關(guān)鍵詞：測試系統(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
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和測試技術(shù)的進(jìn)步，從50年代起，計算機就被引入到壓力系統(tǒng)的測試中來。直到80年代以后，計算機和測試系統(tǒng)才精密地結(jié)合起來，融為一體，用計算機強大的軟件功能來替代傳統(tǒng)儀器的某些硬件，實現(xiàn)其功能，形成“虛擬儀器”。本文正是基于這一點對能源供給系統(tǒng)各性能指標(biāo)進(jìn)行測試的，選用靜態(tài)存儲器628512、Xilinx公司的FPGA XC2S50E和FIFO組成一個采集、存儲、讀取以及實時監(jiān)測系統(tǒng)。這里主要介紹燃?xì)饽茉礈y試儀的硬件設(shè)計及其燃?xì)饽茉礈y試儀軟件的實現(xiàn)。
2 硬件設(shè)計
2.1 系統(tǒng)框圖
測試儀的系統(tǒng)總體原理框圖如圖1所示。主要由前置信號調(diào)理模塊、多路采集模塊、中心控制單元模塊、存儲模塊、接口模塊、電源模塊等幾部分組成。
圖1
2.2 硬件工作原理
前置信號調(diào)理模塊主要是將8路電壓信號（幅值為-10V～+10V）、16路壓力信號（幅值為0mV～20mV）進(jìn)行信號的調(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）。其中對電壓信號我們用通用運算放大器構(gòu)成信號運算電路進(jìn)行調(diào)理;對微弱壓力信號我們先通過儀表放大器對其進(jìn)行放大，然后再通過低通濾波電路進(jìn)行噪聲的濾除。
對時統(tǒng)信號我們通過電平驅(qū)動電路進(jìn)行驅(qū)動，然后將驅(qū)動后的信號送入中心控制單元用以可靠地啟動系統(tǒng)的工作。
多路選擇模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將經(jīng)過調(diào)理后的電壓信號和壓力信號進(jìn)行信號的輪流選通和模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將所有模擬輸入信號轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入中心控制單元。
中心控制單元主要是產(chǎn)生各種控制信號，完成對系統(tǒng)各部分的協(xié)調(diào)工作。中心控制單元接收到來自工作模式控制開關(guān)或上位機工作模式控制的控制命令后，就會產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號來完成對應(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)寫入存儲器存儲進(jìn)行事后讀數(shù)或送入上位機進(jìn)行實時顯示。
存儲模塊由靜態(tài)存儲器、先進(jìn)先出存儲器（FIFO）和相應(yīng)的接口電路模塊組成。靜態(tài)存儲器主要是存儲事后讀取的數(shù)據(jù)，先進(jìn)先出存儲器主要是存儲實時顯示的數(shù)據(jù)，接口電路塊主要是完成信號的隔離和驅(qū)動功能。
測試儀共有“自檢”、“清空”、“采集”、“讀數(shù)”和“標(biāo)定”5個工作狀態(tài)，任何時刻只能有一個工作狀態(tài)有效。其中“標(biāo)定”控制狀態(tài)是通過上位機來控制的，“自檢”、“清空”、“采集”、“讀數(shù)”、“采樣率選擇”既可通過外部的開關(guān)來控制，也可通過上位機來控制（但任何時刻兩種控制模式只能選用其中一種）。
“自檢”狀態(tài)有效時，整個系統(tǒng)進(jìn)入自檢狀態(tài)，中心控制邏輯開始啟動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，工作指示燈就會點亮，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，工作指示燈就不會被點亮，系統(tǒng)就一直處于自檢狀態(tài)。
“清空”狀態(tài)有效時，則整個系統(tǒng)進(jìn)入“清空”狀態(tài)，中心控制邏輯開始向靜態(tài)存儲器中寫“00”數(shù)據(jù)，直至存儲器寫滿為止。在每次存儲之前都需要將系統(tǒng)清空，以防再次采集時的數(shù)據(jù)和前次采集時的數(shù)據(jù)混在一起。
“標(biāo)定”狀態(tài)有效時，則整個系統(tǒng)進(jìn)入“標(biāo)定”狀態(tài)，即實時標(biāo)定壓力傳感器的狀態(tài)。首先，在軟件中先設(shè)置一個預(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)通過計算機并行接口實時采集存儲標(biāo)準(zhǔn)的壓力傳感器信號，同時實時觀察該壓力值對應(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)為所給壓力值對應(yīng)的數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲;然后改變標(biāo)準(zhǔn)的壓力傳感器信號，再次進(jìn)行同樣的“采集”過程。重復(fù)這樣的步驟6次，得到6個壓力值和其對應(yīng)的6個數(shù)據(jù)。通過軟件，依據(jù)此六組對應(yīng)數(shù)據(jù)就可以將壓力傳感器信號和其對應(yīng)的實測值擬合成一次線性曲線的關(guān)系并計算出該曲線的線性度和零點值，擬合采用最小二乘法。從擬合出的曲線和計算的線性度即可以檢驗壓力傳感器是否合格。
“采集”狀態(tài)有效時，整個系統(tǒng)進(jìn)入“采集”狀態(tài)。為了能夠保證時統(tǒng)信號到來時刻的數(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)就開始循環(huán)采集，并等待時統(tǒng)信號的到來;當(dāng)時統(tǒng)信號到來后，若按采樣率2KHz來計算，要求最大采樣時間50S，由于系統(tǒng)的存儲容量為3MByte，而采集的數(shù)據(jù)量為2.67MByte，所以系統(tǒng)所存儲的數(shù)據(jù)肯定包括有時統(tǒng)信號到來時刻的數(shù)據(jù)，即保證了此刻數(shù)據(jù)采集的完整性。當(dāng)計算機將此數(shù)據(jù)讀回后就可以通過數(shù)據(jù)分析把所有采集的信號與時統(tǒng)信號的關(guān)系繪制出來，從而得知時統(tǒng)信號到來時刻各路電壓及壓力傳感器的輸出信號的狀況。
“讀數(shù)”狀態(tài)有效時，則整個系統(tǒng)進(jìn)入“讀數(shù)”狀態(tài)，系統(tǒng)的控制權(quán)交給了計算機。在計算機并行接口的控制下，通過中心控制邏輯，就可以將測試儀中所存儲的數(shù)據(jù)讀入計算機。
3 軟件設(shè)計
3.1 燃?xì)饽茉礈y試儀軟件功能結(jié)構(gòu)
燃?xì)饽茉礈y試系統(tǒng)的使用離不開軟件的配合，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的時刻時間顯示、曲線顯示等功能。燃?xì)饽茉礈y試儀軟件總流程圖如圖2所示：
圖2
設(shè)備擦除模塊包含兩項功能：設(shè)備擦除和設(shè)備驗證。啟動軟件，執(zhí)行“設(shè)備打開”和“設(shè)備復(fù)位”后，點擊“設(shè)備擦除”按鈕或菜單項進(jìn)入設(shè)備擦除模塊。設(shè)備擦除完之后，可以進(jìn)行“設(shè)備驗證”操作，可以確保存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)被徹底擦除掉。然后點擊“設(shè)備讀數(shù)”按鈕或菜單項進(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試儀軟件標(biāo)定
對燃?xì)饽茉礈y試儀軟件進(jìn)行模擬采集，信號源采用了標(biāo)準(zhǔn)信號源。燃?xì)饽茉礈y試儀信號源模擬壓力傳感器輸出的16路壓力信號（mV）和舵反饋的8路電壓信號（V），讓燃?xì)饽茉礈y試儀進(jìn)行采集和記錄。采集記錄結(jié)束后通過計算機并行接口把數(shù)據(jù)從燃?xì)饽茉礈y試儀讀入計算機中，通過配套軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和繪制曲線，從而實現(xiàn)對燃?xì)饽茉礈y試儀軟件的標(biāo)定。下圖3是傳感器實時標(biāo)定的測試波形。
圖3
4 結(jié)束語
燃?xì)饽茉礈y試儀對能源供給系統(tǒng)的各性能指標(biāo)進(jìn)行測試，測量的信號有來自壓力傳感器的16路壓力信號，8路反饋電壓信號以及1路時統(tǒng)信號，A/D采集有效位數(shù)為8位，數(shù)據(jù)存儲容量達(dá)到3MB，在2KHz的采樣頻率下記錄時間為50秒或在1KHz的采樣頻率下記錄時間為100秒的容量為2.734MB。另外，還可以通過改進(jìn)這個設(shè)備應(yīng)用到各個領(lǐng)域中。
參考文獻(xiàn)
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（轉(zhuǎn)載）
