基于构件的测控系统设计

2019-08-09 版权声明 举报文章

基于构件的测控系统设计

摘要:计算机测控系统中使用含有现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)及PCI卡。在分析FPGA和PCI板卡特点的基础上,提出测控构件通用性思想,以某测控系统为例设计了具有通用性和高可维护性的计算机测控系统。

关键词:FPGA;PCI;构件;计算机测控系统;通用性;可维护性

中图分类号:TP302.1 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2011) 11-0000-01

Measurement and Control System Design Based on Component

Song Changquan

(School of Computer Science&Technology,Soochow University,Suzhou215006,China)

Abstract:Computer control system using(FPGA,Field Programmable Gate Array)and the PCI card.In the analysis of the FPGA and PCI interface card is proposed,based on the characteristics of the measure and control component in a general ideas,measurement and control system for example has been designed versatility and high maintenance computer measurement and control system.

Keywords:The FPGA;PCI;Structures;Computer measurement and control system;General;Maintainability

FPGA[1]器件及PCI卡都是目前数据采集[2]控制领域主要流行的技术之一,FPGA器件广泛应用于通信、自动控制、信息处理等诸多领域,PCI卡是用于数据采集应用的理想采集卡产品。本文针对FPGA及PCI卡的技术特点,将其按控件组合应用在计算机测控系统中。

一、计算机测控系统硬件体系结构

根据计算机测控系统[3]的要求,在硬件设计时考虑将该系统分成工业控制计算机系统、信号调理系统、控制机箱三部分进行设计。使用计算机调试系统软件进行各输入输出信号的控制和测试。

图1.计算机测控系统硬件体系结构原理框图

(一)工业控制计算机系统

工业控制计算机系统由主流计算机系统构成,可根据实际需求选择配置,在工业控制计算机中可迅速插入多个I/O卡和FPGA卡,从而提高了系统的可扩展性,并减少了维护周期。本文选用的系统硬件配置为凌华科技的计算机平台。

(二)信号调理系统

测控系统中信号调理板采用PCI接口形式,主要用于对输出故障模拟及复位信号,输入故障状态信号进行调理数字I/O板卡选用AD-LINK的PCI-7296,32位PCI总线,即插即用96路TTL兼容数字量I/O通道,端口可编程设定为输入或输出,数字量输入可用外部锁存,输出端口状态回读,板上带有8254定时器/计数器芯片,16位外部信号事件计数器,32位定时器用来产生定时器中断,状态变换中断,中断源可编程的双中断系统。

(三)控制机箱

控制机箱内部为物理电路连接,其实现的功能即为控制机箱面板所需要观测的数据指示灯和显示屏及开关控制等搭建电路连接。控制机箱外表面即为物理主控面板,通过对其安装的控制开关,控制流量或通断量;通过机箱上的电流电压表即时显示电路中控制部分的电流值和电压值,通过LED指示灯亮灭或红绿颜色变化区分显示信号的变化。

二、计算机测控系统软件体系设计

计算机调试台测试软件选用Visual Basic开发[4],它可以进行测控系统各级故障信号的模拟控制,并能显示出操作过程,各信号的状态,检测结果和检测时间,检测可以通过自动或手动完成,可将检测结果保存至计算机中。FPGA部分由VHDL[5]实现FPGA软件部分编制控制,I/O卡及其他由VB统一编程实现。

三、测控构件通用性

通过将FPGA卡及PCI卡组合构成测控构件,使得测控构件能迅速的接入到工业控制计算机中,完成信号调理和数字量控制。其特点是可针对于不同测试功能需求,将测控构件移植,在新系统中只需完成FPGA的可编程部分,配合其他板卡使用即可快速完成新的计算机测控系统设计。

四、结束语

采用FPGA器件可以将原来的电路板级产品集成为芯片级产品,从而降低了功耗,提高了可靠性,同时还可以很方便地对设计进行在线修改。PCI其自身具有快速、正确、有效、可靠性好、操作方便及连续高吞吐率(即使是大量数据)地传输等特点;将两者有效组合构成一个独立的测控构件,让计算机测控系统平台的搭建变的更加快捷方便,使其具有更高的通用性和可维护性。

参考文献:

[1]诸振勇,翁木云.FPGA设计及应用[J].陕西:西安电子科技大学出版社,2003

[2]周林.数据采集与分析技术[J].陕西:西安电子科技大学出版社,2005

[3]李江全.计算机测控系统设计与编程实现[J].北京:电子工业出版社,2008

[4]李江全.Visual Basic串口通讯与测控应用技术实战详解[J].北京:人民邮电出版社,2007

[5]勇峰,庄新敏.VHDL与硬件实现速成[J].北京:国防工业出版社,2005

[作者简介]宋长权(1981-),男,黑龙江省哈尔滨市人,工程硕士,主要研究方向:计算机测控技术。

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