传感器与检测技术8.pdfVIP

第8章 检测系统设计基础 无论是传统的检测系统，还是自动检测系统，均包含一定的硬件系统和软件系统，因 此，我们在开发检测系统时，可以遵循一些相通的设计原则与方法，也就是说，我们必须 了解并熟悉检测系统设计中的一些共性的问题。本章概略性介绍一些检测系统设计的基础 理论与方法：检测系统的构成形式、检测系统设计的一般原则与开发过程、设计步骤(包括 需求分析与功能划分、总体方案设计、硬件设计、软件设计) 、抗干扰设计、可靠性设计等。 最后给出检测系统的设计实例。 8.1 检测系统的构成形式 随着微电子技术、计算机技术、软件技术的迅速发展，以及各种标准总线的推出，构 成一个检测系统的方案有多种选择。 在进行检测系统设计时，依据用户对系统检测功能的不同要求，既可以选择各种标准 总线的计算机系统，并配以 I/O 扩展板卡或仪器模块，从而构成不同类型的检测系统硬件， 也可以选择单片机再配以 I/O 接口电路构成硬件系统。当然，还可以是两者结合构成硬件 系统。由于可选择方案的增多，目前没有严格的统一规范，但在实际应用中人们按检测系 统硬件组成形式，将检测系统分为标准总线检测系统、专用计算机检测系统、混合型计算 机检测系统和网络化检测系统等四种类型。 8.1.1 标准总线检测系统 标准总线包括 PC 总线、STD 总线、VXI 总线、CPCI 总线和 PXI 总线等，能提供上述 标准总线的计算机系统称为标准总线系统。以标准总线系统为基础，在台式 PC 主板的扩 展槽上(或者在 PC 扩展机箱插槽上、工控机的底板插槽上、VXI 和 PXI 系统的背板总线上) 配置 A/D 、I/O 板和模块化仪器等功能模块板卡，便可构成一个用于完成预定功能的自动检 测系统。下面分别介绍基于 PC 、STD、GPIB、VXI 和 PXI 等总线的测试系统构成方法及 系统特点。 1. PC 总线系统构成方法 以个人计算机(PC)为基础，配以符合 PC 总线标准的各种功能板卡，可方便地组成各种 检测系统。PC 总线系统一般指由台式计算机的 PC/XT 、PC/AT 、ISA、EISA 、PCI 、PC/104 、 笔记本计算机 PCMCIA 等总线构成的系统。台式计算机的 I/O 扩展槽直接连接在 PC 系统 总线上(扩展插槽就在计算机主板上) ，工业计算机总线分布在一块称为底板的印制电路板 上，它上面有若干个扩展插槽(插槽具体数量由机箱大小决定) 。 在构成 PC 总线检测系统时，关键是选择合适的各种功能模块板卡。目前，国内、外 有许多研制生产各种功能模块板卡的厂家。目前市场上的功能模块板卡包括 A/D 、D/A 、 第 8 章 检测系统设计基础 ·291 · 数字 I/O、模拟 I/O、计数器/定时器、示波器、数字万用表、串行数据分析仪、动态信号分 析仪和任意波形发生器等。在进行检测系统开发时，首先应根据实际检测任务需求，确定 所选功能模块板卡的种类；然后根据输入电信号的范围、采集通道数量、采集精度、检测 系统工作环境等其他具体要求，对市场可供选用的产品进行调研，从中选择合适的功能模 块板卡进行系统设计。在完成上述工作后，就可进行测试系统的集成和软件研制等工作。 由于PC 总线检测系统充分利用了计算机系统资源，增加了测试系统的灵活性和扩展性。 利用数据采集等功能模块可方便快速地组建基于 PC 系统的仪器，实现一机多型和一机多用。 一个典型的 PC 总线检测系统构成框图如图 8.l 所示。它由传感器、信号调理器、数据采集板 卡、个人计算机和检测系统软件等部分组成。这种方式借助于插入计算机内的功能板卡，通 过 A/D 变换将模拟信号、通过 I/O 将数字信号采集到计算机进行分析、处理和显示。 象 对 测 被 器 感 传 器 理 调 号 信 卡 板 集 采 据 数 机 算 计 人 个 件 软 统 系 测 检 图 8.1 典型的 PC 总线检测系