本站原创摘 要:计算机控制是现代大型高压氧舱在生产中运用到实际操作治疗过程中的必要条件,本文简单介绍了高压氧舱计算机控制系统软件的开发方向与组成.
关 键 词:高压氧舱计算机控制系统虚拟仪器测控系统软面板
中图分类号:TP34文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)05(b)-0029-031系统简介
计算机技术与测量控制仪器技术的结合出现了新的测控仪器——虚拟仪器.采用虚拟仪器技术是第三代自动测试系统的发展改变方向.运用虚拟仪器技术能够达到共享硬件和软件资源,快速、方便地组建各种自动测控系统,并可以方便地利用计算机的强大功能,进行信号分析、数据处理、存储及图形化显示等.以虚拟仪器为基础的自动测控系统根据不同的总线可构成多种体系结构,其中基于PC总线的数据采集卡(PC－DAQ)为I/O接口设备组成的虚拟仪器自动测控系统以其造价低、灵活性高、开发时间短等特点而倍受广大科研人员的青睐.本文以PC－DAQ虚拟仪器技术与自动测控系统的综合应用开发了高压氧舱自动测控系统,硬件采用PC总线标准工控机和PC－DAQ卡I/O接口设备,软件采用NI公司的LabWindows/CVI文本式编程语言,该系统以高自动性、高稳定性和高可靠性证实了集成虚拟仪器技术的自动测控系统是先进的和优秀的.
2高压氧舱虚拟仪器测控系统的集成
在集成高压氧舱虚拟仪器自动测控系统时,首先要充分发挥PC机的能力,取代传统电子设备的大部分功能,使之成为测量仪器的一个不可分割的组成部分,与整个测控系统融为一体,使整个自动测控系统简化到仅由微型计算机、通用硬件和应用软件三部分组成.其次要考虑到虚拟仪器技术与基于PC总线的微型计算机的有机结合,PC总线提供了具有触发和同步能力的计算机高速总线,为实现虚拟仪器系统建构了一个极好的平台,这在传统的测控系统中是不可能的.图1显示了虚拟仪器的一般结构组成,从图1中可以看出,将具有一种或多种功能的通用模块组合起来,就可构成一台虚拟仪器,所以通用模块的设计就成了重中之重.在PC－DAQ体系结构的虚拟仪器测控系统中,PC－DAQ卡为I/O接口设备,微机通过PC－DAQ卡获取处理数据,而PC－DAQ卡的驱动是虚拟仪器实现对真实物理信号进行采集的基础,因此获得和开发相应的软件驱动是虚拟仪器系统的重要环节.另外软件在虚拟仪器测控系统中的作用越来越大,软件质量的优劣直接关系到测控系统是否正常可靠地工作.应用程序开发环境(ADE)大致可分为文本式编程语言和图形化编程语言两大类.选择哪一种开发软件,应根据用户自己需要确定.如果需要快速组建系统、测试速度要求又不很高的情况下,系统开发软件可选择图形化编程环境,如HP公司的HPVEE和NI公司的LabVIEW等.当测试速度要求较高时,可选择传统的程序语言编程环境,如VisualC++、BorlandC++、VisualBasic和NI公司的LabWndows／CVI等.PC－DAQ虚拟仪器自动测控系统的软件主要包括三个部分:PC总线接口软件、仪器驱动软件和应用软件(软面板).
高压氧舱虚拟仪器测控系统由主控模块、A/D转换模块、D/A转换模块和信号调理模块等组成.系统采用了嵌入式AllInOne结构,利用了流行的PC总线技术,将整个硬件系统连成一个整体.整个测控系统结构组成如图2所示.为保证自动监控系统可靠、高效,选用成熟的AWS-825P工控机:PⅢ1.7GHZ,PCI&ISA总线母板,17寸平板显示器.选用基于PC总线的计算机数据采集与控制模块(扩展卡)包括:16输入A/D转换模块、D/A转换模块、PCI声卡、模拟信号切换板、DI/O输入输出模块、继电器控制模块、信号转接板,均安插在主控机箱内.传感器主要包括压力传感器、氧浓度传感器、温度传感器、湿度传感器.控制阀为电气控制阀,主要是通过电压完成压力自动控制、氧浓度自动调节等功能.
3高压氧舱PC－DAQ虚拟仪器测控系统的硬件设置
高压氧舱PC－DAQ虚拟仪器测控系统工作原理如图3所示.现场信号及传感器产生的电信号通过信号调理电路处理后,由数据采集卡将数据送入计算机,由计算机软件构成的各种虚拟测控仪器、分析仪器、显示仪器等组成的测控系统对输入数据进行处理.控制信号由信号采集卡送到信号调理电路,通过必要的放大激励后驱动执行机构,从而构成完整的测控硬件系统.
信号调理电路,特别是前置放大器性能对测控系统的可靠性、精度影响重大.对于电荷型、电感式、涡流式、应变式、热电偶式等不同类型的传感器应配备特定性能的前置放大器,在本系统中为了进一步提高输出信噪比,采用传感器与前置放大器一体化的集成方式.PC－DAQ体系结构能够适应更高分辨率、更高精度和更快的计算吞吐速度,所以该测控系统PC机采用ISA＋PCI总线结构,总线板上有自动配制信息,PC机系统可根据这些信息为它自动分配有效地址、端口地址、中断和某些信息,实现即插即用.
数据采集卡(PC－DAQ)是该测控系统的核心,由数据采集卡实现的测控仪器可达到仪器级的性能、精度和可靠性的要求.所以高压氧舱测控系统在选择数据采集卡时选用了PCI－1713和PCL－727多功能数据采集卡,它们是一种基于16位ISA总线的供IBM－PC或其兼容机便用的高性能、高速、高增益的多功能数据采集卡.PCL—727为全长卡,它提供了十二个12位D/A通道.卡上的DC/DC转换器能一直保证有10V的D/A输出.每个模拟量输出通道都有一个易于使用的内置保险丝插口,用以保护浪涌对板卡、PC及电流控制设备的损害.对于需要有多个PID控制回路的应用来说,PCL—727是理想、经济的选择.除了模拟量输出,PCL—727还提供了16个数字量输出通道和16个数字量输入通道PCL727实用软件磁盘包含校准程序和编程示例.更重要的是,该模块具有较强的编程开发功能,可以使用C++语言对其进行开发编程,可以选用中断方式、DMA方式将数据传递到内存区域,对于提高测控系统的可靠性与稳定性有着不可比拟的优点.