0 引言
电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化实现测量的一种装置，广泛应用于现代工业测量中。但在以往的应用中受到集成电路工艺发展水平和数据传输方式的限制，信号处理电路被设计得结构复杂、体积偏大、耗电量大，以至于影响了它的应用。木文介绍了一种新的电感传感器信号采集装置的设计方法。该方法是将载波发生，放大滤波，相敏检波、数据采集和数据传输等功能集成在一块PCI卡上，利用PCI总线将采集的数据送入计算机中.再通过计算机进行数据处理得出相应结论。该信号采集卡解决了以往设备结构复杂、使用不便的问题，实现了电感传感器信号处理电路的小型化。
1 整体结构
该信号采集卡的设计卞要分为硬件设计和软件设计，整体结构见图1。其中硬件部分卞要包括前向通道电路和PCI接口电路;而软件部分的核心卞要是驭动程序。
图1 整体结构
2 硬件电路
2.1 前向通道电路
前向通道电路卞要完成载波的发出和对传感器反馈信号的处理。通道中的10I}正弦波载波发生电路主要由函数发生器ICL8038构成。ICL8038集成函数发生器频率调节范围为0.001Hz~300kHz,输出正弦波的失真度小于1%。为了滤除反馈信号中的干扰，信号采集卡上设置了带通范围为8389.1 Hz~12469.99Hz的带通滤波器。通过带通滤波，信号中的干扰成份得到了有效的抑制。图1中的多路衰减环节共分8档，由计算机通过PCI总线控制，最大可提供200倍的衰减。衰减后的信号将进入相敏检波环节，该环节采用的是开关式全波相敏检波电路。与以往做法不同的是用于检波的参考信号是利用模拟开关CD405 3生成的。这样做的优点是充分利用了CD4053导通电阻低，漏电流小的特性降低了检波误差，从而获得了较高的检波精度。由于电感式传感器的触针通常以不大于400Hz的频率作垂直运动。所以，检波后的信号还需通过低通滤波器来滤除信号中的高频成份。木设计中低通滤波环节采用了两个一阶压控电源切比雪夫型低通滤波器。其截至频率分别为579Hz和1326Hz。通过以上电路的转换便可利用AD574进行采样了。采样时钟部分卞要利用了一片2051单片机。它可根据PCI总线的命令发出4种不同的采样时钟以适应不同的采样要求。
2.2 PCI接口电路
PCI总线具有良好的性能，但由于其协议的复杂性，其接口的实现比ISA等总线要困难得多。目前，PCI总线接口电路的实现方式卞要分为两类:一类是利用符合PCI总线规范的PLD芯片。如ALTERA公司提供的FPGA器件FLEX6000,FLEX8000等;另一类是利用PCI总线专用控制芯片。如PLX公司的PCI9052 ,PCI9030等。木文采用的是第一种设计方法，利用PLX公司的PCI9052来实现PCI接口电路的设计。
PCI9052是PLX公司开发的低价位PCI总线目标接口芯片。它由PCI BUS接口逻辑、LOCAL BUS接口逻辑、串行EEPROM接口逻辑和内部逻辑构成。其的局部总线(Local Bus)可以通过编程设置为8,16,32位的(非)复用总线。它的卞要特点是当工作在ISA模式时可实现ISA总线到PCI总线的无缝连接[2j。木文所涉及的PCI接口电路便是利用PCI9052工作在ISA模式卜实现的，电路示意图如图2PCI9052左边上半部分与PCI总线相对应，左卜部分与储存配置信急的EEPROM(93CS46)相对应，而右边则是局部总线外部电路。当PCI9052工作在ISA模式时，其局部总线时钟端口需接8M晶振。ORD是I/0空间读信号;IOWR是I/0空间写信号;LAD[7：0]是8位数据总线;ISAA[1:0]相当于LA[1:0]，它和LA[23:2]一起进行地址译码。锁存器组中包括4个锁存器。其中，2个为输入锁存器(74LS244)，分别用来锁存AD的转换结果和采样时钟信号;另2个为输出锁存器(74LS273),用以完成对AD、采样频率、多路转换器和继电器的控制。4个锁存器的片选信号是由地址信号ISAA[1:0],LA[2]经74LS138译码，再与相应的I/O空间读写信号一起经74LS32后产生的。当然，要实现上述功能最重要的是要正确配置EEPROM中的基木配置信急。在木设计中，设备号DID为0x5201，制造商VID为Ox10B5，子设备号SDID为0x9050，子制造商SVID为Ox10B5，设备类型号为0x06800001,局部空间1范围寄存器的值是OxFFFFFFFl，表示I/0空间大小为16个字节，bit0为1表示此空间被映射到I/0空间;局部空间描述寄存器的值0x00 000022,其中bit[23 :22]为00表明局部空间1的数据总线宽度为8位;局部片选寄存器1的值为0x00000009，以限制局部地址空间的范围在Ox000~Ox010之间。
图2 PCI 接口电路示意图
通过以上正确的芯片管脚连线和信息配置，主机实现了对不同锁存器的访问，完成了对硬件信号采集卡各部件的控制和对AD转换数据及采样时钟信号的读取，进而实现了PCI总线与局部总线间的通信。
3 驱动程序设计
在Windows2000操作系统卜PCI总线的驭动开发与DOS操作系统下ISA总线的开发有着根木的不同。应用程序不再允许通过简单的I/0、内存读写命令直接操纵硬件设备。Windows操作系统为了保证系统的安全性、稳定性、可移植性，对应用程序访问硬件资源进行了限制。只有设备驱动程序才可以直接访问硬件设备。
编写驱动程序的工具很多，有微软的软件包De-vice Driver I}it(DDI})，也有专门的驭动程序编写工具，如Win<Iriver和VtoolsD，还有PLX公司为9052提供的一套软件开发工具包SDI。出于编写驭动程序方便的想法，木设计使用PLX公司的软件开发包SDI和Visual C++作为开发工具。PLX mon作为调试工具。
PLX SDI中含有一个HOST API函数库。其中有很多API函数，如P1xPciDeviceFind ( ) ,P1xPciDe-vice0pen等，可供开发者使用。对于PCI总线设备，其驭动程序的基木任务是:首先查找板卡，然后找到板卡中与所用到的局部空间相对应的PCI基地址，接下来根据要求对这个基地址进行操作。编写时，考虑到有的API函数调用起来非常复杂，为了提高程序的通用性和灵活性，将这些函数进行了封装。封装后的P9050.<lll文件处于Ring3层。它封装了和底层驭动打交道的函数，对外只显现出如Mycard_open ( ) ,My-(ard_close()、Mycard_read()、Mycard_write()、(on<li-tion()等功能函数。核心程序是P9050.sys。它处于RingO层，为Ring3层和电感传感器信号采集卡进行数据交换搭建了一个桥梁。应用程序只要通过调用这些函数便可实现数据的读取和指令的发送。
4 实验
实验是通过将木信号采集卡和LDDM-102型电感测位仪作比对实验来进行的。测位仪的分辨率为0.1 μm。表1列出了±20 μm的量程内，对10个点分别进行比对的数据。表2是信号采集卡测量重复性的实验数据。从中可以看出，木文研制的电感传感器信号采集卡的示值与LDDM-102示值基木一致，达到了一定的精度，同时也表现出了较好的重复性。
5 结论
目前，国内的测量行业使用的电感传感器信号采集装置多是和计算机相分离的独立装置。而木设计在保证了测量精度的前提卜由于使用了PCI总线，使得整个装置体积更小，使用更方便。实验证明该信号采集卡性能稳定，可实现实时性测量，若配以不同的电感传感器可用于多种场合，具有很好的市场前景。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
相关文章
