基于PXI总线的高速数据采集系统的设计与实现
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计算技术
与 信息发展
基于 PXI 总线的高速数据采集系统的设计与实现
□ 林佰柱 徐中伟 赵笑龙
上海 201804) (同济大学电子与信息工程学院 摘
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
要： 为了满足城市轨道交通 CBTC 车载测控系统对数据采集的需要， 使用阿尔泰公司的数据采集卡 PXI8002 搭建出系统的硬件平台。软件方面在 VC++环境下， 利用多线程技术设计实现了基于 PXI 总线的多通道高速数 据采集系统。详细介绍整个系统的设计思路， 对其中使用到的关键技术进行了研究， 实验证明该系统具有较高 的可靠性。 关键词： 高速数据采集 中图分类号： TP274.2 1 引言 信息社会的发展，很大程度上取决于信息与信号处理技 术的先进性。数字信号处理技术的出现改变了信息与信号处 理技术的整个面貌，而数据采集作为数字信号处理的必不可 少的前期工作在整个数字系统中起到关键性、乃至决定性的 作用，其应用已经深入到信号处理的各个领域中。在这种情 范措施时，以下四个问题需要在相关产品的使用维护说明书 中单独指出。 (1) 防止雷电反击。雷电反击通常是接受直击雷的金属体 在接闪瞬间与大地间存在很高的电压， 电压对与大地连接的其 它金属物发生闪击 （又称逆闪络） 为防止反击雷， 。 火工品运输 车和避雷针之间要按避雷针的使用要求保持一定的安全距离。 (2)人员不得在雷雨天气进行作业。雷雨天气操作人员必须 远离火工品运输车及避雷针系统， “跨步电压” 避免 对人员的伤害。 (3)接地。厢式车和方舱型运输车自身的接地点应远离防 雷系统的接地点， 以防止互相干扰。 (4)雷雨天气不允许行车。根据 GJB2001-1994 火工品包 《 装、 运输、 贮存安全要求》 规定， 运输火工品等危险品的车辆不 允许在雷雨天气行车。 3.3.2 防爆性能 根据火工品的安全运输要求，如选用厢式车或方舱型运 输车设计时应从结构设计和电气设计两部分来考虑防爆性能。 结构设计的主要内容是使运输的火工品远离火源并配套 适应的消防器材；电气设计的主要内容是采用具有防爆功能 的设备 （包括照明灯、 开关、 风机等） 杜绝电线明敷现象， ， 同时 为减少不稳定因素，将主要的电气控制电路设置在火工品的 固定空间外。 3.3.3 防静电性能 静电对火工品构成危险的主要表现为误点火，所以在安 全性设计方面要充分采取导静电接地措施，大大提高静电高 压瞬时释放的及时性， 避免静电导致火工品点火电路误动作。 棚车、 厢式车和方舱型运输车的车底盘上均应安装导静电地链。 为防止产生过多静电， 固定存放火工品的地板应铺设防静电地板。 3.4 装载安全 3.4.1 火工品的安全紧固 无论火工品安装在哪里， 都必须采取可靠的固定方式， 保 半满查询 多线程 VC++ 文献标识码： A 文章编号： 1007-3973 2013） （ 001-082-03 况下， 高速度、 高精度数据采集卡的出现， 极大的简化了数据 采集系统的硬件设计在数据采集系统中的应用越来越广泛。 在城市轨道交通 CBTC 仿真测试系统中需要采集的物理量有 速度、 加速度、 牵引力电流等多个参数， 如何实现实时连续， 长 时间的数据采集，并在采集的同时对采集到的数据进行及时 处理、 存储并动态显示， Windows 并不是实时操作系统， 而 在 证其在运输条件下不前后窜动、 上下跳动和左右摆动。 3.4.2 载车承载安全分析 根据 QJ2572-93 航天火工装置包装运输贮存通用技术条 《 件》 中的要求， 运输火工品的汽车单车实际载重应不大于该车 额定载荷的 75%， 运输载车设计选型的初期应考核这个条件。 3.4.3 装载其他安全措施 (1)要求所选型的运输载车排气管出口加装防火罩。 (2)在运输车外显著位置喷涂或安装爆炸品的警示标识。 (3)运输车内、 外可能危及人身、 设备安全的部位， “小 设有 心碰头” “禁止烟火” 等安全警示标识。 (4)配置一定数量且便于取放的灭火器。 (5) 工作人员进入工作区后， 应穿不产生静电的工作服和 不带铁钉的工作鞋， 并通过触摸消电柱释放静电， 同时不应带 首饰、 手机等易产生静电和电磁辐射的物品。 (6)对产品编制内容完整、 详细易懂的使用维护说明书， 对 火工品的摆放、 固定、 防雷、 防爆、 防静电、 接地注意事项等各 方面内容一一阐述清楚。 4 结束语 火工品作为点火或引爆控制系统的核心部件，受一定的 初始冲能作用即可燃烧或爆炸，以产生预期的功能。火工品 具有独立首发和一次性作用的特点，其安全性直接影响武器 系统的效能。 本文内容主要是针对火工品在不同运输方式下的安全性 进行分析， 在充分考虑存储空间的结构设计、 电气设计、 运输 载车的结构设计、 作业人员安全、 人机工程学等方面因素的情 况下， 通过全面、 可靠的分析后， 对整车的危险源逐一采取安 全保护措施。另外，特别要求在此类产品的使用维护说明中 严格要求和规范相关的运输、 操作要求， 从管理方面杜绝不安 全情况的发生， 充分保证不论在何种贮存运输方式下， 火工品 均能进行安全存储、 运输、 吊运、 维护和保养。
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—— 科协论坛 ・ 2013 年第 01 期 （下） ——
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Windows 环境下开发实时测控系统需要采用一些技术。 本文主要利用阿尔泰公司的数据采集卡 PXI2008 搭建出 系统的硬件， 软件部分采用面向对象的软件设计思想， 结合多 线程技术和消息机制设计并实现的高速数据采集系统， 完成了 数据采集、 数据分析处理、 数据实时动态曲线显示等功能， 并把 该系统应用于地铁车载设备仿真测试系统中， 实验证明该系统 在可靠性和实时性方面具有良好的性能， 能够满足系统要求。 2 系统设计概述 本文设计的数据采集处理系统包括前端的信号处理模块、 实时数据采集模块、 数据处理仿真模块。 其中信号处理模块的 主要功能是对测试信号进行幅度变换、 阻抗匹配等， 把模拟信 号调节到采集卡的量程范围内； 实时数据采集模块则完成对输 入模拟信号的采集和缓存， 采集到的数据采用半满查询的方式 通过系统总线直接读入计算机内存中自定义的缓冲区中， 由相 应的其他模块来完成后续处理工作； 系统软件功能主要包括实 时数据采集、 数据处理、 实时数据存储、 显示模块以及车载系统 仿真模型。
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□ 林佰柱 徐中伟 赵笑龙
上海 201804) (同济大学电子与信息工程学院 摘
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
要： 为了满足城市轨道交通 CBTC 车载测控系统对数据采集的需要， 使用阿尔泰公司的数据采集卡 PXI8002 搭建出系统的硬件平台。软件方面在 VC++环境下， 利用多线程技术设计实现了基于 PXI 总线的多通道高速数 据采集系统。详细介绍整个系统的设计思路， 对其中使用到的关键技术进行了研究， 实验证明该系统具有较高 的可靠性。 关键词： 高速数据采集 中图分类号： TP274.2 1 引言 信息社会的发展，很大程度上取决于信息与信号处理技 术的先进性。数字信号处理技术的出现改变了信息与信号处 理技术的整个面貌，而数据采集作为数字信号处理的必不可 少的前期工作在整个数字系统中起到关键性、乃至决定性的 作用，其应用已经深入到信号处理的各个领域中。在这种情 范措施时，以下四个问题需要在相关产品的使用维护说明书 中单独指出。 (1) 防止雷电反击。雷电反击通常是接受直击雷的金属体 在接闪瞬间与大地间存在很高的电压， 电压对与大地连接的其 它金属物发生闪击 （又称逆闪络） 为防止反击雷， 。 火工品运输 车和避雷针之间要按避雷针的使用要求保持一定的安全距离。 (2)人员不得在雷雨天气进行作业。雷雨天气操作人员必须 远离火工品运输车及避雷针系统， “跨步电压” 避免 对人员的伤害。 (3)接地。厢式车和方舱型运输车自身的接地点应远离防 雷系统的接地点， 以防止互相干扰。 (4)雷雨天气不允许行车。根据 GJB2001-1994 火工品包 《 装、 运输、 贮存安全要求》 规定， 运输火工品等危险品的车辆不 允许在雷雨天气行车。 3.3.2 防爆性能 根据火工品的安全运输要求，如选用厢式车或方舱型运 输车设计时应从结构设计和电气设计两部分来考虑防爆性能。 结构设计的主要内容是使运输的火工品远离火源并配套 适应的消防器材；电气设计的主要内容是采用具有防爆功能 的设备 （包括照明灯、 开关、 风机等） 杜绝电线明敷现象， ， 同时 为减少不稳定因素，将主要的电气控制电路设置在火工品的 固定空间外。 3.3.3 防静电性能 静电对火工品构成危险的主要表现为误点火，所以在安 全性设计方面要充分采取导静电接地措施，大大提高静电高 压瞬时释放的及时性， 避免静电导致火工品点火电路误动作。 棚车、 厢式车和方舱型运输车的车底盘上均应安装导静电地链。 为防止产生过多静电， 固定存放火工品的地板应铺设防静电地板。 3.4 装载安全 3.4.1 火工品的安全紧固 无论火工品安装在哪里， 都必须采取可靠的固定方式， 保 半满查询 多线程 VC++ 文献标识码： A 文章编号： 1007-3973 2013） （ 001-082-03 况下， 高速度、 高精度数据采集卡的出现， 极大的简化了数据 采集系统的硬件设计在数据采集系统中的应用越来越广泛。 在城市轨道交通 CBTC 仿真测试系统中需要采集的物理量有 速度、 加速度、 牵引力电流等多个参数， 如何实现实时连续， 长 时间的数据采集，并在采集的同时对采集到的数据进行及时 处理、 存储并动态显示， Windows 并不是实时操作系统， 而 在 证其在运输条件下不前后窜动、 上下跳动和左右摆动。 3.4.2 载车承载安全分析 根据 QJ2572-93 航天火工装置包装运输贮存通用技术条 《 件》 中的要求， 运输火工品的汽车单车实际载重应不大于该车 额定载荷的 75%， 运输载车设计选型的初期应考核这个条件。 3.4.3 装载其他安全措施 (1)要求所选型的运输载车排气管出口加装防火罩。 (2)在运输车外显著位置喷涂或安装爆炸品的警示标识。 (3)运输车内、 外可能危及人身、 设备安全的部位， “小 设有 心碰头” “禁止烟火” 等安全警示标识。 (4)配置一定数量且便于取放的灭火器。 (5) 工作人员进入工作区后， 应穿不产生静电的工作服和 不带铁钉的工作鞋， 并通过触摸消电柱释放静电， 同时不应带 首饰、 手机等易产生静电和电磁辐射的物品。 (6)对产品编制内容完整、 详细易懂的使用维护说明书， 对 火工品的摆放、 固定、 防雷、 防爆、 防静电、 接地注意事项等各 方面内容一一阐述清楚。 4 结束语 火工品作为点火或引爆控制系统的核心部件，受一定的 初始冲能作用即可燃烧或爆炸，以产生预期的功能。火工品 具有独立首发和一次性作用的特点，其安全性直接影响武器 系统的效能。 本文内容主要是针对火工品在不同运输方式下的安全性 进行分析， 在充分考虑存储空间的结构设计、 电气设计、 运输 载车的结构设计、 作业人员安全、 人机工程学等方面因素的情 况下， 通过全面、 可靠的分析后， 对整车的危险源逐一采取安 全保护措施。另外，特别要求在此类产品的使用维护说明中 严格要求和规范相关的运输、 操作要求， 从管理方面杜绝不安 全情况的发生， 充分保证不论在何种贮存运输方式下， 火工品 均能进行安全存储、 运输、 吊运、 维护和保养。
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—— 科协论坛 ・ 2013 年第 01 期 （下） ——
计算技术
与 信息发展
Windows 环境下开发实时测控系统需要采用一些技术。 本文主要利用阿尔泰公司的数据采集卡 PXI2008 搭建出 系统的硬件， 软件部分采用面向对象的软件设计思想， 结合多 线程技术和消息机制设计并实现的高速数据采集系统， 完成了 数据采集、 数据分析处理、 数据实时动态曲线显示等功能， 并把 该系统应用于地铁车载设备仿真测试系统中， 实验证明该系统 在可靠性和实时性方面具有良好的性能， 能够满足系统要求。 2 系统设计概述 本文设计的数据采集处理系统包括前端的信号处理模块、 实时数据采集模块、 数据处理仿真模块。 其中信号处理模块的 主要功能是对测试信号进行幅度变换、 阻抗匹配等， 把模拟信 号调节到采集卡的量程范围内； 实时数据采集模块则完成对输 入模拟信号的采集和缓存， 采集到的数据采用半满查询的方式 通过系统总线直接读入计算机内存中自定义的缓冲区中， 由相 应的其他模块来完成后续处理工作； 系统软件功能主要包括实 时数据采集、 数据处理、 实时数据存储、 显示模块以及车载系统 仿真模型。