基于PC104总线的性能检测系统设计

　　摘要：为了适应外场装备检测装置的需求，以某型自行火炮的随动系统为例，基于PC104嵌入式控制总线的高效数据传输特点，采用SCM/LX -3160主板和ADT620、CDT2000数据采集板，完成数据采集与转换的硬件配置。并把处理后数据通过Visual C++软件开发工具进行实时显示，确定随动系统的工作状态。应用结果表明，该性能检测系统携带方便，能实时采集信号，并对信号进行准确的分析处理，具有较高的实时性和稳定性。

　　随动系统又称为伺服控制系统，在误差允许的范围内，随动系统的输入信号通过反馈校正电路，实现对输出信号的控制。在航空、军用装备和工程建设中，随动系统具有举足轻重的地位。如雷达的距离跟踪系统，火炮目标跟踪瞄准系统，各种导弹的自引系统等。随着武器装备系统智能化的提高，随动系统的结构也越加复杂、精密，它运转的稳定度是武器装备系统卓越性能评价的重要参考指标。武器装备常用于外场工作，因此随动系统的性能检测设备必须精确、轻巧、便于携带。

　　1 PC104嵌入式系统

　　PC104是嵌入式计算机的一种，它的片外总线接口是PC104总线。数个PC104板卡可以通过堆叠方式组合到一个大小合适的机箱中，并采用螺栓固定。这样系统安全、牢固，抗噪声性能好，即使在恶略的环境中也可以有出色的表现。PC104嵌入式系统具有功耗低，效率高，体积小，可扩展等优点，因此在航空航天、军用武器装备、工业控制等领域有着广泛的应用。

　　在对武器装备进行测试维护时，经常对设备中的各类信号进行实时的采集、处理与分析，从而对武器装备的工作状态做出判断，及时了解武器的性能。以往的检测系统比较笨重，携带不便，很难应用于野外工作的需要。同时，受外界多种噪声的影响，动态信号的采集存在较大的误差，且缺少人机交互环节。因此，精确性高且便于携带的实时检测系统受到人们的广泛关注。因此，本文设计了基于PC104总线的性能检测系统，凭借PC104板卡的高速处理能力完成用户对随动系统的实时信号的监测。

　　2 性能检测系统的总体设计

　　设备在运转时产生的工作状态信号是衡量其工作性能的重要参数。性能检测系统必须实时采集设备的工作状态信号，并能及时做出分析和判断，这些工作状态信号引出后，不能影响随动系统的正常工作，并且性能检测系统要与随动系统工作同步。信号由专用电缆引出后，经信号调理设备进行预处理，再接入性能检测系统。本文设计性能检测系统是集数据采集和数据分析为一体的自动化设备，具有高效的现场实时数据采集、处理的功能。由快速运算的CPU模块，精确地数据采集卡和高效的数据处理分析软件组成，硬件平台采用PC104板卡搭建。在软件实现上，操作系统采用性能稳定并具有良好的人机交互的Windows系统，并采用跨平台VisualC++开发数据分析及处理的应用软件，Visual C++提供跨平台的应用程序框架MFC。

　　3 硬件平台的实现

　　硬件环境的设计以PC104板卡作为基本组件，包括CPU、模拟采集卡、数字采集卡。这些板卡通过PC104总线连接，采用标准的固定孔将这些固定在封闭的机箱中，形成堆叠式的紧凑结构，并具有良好的抗噪声性能，硬件设计电路图如图1所示。

　　3.1 硬件选型

　　3.1.1 CPU主板

　　CPU主板采用盛博SCM/LX-3160(图2)。SCM/LX-3160是一款高性能的“ALL IN ONE”PC104巾央处理器。CPU采用AMD Geode LX800，工作主频可以达到500 MHz，具有128KB一级高速缓存和128KB二级高速缓存。与PC/AT标准完全兼容，并遵从PC/104标准。在PC机上运行的众多软件全部能在以SCM/LX-3160为控制核心的嵌入式计算机系统中运行，这也为简化应用软件的设计，提高程序的可移植性。在SCM/LX-3160主板上集成了键盘，鼠标、USB 2.0、串口、并口、2个10/100BaseT以太网平板显示等接口，在其狭小的极小空间里实现PC机几乎所有的功能。根据工程的需要.在SCM/LX-3160可以扩展不同的板卡，用户很容易实现嵌入式系统的需求。

　　3.1.2 模拟量采集卡

　　模拟量采集卡选用的是高功效的ADT620(图3)。ADT620是基于PC104总线的扩展板，实现对模拟信号的采集。通过PC104总线可将其与盛博SCM/LX-3160构成一个高性能的数据采集与控制系统，适用于结构紧凑、稳定性高的嵌入式应用。该扩展板具有八/十六个单端模拟输入通道，12位的20微秒或10微秒A/D变换器，±5 V、±10 V或0～+10 V模拟输入量程，支持C语言等特点。ADT620根据其特点最多可采集十六个单端模拟输入信号，并将这些模拟信号变换成8位或12位的数字量，然后送到总线上，读入存储器中。信号的量化转换是由一个12位的逐次逼近式的变换器来实现的，高性能的变换器以及在其前的高速采样一保持放大器可以保能将动态输入的模拟信号精确地数字化。

　　3.1.3 数字量采集卡

　　数字信号采集卡选用CDT2000(图4)。CDT2000也是基于PC104总线的扩展板，实现对数字信号的采集。与IBMPC兼容盛博SCM/LX-3160构成高性能的数字信号采集控制系统。模块结构紧凑，非常适合便携式应用。该扩展板具有独立的16位8 MHz计数器/定时器，48通道基于TTL或CMOS的可编程数字量I/O，支持C语言等特点。CDT2000供电电压仅需5 V，48个数字量I/O通道可以直接与外部信号输出设备连接，在设定的范围内直接感知开关的闭合、数字事件的触发或固态继电器的动作。这样，不需要扩展外围复杂的电路，简化了系统硬件平台的设计。