网站原创摘 要:介绍了PC/104系统的特点及其应用技术,给出了基于PC/104的航空绞车数据采集系统中的设计方案.
关 键 词 :PC/104 数据采集 嵌入式
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0052-01
PC/104 Bus and Application in Data Acquisition
Sun Haitao
Abstract:The characteristics and application technology of the PC/104 system are introduced.The design of a data acquisition system of the aerial reeling machine based on PC/104 is presented.
Key words:PC/104,data acquisition,imbedded
数据采集是计算机应用的主要研究课题之一,在设备的测控及试验研究方面有着广泛的应用.通常在数据采集系统中,采用专用的单片机系统,这样可以发挥单片机功能较强、抗干扰性好、体积小等优点,但是受专用硬件的限制,只能用于单一的、特定的用途.通用PC系统比专用的单片机系统更具灵活性,但其使用环境受到限制.PC/104嵌入式系统正是为适应嵌入式系统高可靠性、小尺寸、低功耗的需求而产生发展起来的.
1.嵌入式PC/104模块
嵌入式PC/104模块产生于1987年,模块总线之间的互连使用了104根信号线,所以称为PC/104.1992年PC/104标准正式发表,称为P996.1紧凑嵌入式PC模块标准.PC/104设计的着眼点在于小型化、低功耗,采用自栈式、模块化的结构,在硬件和软件上与标准PC体系结构完全兼容,成为嵌入式应用的理想选择.
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1.1 PC/104的特点
(1)结构小巧紧凑.PC/104采用模块化设计方法,模块的标准尺寸为:3.6英寸×3.8英寸×0.6英寸.所有功能板卡均采用金属插针垂直叠接的方式,在各模板间增加支柱级连固定,构成稳定的整体.
(2)功耗低、温度适应范围广.全部使用CMOS器件,每块模板功耗仅为1W～5W,温度适应范围提高到70℃.
(3)PC/104模块均采用单一的5V电源供,降低了系统对电源的要求,简化了电源设备,提高了电源可靠性.
(4)丰富的PC/104总线标准的外部设备模板,容易进行扩展.
1.2 PC/104模块的应用模式
PC/104模块体积超小,功耗低,无需散热,完全可作为一特殊“芯片”嵌入到各种设备中.主要应用于国防、航空航天、电力、化工及其它要求较高的工业控制部门和科研项目.PC/104模块实际的配置和应用是多种多样的.CPU模块可提供不同档次的标准化产品,具有很大的选择余地.模块齐全,可提供显示控制、磁盘控制、通讯控制、网络控制、数据采集及控制等多类型的产品.用户可以选择或开发各种不同的功能模块,如同搭积木一样设计出满足各种要求的专用系统.
PC/104的典型使用的方式有以下几种.
(1)全部使用PC/104模块.
(2)部分PC/104与部分自研PC/104模块混合.
(3)部分PC/104与部分自研非PC/104模板混合.
(4)部分PC/104与部分标准PC控制卡混合等多种模式.
其中第一方式最能发挥PC/104的技术特长,但较高.第二种方式和第三种方式只要遵守PC/104总线规范,设计得当也能够达到或接近原规范的要求.第四种方式廉价、方便,实现容易,但牺牲了PC/104技术规范的某些优越性.
1.3 PC/104模块的开发方式
PC/104模块最通用的开发方法是通过外接显示器、键盘、软盘和硬盘构成一最基本的计算机系统,在系统上自行开发,通过反复调试直至成功.由于采用标准的总线,也可以在任何具有相同标准总线的系统上进行软硬件的调试,可以通过替换相同的板卡达到故障部位的判断,进行系统的维护.
2.基于PC/104的航空数据采集系统的开发
航空绞车是靶场重要空中靶标的拖靶系统的重要组成部分,在系统中起着收/放靶作用,其技术状态直接关系到试验供靶任务的成败.研制航空绞车工作参数记录/分析系统,为航空绞车增加空中工作状态的实时记录功能,通过事后数据分析,及时掌握航空绞车的技术状态,辅助查找出供靶失败的主要原因,以便采取有效措施避免类似情况发生.
根据航空绞车的工作过程,航空绞车工作参数记录系统需要采集记录的数据共有三种类型:模拟量,数字量,开关量.
模拟量:两点.拖缆张力,测速电机电压.
数字量:两点.拖缆长度,霍尔元件输出频率.
开关量:八点.报警状态,锁定状态,放缆信号,断缆信号,收缆信号,刹车信号,慢收信号,低压状态.
针对需要航空绞车工作参数记录系统的需要,选用嵌入式PC/104为核心部件,配以基于PC/104总线数据采集模块ADT200构成一个高性能的数据采集存储系统,实现绞车空中工作参数的记录.在航空绞车与数据采集模块通过隔离接口电路连接,解决数据采集系统与航空绞车的干扰问题.由飞机提供28VDC电源,经电源模块转换为＋5V,供参数记录系统使用.
来自航空绞车逻辑控制组件和座舱控制盒的信号经过隔离电路,将模拟量信号进行高频滤波,调节信号幅度使其满足ADT200的输入要求,同时捕获拖缆张力的突变,进行快速采样.将数字量信号进行高频滤波,幅值匹配,施密特整形,光耦隔离等处理后由ADT200进行采样.将开关量信号进行高频滤波,幅值匹配,光耦隔离等处理后由ADT200进行采样.
ADT200采集到的数据经由CPU模块处理,存储到CPU模块上的Flash固态盘DiskOnChip2000中.飞行结束后利用地面设备提取数据,经过预先编制的软件对数据进行分析处理,并输出打印直观的工作特性曲线和数据报表,方便技术人员对故障的分析.
航空绞车工作参数记录系统充分利用了PC/104总线的技术优势,在提高了可靠性的同时缩短了开发的时间,在短时间内开发完成并投入使用,PC/104的强扩展能力为记录仪功能的扩展保留了充分的余地.
3.PC/104的应用前景
采用PC/104总线结构设计的产品,特别适合于那种既需要PC机的软、硬件环境,又需要模块化、标准化、小型化、低功耗设计的场合.它大大缩短产品开发周期,降低了开发成本,提高了产品档次,为产品提供了可升级的能力,是海上靶场理想的测控设备开发平台,必将得到广泛的应用.