0 引言
電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化實現測量的一種裝置，廣泛應用于現代工業測量中。但在以往的應用中受到集成電路工藝發展水平和數據傳輸方式的限制，信號處理電路被設計得結構復雜、體積偏大、耗電量大，以至于影響了它的應用。木文介紹了一種新的電感傳感器信號采集裝置的設計方法。該方法是將載波發生，放大濾波，相敏檢波、數據采集和數據傳輸等功能集成在一塊PCI卡上，利用PCI總線將采集的數據送入計算機中.再通過計算機進行數據處理得出相應結論。該信號采集卡解決了以往設備結構復雜、使用不便的問題，實現了電感傳感器信號處理電路的小型化。
1 整體結構
該信號采集卡的設計卞要分為硬件設計和軟件設計，整體結構見圖1。其中硬件部分卞要包括前向通道電路和PCI接口電路;而軟件部分的核心卞要是馭動程序。
圖1 整體結構
2 硬件電路
2.1 前向通道電路
前向通道電路卞要完成載波的發出和對傳感器反饋信號的處理。通道中的10I}正弦波載波發生電路主要由函數發生器ICL8038構成。ICL8038集成函數發生器頻率調節范圍為0.001Hz~300kHz,輸出正弦波的失真度小于1%。為了濾除反饋信號中的干擾，信號采集卡上設置了帶通范圍為8389.1 Hz~12469.99Hz的帶通濾波器。通過帶通濾波，信號中的干擾成份得到了有效的抑制。圖1中的多路衰減環節共分8檔，由計算機通過PCI總線控制，最大可提供200倍的衰減。衰減后的信號將進入相敏檢波環節，該環節采用的是開關式全波相敏檢波電路。與以往做法不同的是用于檢波的參考信號是利用模擬開關CD405 3生成的。這樣做的優點是充分利用了CD4053導通電阻低，漏電流小的特性降低了檢波誤差，從而獲得了較高的檢波精度。由于電感式傳感器的觸針通常以不大于400Hz的頻率作垂直運動。所以，檢波后的信號還需通過低通濾波器來濾除信號中的高頻成份。木設計中低通濾波環節采用了兩個一階壓控電源切比雪夫型低通濾波器。其截至頻率分別為579Hz和1326Hz。通過以上電路的轉換便可利用AD574進行采樣了。采樣時鐘部分卞要利用了一片2051單片機。它可根據PCI總線的命令發出4種不同的采樣時鐘以適應不同的采樣要求。
2.2 PCI接口電路
PCI總線具有良好的性能，但由于其協議的復雜性，其接口的實現比ISA等總線要困難得多。目前，PCI總線接口電路的實現方式卞要分為兩類:一類是利用符合PCI總線規范的PLD芯片。如ALTERA公司提供的FPGA器件FLEX6000,FLEX8000等;另一類是利用PCI總線專用控制芯片。如PLX公司的PCI9052 ,PCI9030等。木文采用的是第一種設計方法，利用PLX公司的PCI9052來實現PCI接口電路的設計。
PCI9052是PLX公司開發的低價位PCI總線目標接口芯片。它由PCI BUS接口邏輯、LOCAL BUS接口邏輯、串行EEPROM接口邏輯和內部邏輯構成。其的局部總線(Local Bus)可以通過編程設置為8,16,32位的(非)復用總線。它的卞要特點是當工作在ISA模式時可實現ISA總線到PCI總線的無縫連接[2j。木文所涉及的PCI接口電路便是利用PCI9052工作在ISA模式卜實現的，電路示意圖如圖2PCI9052左邊上半部分與PCI總線相對應，左卜部分與儲存配置信急的EEPROM(93CS46)相對應，而右邊則是局部總線外部電路。當PCI9052工作在ISA模式時，其局部總線時鐘端口需接8M晶振。ORD是I/0空間讀信號;IOWR是I/0空間寫信號;LAD[7：0]是8位數據總線;ISAA[1:0]相當于LA[1:0]，它和LA[23:2]一起進行地址譯碼。鎖存器組中包括4個鎖存器。其中，2個為輸入鎖存器(74LS244)，分別用來鎖存AD的轉換結果和采樣時鐘信號;另2個為輸出鎖存器(74LS273),用以完成對AD、采樣頻率、多路轉換器和繼電器的控制。4個鎖存器的片選信號是由地址信號ISAA[1:0],LA[2]經74LS138譯碼，再與相應的I/O空間讀寫信號一起經74LS32后產生的。當然，要實現上述功能最重要的是要正確配置EEPROM中的基木配置信急。在木設計中，設備號DID為0x5201，制造商VID為Ox10B5，子設備號SDID為0x9050，子制造商SVID為Ox10B5，設備類型號為0x06800001,局部空間1范圍寄存器的值是OxFFFFFFFl，表示I/0空間大小為16個字節，bit0為1表示此空間被映射到I/0空間;局部空間描述寄存器的值0x00 000022,其中bit[23 :22]為00表明局部空間1的數據總線寬度為8位;局部片選寄存器1的值為0x00000009，以限制局部地址空間的范圍在Ox000~Ox010之間。
圖2 PCI 接口電路示意圖
通過以上正確的芯片管腳連線和信息配置，主機實現了對不同鎖存器的訪問，完成了對硬件信號采集卡各部件的控制和對AD轉換數據及采樣時鐘信號的讀取，進而實現了PCI總線與局部總線間的通信。
3 驅動程序設計
在Windows2000操作系統卜PCI總線的馭動開發與DOS操作系統下ISA總線的開發有著根木的不同。應用程序不再允許通過簡單的I/0、內存讀寫命令直接操縱硬件設備。Windows操作系統為了保證系統的安全性、穩定性、可移植性，對應用程序訪問硬件資源進行了限制。只有設備驅動程序才可以直接訪問硬件設備。
編寫驅動程序的工具很多，有微軟的軟件包De-vice Driver I}it(DDI})，也有專門的馭動程序編寫工具，如Win<Iriver和VtoolsD，還有PLX公司為9052提供的一套軟件開發工具包SDI。出于編寫馭動程序方便的想法，木設計使用PLX公司的軟件開發包SDI和Visual C++作為開發工具。PLX mon作為調試工具。
PLX SDI中含有一個HOST API函數庫。其中有很多API函數，如P1xPciDeviceFind ( ) ,P1xPciDe-vice0pen等，可供開發者使用。對于PCI總線設備，其馭動程序的基木任務是:首先查找板卡，然后找到板卡中與所用到的局部空間相對應的PCI基地址，接下來根據要求對這個基地址進行操作。編寫時，考慮到有的API函數調用起來非常復雜，為了提高程序的通用性和靈活性，將這些函數進行了封裝。封裝后的P9050.<lll文件處于Ring3層。它封裝了和底層馭動打交道的函數，對外只顯現出如Mycard_open ( ) ,My-(ard_close()、Mycard_read()、Mycard_write()、(on<li-tion()等功能函數。核心程序是P9050.sys。它處于RingO層，為Ring3層和電感傳感器信號采集卡進行數據交換搭建了一個橋梁。應用程序只要通過調用這些函數便可實現數據的讀取和指令的發送。
4 實驗
實驗是通過將木信號采集卡和LDDM-102型電感測位儀作比對實驗來進行的。測位儀的分辨率為0.1 μm。表1列出了±20 μm的量程內，對10個點分別進行比對的數據。表2是信號采集卡測量重復性的實驗數據。從中可以看出，木文研制的電感傳感器信號采集卡的示值與LDDM-102示值基木一致，達到了一定的精度，同時也表現出了較好的重復性。
5 結論
目前，國內的測量行業使用的電感傳感器信號采集裝置多是和計算機相分離的獨立裝置。而木設計在保證了測量精度的前提卜由于使用了PCI總線，使得整個裝置體積更小，使用更方便。實驗證明該信號采集卡性能穩定，可實現實時性測量，若配以不同的電感傳感器可用于多種場合，具有很好的市場前景。
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/
相關文章
