一种便携式脉冲发送及数据采集测试系统的制作方法

本发明涉及脉冲发送、数据采集、计算机软件领域，用于解决高频率更换测试场地情况下的脉冲发送及数据采集问题。

背景技术：

目前很多测试系统，大多是应用基于gpib、vxi、pxi、lxi等标准测试总线的测试系统，但存在测试系统体积、重量及功耗较大的缺点，且系统的便携性亟待提高。传统的测试模式显然无法满足高频率更换测试场地的便携需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述测试系统不便携的缺点，提供一种具有便携性、通用性、自动化程度更高的脉冲发送及数据采集测试系统。

为了实现上述目的，本发明的便携式脉冲发送及数据采集测试系统如下：

所述的测试系统主要由compactrio系统、便携式防爆信号转接箱、脉冲发送及数据采集测试软件组成。

compactrio系统是美国国家仪器公司生产的一款可重新配置的嵌入式测控平台，具有极其坚固的硬件架构，带有可重新配置的现场可编程门阵列(fpga)的机箱、实时控制器，可以方便集成各种功能模块，构建具有体积小、重量轻、精度高、配置灵活、功能强大的便携式测试系统。

便携式防爆信号转接箱的作用主要包括四个方面：一是将compactrio系统嵌入其中；二是提供信号流通的接口，并布置各类继电器模块；三是对待测信号进行隔离、放大、分配以及必要的预处理，提供给compactrio系统一个干净、稳定、安全的待测信号；四是集成了方便插拔的航空插头。

脉冲发送及数据采集测试软件由人机界面软件、rt软件、fpga软件组成。人机界面软件运行于windows系统，主机资源最灵活，调试方便，单实时性差，适用于数据显示、存储和提供网络服务。rt软件资源较灵活，调试方便、实时性较好，适合运行测量、本地信号分析、故障诊断、复杂的控制逻辑等功能。fpga软件直接通过底层逻辑执行，实时性最好，但资源有限，调试相对较难，适合实现自定义i/o简单而重复性大的信号和处理，以及确定性高的控制逻辑。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图。

图2为本发明的便携式防爆转接箱实物图。

图3为本发明的软件构成图。

具体实施方式

以下结合附图，就本文中涉及便携式脉冲发送及数据采集测试系统，给出进一步的说明。

如图1所示，本发明系统包括compactrio系统、便携式防爆信号转接箱、脉冲发送及数据采集测试软件。

本发明中compactrio系统采用模块化的设计思想，具备可扩展能力，主要由compactrio实时控制器、compactrioi/o模块、可重新配置机箱和电源模块组成。compactrio嵌入式系统的尺寸小巧，适应的温度范围为-40c到70℃，抗50g的冲击以及适应危险或可能爆炸的环境。这些特点有效保证了系统的便携性和可靠性，可以快速地在不同区域开展测试。

compactrio实时控制器：选择一款适用于高级控制和监控应用的嵌入式多插槽控制器机箱一体机，运行nilinuxreal-time操作系统。具有1.91ghz四核处理器，2gbdram内存，16g存储容量，搭载xilinxkintex-7325tfpga芯片。控制器主要通过tcp/ip协议与主机进行通讯，从而将控制程序以及fpgavi进行编译或下载，在实时系统中运行。

compactrioi/o模块：选择c系列模拟输入模块和数字输出模块。多通道高性能电流输入模块，具有通道至大地/接地端的双重隔离屏蔽，实现了良好的安全性和抗扰性。多通道源级输出模块，每个通道与5～30v信号兼容，支持工业逻辑电平和信号，可直接连接到各种工业开关、传感器和设备，在输出通道和大地/接地端之间具有瞬态过压保护，并通过led指示状态。

可重新配置机箱：compactrio嵌入式系统的核心，包含riofpga核心。fpga可以通过定制硬件来实现控制逻辑、输入/输出、定时、触发和同步设计。riofpga芯片以星型拓扑方式和i/o模块相连，可以直接访问每个模块来进行精确地控制。可重新配置机箱的坚固金属结构封装了整个compactrio平台。

电源模块：为整个compactrio系统供电。

如图2所示，本发明中便携式防爆信号转接箱实物上有信号流通的接口，且集成了方便插拔的航空插头。

如图3所示，本发明中脉冲发送及数据采集测试软件分成三个部分，分别是fpga.vi、rt.vi和host.vi(即人机交互程序)。

fpga.vi程序开发于fpga单元，主要实现数据采集功能与脉冲指令发送；rt.vi程序开发于rt控制器，主要实现与fpga.vi和host.vi的指令传输与数据传输；host.vi程序开发于笔记本电脑，主要实现人机交互功能，如显示数据、发送命令、管理数据等。

fpga.vi包括两部分内容：数字量输出模块的脉冲信号发送和模拟量输入模块的信号采集。高速数字i/o模块的通道分别进行脉冲序列输出，从而实现阀门的开关。为了提高程序的执行效率，建立多个独立的while循环。将高速模拟量采集模块的数据采集在另外的while循环内进行。

利用labviewrt模块开发rt主程序，生成可执行文件，并部署到实时控制器中，通过读取显示控件的数值或dmafifo缓冲区中的数据，稍作处理后用以太网总线发送到上位机，实现数据的采集、处理和与上位机的通信。rt主程序需要驾驭整个测控系统的核心compactrio控制器，同时保证与上位机host.vi和fpga.vi两部分的通信，完成指令和数据的输送。任务量比较大，因此，采用模块化编程思想，将rt主程序按功能划分为网络通信、脉冲指令发送和数据采集三个模块。

网络通信模块完成上位机与下位机的通信。网络通信模块的开发同样采用状态机架构，上位机通过网络通信模块发送指令现数据采集；同时下位机通过网络通将数据送到上位机。本文采用的通信方式为tcp/ip，状态机中的事件主要包括初始化、侦听、接收数据和发送数据等。

脉冲指令模块的开发，采用包涵多个事件的状态机架构，主要包脉冲设置、发送脉冲、停止发送脉冲等事件。

数据采集模块的开发，采用包涵多个事件的状态机架构，主要包括初始化和数据读取等事件。初始化事件中，主要完成fpga的配置，并调用fpga，等待接收上位机的采集命令。数据读取事件，主要完成运行fpga，并每隔100ms读取一次数据，读取完毕便将数据通过队列送至网络通信模块，不断循环直到停止命令到达，关闭fpga引用，并结束程序执行。

人机界面软件的主要功能包括：

(1)操作人员能够方便的进行多个数字输出通道的脉冲编辑，并能将脉冲序列保存为文档以方便下次使用；

(2)脉冲编辑好后可以进行脉冲的发送/停止，即阀门按照既定程序进行开关；

(3)操作人员能够方便的进行采集通道的配置，并能够将配置保存为文档以方便下次使用；

(3)测试数据的实时显示(曲线等)、存储和测试数据的事后处理、分析功能；

(4)能够人为输入相关条件参数，在条件满足的情况下自动进行采集，并在条件不再满足的情况下停止数据采集；

(5)具备系统保护功能，可对关键点的测量值进行判断，超出正常范围的应具有明显提示，必要时，由软件执行系统保护，如停止测试、系统断电等；

(6)能够直观、方便的操作界面，对测试流程中的关键步骤具有明显的提示。

人机界面软件主要采用while循环作为整体框架，同时通过调用事件结构来进行整个系统的控制，软件的主要架构为“事件结构”，即前面板上相应按钮按下/抬起时，响应相应的事件。在菜单栏可以进行“脉冲编辑”、“脉冲发送”、“停止发送”、“通道配置、“数据采集”、“停止采集”、“数据存储”、“停止存储”、“数据回看”、“条件数据采集”“条件停止采集”、“退出系统”的操作。