。在每次存儲(chǔ)之前都需要將系統(tǒng)清空，以防再次采集時(shí)的數(shù)據(jù)和前次采集時(shí)的數(shù)據(jù)混在一起。 　　“標(biāo)定”狀態(tài)有效時(shí)，則整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入“標(biāo)定”狀態(tài)，即實(shí)時(shí)標(biāo)定壓力傳感器的狀態(tài)。首先，在軟件中先設(shè)置一個(gè)預(yù)知壓力值，然后給壓力傳感器施加該壓力值，在中心控制邏輯的作用下，系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)并行接口實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的壓力傳感器信號(hào)，同時(shí)實(shí)時(shí)觀察該壓力值對(duì)應(yīng)采集回的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后確認(rèn)該數(shù)據(jù)為所給壓力值對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ);然后改變標(biāo)準(zhǔn)的壓力傳感器信號(hào)，再次進(jìn)行同樣的“采集”過(guò)程。重復(fù)這樣的步驟6次，得到6個(gè)壓力值和其對(duì)應(yīng)的6個(gè)數(shù)據(jù)。通過(guò)軟件，依據(jù)此六組對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)就可以將壓力傳感器信號(hào)和其對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)值擬合成一次線性曲線的關(guān)系并計(jì)算出該曲線的線性度和零點(diǎn)值，擬合采用最小二乘法。從擬合出的曲線和計(jì)算的線性度即可以檢驗(yàn)壓力傳感器是否合格。 　　“采集”狀態(tài)有效時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入“采集”狀態(tài)。為了能夠保證時(shí)統(tǒng)信號(hào)到來(lái)時(shí)刻的數(shù)據(jù)完整性，這里采用了“負(fù)延遲” 的采集思路：只要“采集”狀態(tài)有效，系統(tǒng)就開(kāi)始循環(huán)采集，并等待時(shí)統(tǒng)信號(hào)的到來(lái);當(dāng)時(shí)統(tǒng)信號(hào)到來(lái)后，若按采樣率2KHz來(lái)計(jì)算，要求最大采樣時(shí)間50S，由于系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量為3MByte，而采集的數(shù)據(jù)量為2.67MByte，所以系統(tǒng)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)肯定包括有時(shí)統(tǒng)信號(hào)到來(lái)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，即保證了此刻數(shù)據(jù)采集的完整性。當(dāng)計(jì)算機(jī)將此數(shù)據(jù)讀回后就可以通過(guò)數(shù)據(jù)分析把所有采集的信號(hào)與時(shí)統(tǒng)信號(hào)的關(guān)系繪制出來(lái)，從而得知時(shí)統(tǒng)信號(hào)到來(lái)時(shí)刻各路電壓及壓力傳感器的輸出信號(hào)的狀況。 　　“讀數(shù)”狀態(tài)有效時(shí)，則整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入“讀數(shù)”狀態(tài)，系統(tǒng)的控制權(quán)交給了計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)并行接口的控制下，通過(guò)中心控制邏輯，就可以將測(cè)試儀中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀入計(jì)算機(jī)。 3 軟件設(shè)計(jì) 　　3.1 燃?xì)饽茉礈y(cè)試儀軟件功能結(jié)構(gòu) 　　燃?xì)饽茉礈y(cè)試系統(tǒng)的使用離不開(kāi)軟件的配合，而軟件的功能分為兩大部分：控制燃?xì)饽茉礈y(cè)試儀工作狀態(tài)功能和事后數(shù)據(jù)處理功能。其中控制燃?xì)饽茉礈y(cè)試儀工作狀態(tài)功能包括：擦除功能、復(fù)位功能、讀數(shù)功能;事后數(shù)據(jù)處理功能包括：數(shù)據(jù)原碼顯示、DG和TREF的時(shí)刻時(shí)間顯示、曲線顯示等功能。燃?xì)饽茉礈y(cè)試儀軟件總流程圖如圖2所示： [align=center] 圖2[/align] 　　設(shè)備擦除模塊包含兩項(xiàng)功能：設(shè)備擦除和設(shè)備驗(yàn)證。啟動(dòng)軟件，執(zhí)行“設(shè)備打開(kāi)”和“設(shè)備復(fù)位”后，點(diǎn)擊“設(shè)備擦除”按鈕或菜單項(xiàng)進(jìn)入設(shè)備擦除模塊。設(shè)備擦除完之后，可以進(jìn)行“設(shè)備驗(yàn)證”操作，可以確保存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)被徹底擦除掉。然后點(diǎn)擊“設(shè)備讀數(shù)”按鈕或菜單項(xiàng)進(jìn)入設(shè)備讀數(shù)模塊，輸入讀取數(shù)據(jù)的大小，然后選擇文件存放路徑，點(diǎn)擊讀取數(shù)據(jù)按鈕即可。數(shù)據(jù)分析子模塊主要完成對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，包括“數(shù)據(jù)預(yù)處理“、“數(shù)據(jù)分析”、“全部顯示”、“選擇顯示”和“單路顯示”子模塊。 　　3.2 燃?xì)饽茉礈y(cè)試儀軟件標(biāo)定 　　對(duì)燃?xì)饽茉礈y(cè)試儀軟件進(jìn)行模擬采集，信號(hào)源采用了標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。燃?xì)饽茉礈y(cè)試儀信號(hào)源模擬壓力傳感器輸出的16路壓力信號(hào)（mV）和舵反饋的8路電壓信號(hào)（V），讓燃?xì)饽茉礈y(cè)試儀進(jìn)行采集和記錄。采集記錄結(jié)束后通過(guò)計(jì)算機(jī)并行接口把數(shù)據(jù)從燃?xì)饽茉礈y(cè)試儀讀入計(jì)算機(jī)中，通過(guò)配套軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和繪制曲線，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)饽茉礈y(cè)試儀軟件的標(biāo)定。下圖3是傳感器實(shí)時(shí)標(biāo)定的測(cè)試波形。 [align=center] 圖3[/align] 4 結(jié)束語(yǔ) 　　燃?xì)饽茉礈y(cè)試儀對(duì)能源供給系統(tǒng)的各性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量的信號(hào)有來(lái)自壓力傳感器的16路壓力信號(hào)，8路反饋電壓信號(hào)以及1路時(shí)統(tǒng)信號(hào)，A/D采集有效位數(shù)為8位，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量達(dá)到3MB，在2KHz的采樣頻率下記錄時(shí)間為50秒或在1KHz的采樣頻率下記錄時(shí)間為100秒的容量為2.734MB。另外，還可以通過(guò)改進(jìn)這個(gè)設(shè)備應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 譚才彪.燃油試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)研究.貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，2006年：5：6～7 　　[2] 楊碩，張海濱，宋文濤.通用FPGA算法測(cè)試平臺(tái).微計(jì)算機(jī)信息，2006年：第7-2期 　　[3] 劉炳文.Visual Basic程序設(shè)計(jì)教程.北京：清華大學(xué)出版社，2000年. 　　[4] Diane Zak.Programming wigh Microsoft Visual Basic 6.0.北京：電子工業(yè)出版社，2002年.