馬志剛

（山西農業(yè)大學 信息科學與工程學院，山西 太谷 030801）

基于PXI總線的多路數據采集系統(tǒng)設計

馬志剛

（山西農業(yè)大學 信息科學與工程學院，山西 太谷 030801）

針對航天測試系統(tǒng)中提出的多通道數據采集要求，采用PXI采集卡，設計了多路溫度、液位、電壓等信號的采集系統(tǒng)。使用VC++2008編寫了采集控制程序，可以實時顯示和處理多路測試數據。本系統(tǒng)已成功應用于某測試任務。

PXI總線；數據采集；VC++2008；采集控制程序

隨著現代計算機技術和電子測試技術的飛速發(fā)展，對測試系統(tǒng)提出了越來越高的要求。20世紀末，NI公司發(fā)布了PXI總線系統(tǒng)。PXI總線除了具有PCI總線的功能外，在儀器儀表方面，還提供了觸發(fā)、局部總線、系統(tǒng)時鐘等機制以滿足高性能儀器儀表應用的要求。PXI總線滿足VISA（Virtual Instrument Software Architecture）體系，確保了對工業(yè)標準的個人計算機的軟件兼容。PXI模塊儀器系統(tǒng)以其卓越的性能和極低的價格，使越來越多的從事自動測試測量的工程技術人員開始關注其發(fā)展及應用[1-4]。

為滿足某航天測試任務要求，本文采用凌華科技的PXI-2206數據采集卡和PXI-2208數據采集卡，使用VC++2008編寫控制程序，實現了多路溫度、液位、電壓等信號的采集和實時顯示。

1 系統(tǒng)方案設計

模擬信號采集是將被測的模擬信號轉換成計算機能處理的數字信號的過程。選用模擬采集卡時，除了要了解板卡的核心器件（A/D轉換器）以外，還需了解板卡的其它相關部件和指標[5]。

1.1 板卡選型依據及分析

對于模擬采集卡的選型，主要從以下4個方面進行考慮[6]：1）信號幅值范圍和分辨率

模擬采集卡的幅值范圍和分辨率體現的是其能采集的模擬信號的電壓范圍和采集精度。對于某一特定的采集卡，其分辨率是一定的，因此幅值范圍就決定了采集數據的精度。例如一塊16位的采集卡，如果其采集范圍越大，其一個量化單位所對應的值也就越大，精度越小；反正則精度越大。

2）最高采樣率

模擬采集卡的最高采樣率表示了它的最高采樣速度，它限制了采集卡能處理的信號的最高頻率 （最高采樣率的一半）。最高采樣率表示的是單通道采樣時能使用的最高采樣頻率，因此對于多通道采樣來說，每通道能夠達到的最高采樣率是最高采樣率與通道數的商[7]。

3）通道數

通道數是指采集卡能同時采集多少路信號。

4）信號輸入方式

根據測量信號源類型的不同，其輸入方式也不同，可分為3種：無參考地單端輸入方式（NRSE），有參考地單端輸入方式（RSE）和差分輸入方式（DIFF）。

1.2 方案設計

根據某航天測試任務要求，本測試系統(tǒng)需要采集83路信號，如表1所示。

鑒于本測試系統(tǒng)需要采集的信號路數較多，且各自要求的采樣位數不盡相同，故選用了兩塊采集卡，分別是：PXI-2208和 PXI-2206。

PXI-2208采集卡可以同時采集96路單端模擬量信號，采樣位數為12位，因此69路溫度信號可全部由PXI-2208采集處理，它們共同采用一個溫度信號地與采集系統(tǒng)相連。PXI-2206采集卡可以同時采集32路差分模擬量信號，采樣位數為16位，因此8路開關量信號、2路液位信號和4路特殊電壓信號可由PXI-2206采集處理。整個采集系統(tǒng)框圖如圖1所示。

表1 被測信號Tab.1 Measured signal

圖1 多路采集系統(tǒng)框圖Fig.1 Multi-channel sampling system diagram

2 軟件設計

文中介紹的數據采集系統(tǒng)，由于采用了凌華科技的兩塊多功能DAQ卡，因此在硬件系統(tǒng)設計上，只需將2塊采集卡插入具有PXI插槽的工業(yè)控制計算機即可；而系統(tǒng)的大量工作需要軟件配合來完成。

通過軟件控制采集卡進行數據采集可以使用2種方法：1）利用DAQPilot工具；2）直接調用相關的API函數。

2.1 使用DAQPilot工具控制采集卡

DAQPilot是一種驅動程序，它帶有一個圖形驅動接口，支持各種ADE，包括：VB、VC等編程語言。如圖2所示，通過DAQPilot向導，可以方便的建立一個數據采集任務。其中包括：采集路數、電壓幅度范圍、采樣頻率等的設置。使用這種方法進行采集控制，除了需要設置采集參數外，更重要的在于對消息相應函數DataArrival的編程。另外，由于每塊采集卡都要對應一個消息相應函數（DataArrival），這種方法一般只用于單卡應用的情況。

2.2 使用API函數控制采集卡

由于文中設計的采集系統(tǒng)用到2塊數據采集卡，如何實現2卡的同步采集是關鍵問題。由于2塊模擬量采集卡的采樣率相同（單路1 kHz），若能保證同時刻啟動采集，則2卡完成一次采集的時間應該是相同的。本文將兩塊卡的采集方式均設置為雙緩沖模式，并在固定采樣頻率的條件下，只等待一塊板卡（如PXI-2208）的半滿消息，就可以把兩塊卡的數據都取出。

圖2 DAQPilot工具Fig.2 DAQPilot tool

假定每隔100 ms 2塊采集卡的緩沖區(qū)都達到半滿，則PXI-2208的緩沖區(qū)應設置為 69×2×100=13800字節(jié)；PXI-2206的緩沖區(qū)應設置為14×2×100=2 800字節(jié)。

文中采用VC2008編制了上位機程序，其中的數據采集部分主要包括如圖3所示的幾個模塊。

圖3 數據采集控制流程Fig.3 Multi-channel sampling and controlling process

以下是數據采集程序的關鍵代碼：

3 測試結果

采集系統(tǒng)上位機測試運行情況如圖4所示。圖中顯示的曲線是T05路溫度信號在1 min內的溫度變化情況，由于溫度是緩變信號，在短時間內，曲線基本呈現直線形態(tài)。

圖5（a）和 5（b）分別是某溫度測點在升溫和降溫時采集到的溫度回放曲線，大約分別歷時6分鐘和175分鐘。在描

繪曲線時采用了1：1000降采樣，即每秒描繪一個點，圖中溫度使用開氏單位。

圖4 采集系統(tǒng)上位機主界面Fig.4 Sampling system PC software interface

圖5 實測曲線Fig.5 Testing curves

4 結 論

文中采用PXI總線采集卡設計了多路信號采集系統(tǒng)，信號主要包括69路溫度信號、8路開關量信號、2路液位信號、4路電壓信號，共計83路。在設計采集電路的基礎上，利用VC++2008編寫了兩塊采集卡（PXI-2206和PXI-2208）的采集控制程序。經過試驗驗證，該系統(tǒng)可以滿足要求，也可以經過簡單改造應用于其它測試系統(tǒng)。

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Design of multi-channel data acquisition system based on PXI bus

MA Zhi-gang
（College of Information Science and Engineering，Shanxi Agricultural University，Taigu030801，China）

In order to satisfy the multi-channel testing space requirement， multi-channel（temperature， liquid level， voltage， etc）testing system is designed based on PXI Bus.VC++2008 is adopted for acquisition and control programming，and the testing data can be real-time displayed in the interface.This system has already been successfully implemented in a testing task.

PXI bus； data acquisition； VC++2008； acquisition and control programming

TN98

A

1674－6236（2012）04-0057-03

2011-12-13 稿件編號：201112074

國家自然科學基金項目（51075375）

馬志剛（1982—），男，山西文水人，碩士，講師。研究方向：電子信息科學與技術、目標識別等。