（轮机工程专业论文）vdr试验测试系统的研究设计.pdf

斌汉理工大学硕士学位论文 摘要 投摆围际海誊缝织( 1 m o ) a 。8 6 l ( 2 0 ) 号决议案及我器交逐帮海事弱懿有关 煺定，要求国际魁 亍及沿海簸行躲舶均应安装瓣鼗靛行数据记交投( y a 嚣cd a | a r e c o r d e r 缩写v d r ) 。研制和生产既符合我国国情，又满足试验和测试符合国 际海事组织有关技术性能和功能要求的v d r 的试验溅试装置，在技术署废用上 都具有复援意义。v d r 试验测试装截是研制v d r 必须的重要工其。 论文研究设计了v d r 试验攒l 试装嚣，本装置瘦弼单片撬、阙络遴信爱专聪 集减毫鼹技术，攘激国黪海搴疆缓要求v d r 避录的各莘孛操撵积设备运行的状态 信息，嗣时检测v d r 工作状态。 v d r 需要聚集的信息包括：牵钟、舵、缀警装鼹、防火门，g p s 、电罗经、 计程仪、气象仪、测深仪、转速仪、驾驶台、雷达等设备传出的信号，以及需 簧采集瀚声音信号；概括起来就燕各种模拭鬣信号、开荚量信号、6 1 1 舵格式的 率盈信号、稼i 串信号戳茨音频信弩翱视频信号。因丽本装置包括模拟燕信号发 生器、开哭量绩号发生嚣、串口信号发生器、脉冲臻号发生器、正弦信譬发生 嚣、沓频傣号发生器和萤像髂号发生嚣。 本装鬣的硬件系统由主控制器和备种信号发生器组成，主控制器系统由信 母发送程净和信弩捡酒及比较程痔组成。主控制器为本装置的核心，其燕要功 能是控制各种模拟信号发生器工伟，同时接收v d r 传送的数据，通过比较发送 蕊数攥秘接受的数搬，梭溺v d r 王撵状态。 论文主要竞残了以下_ 王律： l 、设计各种信号发生器，模拟v d r 需要采集的信号。 2 、采用v b 语言编霉信号发送程序。 3 、采用v c 语宙编写信号检测及比较程序。f r p 协议实现网络数据传输， 院较发送穗号秘接收信号，检测v d r 工作状撬。 焚键词：v d r馕号 零片枧圭控卷i 嚣 本论文受湖北卷_ 辩技琰关壤耳“躲载数撼记录搜研发”瓷霸。f 缡号： 2 0 0 3 a a l 0 1 c 0 2 1 武汉理工大学硕士学谴论文 a b s t r a e t 撕棚i n g 辩童l l ep # o s 曩l 。fl ki m oa 8 6 l 2 雄雏d 陀l 鞋ep v 捌。拄 m a 囊i m 。s g 受ya d m 糠 s 圭箍蛀o bo f 确幽| f yo f0 嘴m 黼i c a | i 撵疆攮。羚p 。l e r e p u b l i co fc h i n a ，t h es h i p sm u s ti n s i a l lv o y a g ed a t ar e c o r d e f ( v d r ) ，w h i c hs a i la t 龇i n c e ：n a i i o n a lc o u 船e 粕dc a b o t a g e 1 ti sv e r yi m p 档l a 哦纽t l l et e _ b h o l 蠼搿a n 畦 a p p l i c a t i o nt l l a td e v e i o p sa 1 1 dp m d u c e si h es y s t e mo fv d re x p e r 曲e n te x a m i n a i i o n 椭i c hn o to n l ya c c o f d 血gt oo u rs i t u a t i o n so fac o u n t r yb u ta l s om 。e t t i n gt e c h n o l o g y c a p 曲i i i t y 卸d 托n c t i o nn e e d 靠o mi n t e r n a t i i o n a lm a r i t i m ea 蹦f s 瓢i si m p o r t a n tt o d “e k pv 弘r ， 弧i s 嬲疰el 鞋幻d b e e st 酝硐r # x 矗m 翎le x a 糯i n 躐i o nd e v l e e 翻i sd 毒v i c e a p p l j e ss j 拽螂e c h j 巍n e t w o r kc o 辩e s p o 赶d e n c et e c h n o l o g ya n ds 举c i a lj n l e 孽a 地c i r 铷i tl o 妇n u l 鑫t e 铀c h 蜮h d 硝s i 黔越f o r v d r 啪l h e 螺i pa 埘蹴a 蕊妯e t h e 鞋宣l 嚣o f v d r + v d rn e e d sg a i h e rt h ea u d i os i g n a la n dt h es i 醇a l sw h j c hg e r n a r a t ef r o ml h e e q u i p m 跚t si c l u d i n gt e l # 辨p h ，s t d n gg e 鹕魏l a 皿d e v i c e ，f i f ep r o o fd 0 0 g p s ， g y r oc o m p a s s ，s p e e dl o 岛m e t c o m g r a p h ，f a t h o 柏埘s p e e dm e t e lb r i d g er o 。m ，r a d a r ， e 把s h m m 巍矗l 冀氇e yi 珏c 至u 如v 蕊o u sa 鞋a l 。gs i 酗a l s ，蘸g i a ls i g l 重a l s ，s i 髓面sd e 嚣n e di 攮 辑怼6 l i 6 2s e 矗。s ，舯l s es 鞫砖s ，脚d i os i 嚣8 l sa 珏dv i d e os i 酗矗1 s 确艘嚣f o f e ，t h i s d 钾i c cm u s td e s i 辨粕a l o gs i 秘a l sg e 黼牯t o l ；d i 搿l a ls i 舻啦sg c n e l a 莹。矗s e 蛀e ss i 辨蠢s g o n c r a l = 0 b 弘l s 搴s i 辨鑫l sg 黼e 趣1 蝴d 主os i g 嘲s 舻n 材粕鞠dv i 穗os i 擎a 毽 g c n e r a t 0 也 确eh 脚w 甜es y s t e m 。ft h i sd e v i c cj s 嫩a d eo f 煳a s 融n t r o l l e fa n dv 冀 i 伽s s i 9 1 l a lg e n e f a t o r s ；t h es o f ts y s t e mi sm a d eo ft h es e n d i n gs i 鲫a l sp r o 伊a ma n dt h e e x a m i 蜒菇gs 疆n a l sp g f a m ，弧 ss y s 括瑚c o 瑶括m a s t e r n t m h e 群 毫sm a i nf u n c 妻 蛐王s 饿a t 矗n 抒。强v a r i o ss i 辨时g c n e f 辑t o 娼，r e i v e st h e 妇l at h a tv d rs e n 如l h r o u 曲 n o l w o k ，a 矬de x 鑫m n e s 氇# s t 巍妻eo fv d 歉氇f 0 珏g 巍c o n l 豫s t i 髓g & d 甜a 壤采v d rb a s s e 鞋1w l h 撮a 如嚣糯毫s 耱f n t f 站l l e r 矗a ss 纛v 醚+ t h em a i nw o r ka b o u tt h j st h e s i si sa sf 0 玎o w s ： l ，v a r i o u sg e f l l e 删o r s 至sd e s i g n e dt o 西m n l a 协t b es i 船硅l s ) rn e e d sg 峨馘 武汉理= f = 太学硕士学柱论文 2 弧os e n d 抽gs i 韶a l sp 嗽即mj sp r o g r a m 】c 1 1 e db yv b 3 1 瓢尊e x a m j 畦i 孵s 印a l sp r o 嚣a mi sp f o 掣a m m e db yv c t h en c 蜥。嫩d a t 8 c o r r e s p 彻d e n c bi sb a s e do nf 胛p r o t o c o l _ 伯es t a t eo fv d r j se x 籼j 黼db y n 镛a s 虹n gt d 如氇戤v d rb 矗ss e 眦w i t 敦m a t 址em a s t e r n t r o i l e 工h 箍ss a v e d 薹【e yw o r d s ：v d r ；s i g 硅a 王：s 灏舀e c h 如；m a s 董眭o o n t r o l l e r 拍 s 赫；s 僦a l i o ni ss 钉p p o f t e d 蠡n a n d a lb yt l et a c k l ek c yp r o j e 蹴“r c s c a r c h 舳i h e v o y 8 寥狲拯酗c 。嬲e f d 鬏) ”糠辩i e 珏e 嚣勰d e c 确。l 。静醴珏癌p w i n 。e n u m 堍f ：2 3 a a l 0 o 黢) m 武汉理工大学硕士学位论文 第 蠢绪论 1 。1 选题的背景与懑义。4 1 为了热强海j ：安全簸餐管理，绦簿海主人旖帮薨手产安全，黼簸航行数据记 泶仪( y a 薛d a t ar o 埘e fv d r ) ，作为一种宵效静授术手段，受到了国际海事 组织f i 艇伪稠各国玻麝及海攀篱理郝门酶高度重视。 1 9 9 6 铝，出燕国和英蹦提议，国际海事缎织( i m o ) 导靛分黉会懋a v ) 要求 鞫际蕺王蚕罴会参照l m o 静建议，裁定黯载靛幸亍数搽记录搜( v d r 滔琢技术检 验标准。 1 9 嘶每1 1 冀2 7 丑，l m o 第2 0 滔天会通过了姒的般性能标准漱0 决议a 蹦1 ) a i m o 学靛安全分委会瞧予1 9 9 8 蓝l 兰7 蜀强掰躺4 4 溺会议讨论了v 蛰装安装要 求并制定了议案，辩s o l 茂s 第v 章第2 2 条，泼案裁定过国际航行窖滚轮必须 安装v d r 。 中辫子2 0 年5 月，由涓家海攀鼹主持，在广窳湛江程嚣了鸯关v 移r 鳃 会议。嗣家海事禺予2 2 年i o 胃矮布瀚船载航行数据记录仪管理规定憾行 等有关文件，对各种船舶配备v d r 产晶律出了稻庭鹣蕊定。 中嚣：醚世弊上躺航运大鬻，冀中远洋船擞万多艘，v d r 黠求量丈。鹾测 和生产既符食我国国情，叉满足国际海事组织露关技术能自莘n 功能要求的v d r 系统，在技术翻应薅上都县有藿娶意义。在开发霸生产湘r 过程串，盛须一套 v 。r 工作状况铡试试验装麓。翻诧设计一套v d r 试验测试装鬣，既能适合v d r 鹩研究和开发又能满足v d r 王作虢况的检测。 1 。2 所涉及的技术及现状嘲 ( 1 ) 疆蕊，“黑避子”辑溯毙较兔遴静莺家0 辍粕：英国、穗嚣等) 甚缝商褶 关产品农躲髂上安装使嗣。 i 漠阐砸v o n “船舶每靛运数据系统公词”航行数攥记袋嚣 英国劳氏船级社自七十年代开始提出研究和试验船用航行数据记蒙器 v 黔r ；v 。y a 黔d 雏3r 。妇国l 三寒，不毽取褥了爨著臻祭，嚣量g 越世赛备烹要 斌汉理工大学硕士学位论文 航运国家的重视。由英国d e v o n “船舶与航运数据系统公司”研制的这种数据 记录器能监控并记录许多参数，诸如船的动态、船体强度、船舶操纵及状态数 嬲、最佳安全装载麓、雷达信息戳藏常囊环境参数等。这种记黎嚣能连续4 0 天 记录各种信息，从第4 1 天开始就自动地以新的信息覆盏在原始记录的数据上面， 髑磊复始，不断工 睾。 该航行纪录仪只对船舶的基本航行数据进行了记泶，对于囱动化要求较高 黪设备 攒接量信号发生器 车钟、舵等发出的是模拟信号 系统设计产生1 5 路模拟擞信号，分别是0 1 0 v 、4 2 0 a 、- 5 v 一5 v 范围的模拟量信号，每种各5 路。 设计一款模掩量信号发生器的慧体愚路髭主控制器通过控制数据接裔可阻 发出一定电压或电流的模拟薰信号。根据现在的常用技术，有两种设计方案。 方寨一怒逶过串珏控裁模羧藿信号发生电路产生模掇燕焦号，在电路板中智能 芯片是单片机，控制数模转换芯片( 如d a c 0 8 3 2 ) 进行数膜转换：方案二是通 过p c i 憨线控制模拟量信号输出卡p c i 1 7 2 3 产生模拟蟹信号。p a 1 7 2 3 产生的 是o 一5 v 的电压储号，电艇信号经隔离调理衙产生符合要求的模拟量信号。 方案一存在的缺点较多，主要怒采用4 块p a 按口的串口卡，占用了大量 浆主控潮器懿接鞠资源，常场上疆壤买至l 其蠢魏筵多p a 插禳静主控翻器。选 用方案二就避免丁此类问题。 ( 2 ) 开荚量信号发生器 车钟、报警装爱、防火门等发出的是开关量信号；本测试系统设计的开关 量信号发生器可发出3 2 组开关量信号，每组信号有4 种，分别是2 4 v 、1 2 v 、5 v 的有源开关垂蔷鼍和无添触点信号，信号种摊积数嚣可戳满足鼯艟上弱开关董 信号要求。 秀美霪输出卡p c 0 7 3 4 可殴验出3 2 路耀置独立懿开关量信号，选爰p e 王，7 3 4 可以满足本系统的器求。主控制器控制p c i 厂7 3 4 生成3 2 路开关量信号。然后通过 调理电路隔离成3 2 路信号。 ( 3 ) 串嗣信号发生嚣 g p s 、电罗经、计程仪、气象仪、主机转速、测深仪、自动舷等通道串口发 遴6 1 1 6 2 格式躲4 2 2 信号。本系统设计约串曩售号发生嚣可戳独立发遴i 6 磅 6 1 1 6 2 格式的4 2 2 串口信号，模拟以上各种串口信号。设计串口信号发生器的总 体思路是控制主按枣器的数据总线藏接产生i 6 路串日髂号，聪逡用符合簧求的 7 武汉理工大学硕士学位论文 串口卡韪解决问题的关键。 p c i _ 1 6 1 2 是研华科披( a d v a l l t e c l l ) 发布新款通讯卡，它是一款4 端口 r s - 2 3 2 ，4 2 2 4 8 5 瀵嗣p c l 蕊线逶讯卡、丽对支持3 3 帮5 v 系统、带嘉强大匏谈 涌保护和隔离保护功能，是恶劣环境下长距离通讯应用的理想选择。该卡具有 朝插靼翅臻能，一个系统孛箍多可黻安装4 块卡，最多霹支持1 6 个设备瓣运识。 p c i 1 6 1 2 可以在w i d o w s 9 8 2 0 0 0 ，m e p 和l j n u x 下使用，带有完熬的驱动 程序。此外，通过使用研牮捆绑的1 c o mi 具软件，还可以避过分析端口状态 来测试p c i 卡的性能，还w 以方便的配置板卡设置。 主控制器控制4 块串口卡p c l 1 6 1 2 生成1 6 路独立4 2 2 格式凇口的串阳信号， 枣墨谊弩按6 1 1 6 2 揍式发邀。 ( 4 ) 脉冲信号发生器 测渫仪、转速仪等发出鲍是脉冲信号。本系统的敞砖信号发生器震要发出霸 路相互独立的具有不同占窝比和频率的脉冲信号，所以设计的总体思路是选用 一款计数器，通过单片机可以完成发出不同占空比、频率的脉冲信号。8 2 5 3 具 有3 个猿立静1 6 位计数器，6 释不同静工终方式，在工作在模式l 下，是数字单稳 态电路；可以生成单稳态脉冲，输出脉冲信号。 主控巷l 器逯避审墨与蕈片撬透谖，萃冀撬控尊诗数器8 2 5 3 产生辣、痒傣弓；鞋 及其他单片机控制电路的相关外围电路。 ( 5 ) 正弦信号发生器 v d 骁需要采集驾驶台、海图室中的声音信号，丽声音信号是一定频率、幅 值的正弦信号。本系统的疋弦信号发生器需要发出6 路相互独立的具有不同频率 麴正弦麓号。所潋没诗嚣憨谆思路怒造鼹一获波形发生器芯片，霉浚产生妥弦 信号。i c l 8 0 3 8 为单片波形发生器集成电路，可以通过输入不同的电压值可以发 出不同频率的正豫信号、三角波、锯齿波和方渡。控制l c 璐0 3 8 静信号是不同电 压值的横拟信号，因而单片机应该控制d a 转换芯片产生不同电压值的模拟量信 号，通过模拟量信号控制i c 聃0 3 8 。 主接铡嚣逶避窜日与蕈片辊透信，萃片械控翱d 髓转换芯片d a 0 0 8 3 2 产生一 定电压慎的模拟量信号：模拟量信号控制单片波形发生器芯片i c m 0 3 8 产嶷不同 频率的正弦信号；鞋及其她单片搬撵铡电路秽正弦售母产生电鼹薛翅美羚匿电 路。 8 武汉理王大学硕士学位论文 ( 6 ) 视频信号发生器 视频信号发生器在设计中，选罔视频分酗器；显卡输出视频信号壹接连接裂 视频分配器上，茺需控制可以输出多路( 多于2 路) 视频信号。此方法的合理的 应用了主控制器的现有资源，无需开发视频卡，就可以完成视频输出。 v d r 霈要采鬟霉选信鸯，磊雷这信号就燕v & 格式的褫颠信号。分配耩蓝 宝s p 1 4 1 5 的带宽为1 5 0 m l z ，1 路v g a 输入，4 路v g a 输出；功率为4 5 ( w ) ，支 持分辫零为1 6 1 2 8 0 计算撬到s p 1 4 1 5 俺 蠡距离为7 。5 米，显示嚣墅韶一1 4 1 5 的传输距离为7 5 米；需龋9 v 直流电源。本产品翻带直流通配器，型号是 c c d 3 5 0 9 0 0 3 0 0 ，输入是2 2 0 v 、5 0 h z 交流电，输出是9 v 、o 3 a 的直流电。视频 分配器撼显卡1 的信号分配，一路绘v d r 接救，路戮显示器i 显示。这样就模 拟了雷选信号。视频信号发生器结构图如图2 2 所示。 辑壤壤 瞄匦五五丑面五圃 v g a 嵇母势毫嚣 i h 茧口 - r “ l l 里! _ j ，1r 、 ：= = 二 世凝二二= = ： 鸶2 t 2 橇频信号发雏器结构图 视频信号经v g a 信号分配器后输出四路相同的视频信号，摄示器1 显示的信 息帮v 隙接收韵糖频信惠完全一致。 2 2 2 软件部分 在设计软件时，首先确定操作系统和编穰语言的选择；然后根据确定的基本 框架进行软件设计。软件部分包括主控毒器傣号发送程序设计翱镶号检测及比 较程序设计。 ( 1 ) 主控制器信号发送程序 9 戛耐 武汉理工大学硕士学位论文 在所商信号菠生器的完成设计蔺，主控制器应该有一个信譬发送程序控制各 种模拟信号的发送。v i s u a lb a s i c6 o 编程语言是一个面向对教的集成开发系 统，它融入了覆淘对象、设诗过程霹援纯、事件驱动、动态数据驱动等恚遴麓 软件开发技术，俄b a s i c 语亩编程技术发展到了一个新的高度。信号发送程序采 躅v b 缟程。主控剁器控制接号爱送，分窦时发送和鬟申发送；蜜畦发送就是颤 率信号、脉冲信母、开关擞信号、模拟量信号、串口信号分别实时独藏发送； 集中发送就是发送信息设嚣完毕后一起发送；实时发送或集中发送后保存发送 信息。流程图如豳2 - 3 。 c j 互二) 厂磊赢 ；= 毳垂童 ，一l 矗 ! 音 r i r + l l 苎璺竺兰墨兰ll 篓! ! 堂苎! i r 一l 1r 1 一一 j 发送 r 一“4 保存发送信息卜 苎堂j c 鎏3 图2 。3 主控制器信号发送程序流程图 ( 2 ) 主控案l 器菇号检溅及 l 较程序 主控制器信号检测及比较程序就是控制生控制器接收v d r 通过网线发送来 鲍信息；在检测界面上显示视频图像耧正弦傣号图像，通过操l 乍人员国e 蕤判断 对错；述在接收辩面上显永模攒信号、开关凝信号、率口信号的信息，并且与 信号发送程序保存下来模拟量信号、开关量信号、串口信号的信息对比，判断 是否蒋合要求。搽佟人员签名螽可潋溺菱簧蠢接牧的嵇患，了解v d r 瓣工作获 悉。流穰图如图2 w 4 。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 本章小节 图2 - 4 主控制器对比程序流程图 本章主要介绍了v d r 试验测试系统的系统功能和进行设计的总体思路。总 体设计思路分硬件部分为设计和软件部分设计。 彗堡墨三查堂堡主兰堡堡塞 第3 章主要功能模块设计 3 1 模拟量信号发生器啪阱1 模拟量信号发生器的结构原理图如图3 - 1 所示。 厂 厂1 厂 厂 厂 霉嚣5 蓁i 嚣 i 羹l 憎 i 薏1 障5 嚣 蒿i 露 霉f i 辱ji 蠡l | 嚣 l jl j l _ j l l _ j 图3 1 模拟量信号发生器结构原理图 主控制器通过p c i 插槽控制2 块模拟量输出卡p c i _ 】7 2 3 ，产生1 6 路。一5 v 的模拟量信号，模拟量信号经过隔离模块隔离后变成5 路4 2 0 i n a 的电流信号 和1 0 路。一1 0 v 的电压信号：然后再经过调理电路最终输出5 路0 1 0 v 、5 路4 2 0 m a 和5 路，5 v 一5 v 的模拟量信号。 路4 2 0 m a 和s 路，5 v 一5 v 蝻模拟量信号。 =ioij】_甘1-)5一fi9ijh-p1-o一_ioch叫ho一|1o1j1_p1，o5一isoc_，1_。o一io匕1i唧1-o一iloc1_p一)5一一lso_u一-p1_o一_io芒1_p1_o一一iso巴一叼l_o执一 |io【j_勺1_o_ |io邑_p1-oh一 |ioe时。，ho_一 ioe_叫_oh iioel-呵1_oh一 口旧u口引= j口引口u一倒门幽一 引口 口引引叫 罔 一旧旧慷!一 阳一引 陌憎一 【慷旧旧罡一“引；引引引一h”悟旧匕 一宅暑 或5 v ( 撩程为5 v 一5 v ) 辩，程穿读入氇是l o ；翔鬃滑动条输入篷为z b u 2 ， 那么p c i * 1 7 2 3 输出的值为； 癜h 2 ：z l 。读取4 m a 一2 蚀婕电淹信号静糕廖是： 2 z h u l = s l i d e r l f i l m v a l u e 一4 0 0 帔界面输入值的范围变为0 1 6 0 0 z h 娩= f c a t ( f z b l ，3 2 0 x 嚣姻”) 熬入范围变为0 5 a o l ( i 1 0 ) = z h u 2 读辍面板输入值放入数组a 0 1 ( j ) 中，准备输出 读取o v 1 0 v 和5 v 一5 v 电压信号的程序是： z h # 3 = s l i d e r l 秘l 国t v 粕e 读淑赛面输入模叛量馕，范禹为o i o z h u 4 = f o m l a t ( ( z h u 3 2 0 0 ) ，”# ，0 0 ”) 输入范围变为0 5 a o l 鞋l 国= 癜n 4搂敬嚣叛辕入燕藏入数组a o l 国中，墩备辕出 输出模拟量信号时，输入的值是0 5 ，那么输出的值最o v 一5 v ，则通过隔离调 理后输融缸蛆一2 0 l l 迭、o v l o v 或巧v 一5 v 的模拟爨信号。输出模拟量催号懿 武汉理工大学硕士学位论文 程序如下所示： 选中p c i ，1 7 2 3 子程序 p r i v a l s 西i 甜d e v 主c e c l d 岔0 d i m i ，i ja s i l i t e g e r i ，i i 为整型变量 m l 。m p k h 薹魅趣h t e g 。f e m p n u m 兔整型变量 d i mt e s t r e s a sb o o l e a n t e s t r e s 为布尔型变量 d j mn o u t e n t r i e s a sh t e g e r n o u t e n t r i e s 为整型变最 d i ml p s u 醯悖v i c e b s t 熟h g + l p s n b d e v i c c “s t 为长整垄变量 d i md w d e v i n u m a sl m g 。d w d e v i c e n u m 为长整型变擞 避受打嚣= 疆肇其毽静静镕卡予程彦 t e s i r e s = 乳s t s t r o s t d e v j c e t e x t ，”d e m o ”) t 是磷选中研华采集卡，选中布尔型变量t e s t r e s 戈l ，未选中兔0 i f ( 搿州u m o f s u b d e v i c e s = o ) 1 m e 如果没有其他新华卡被打开 d w d e v i c e n u m = d e v i c e l i s t ( i s t d e v i c e “s t i n d e x ) d w d e v i c e n u m 磷牮卡亭号妇d e v i n n m 为掰选卡酌卡号 e r r c d e = d r 、7 j d e v i c c o p 锄( d w d e v i c e n u m ，d e v i c e h a i l d l e ) 4 会打开的职擎卡竣入狮号 p t d e v g e t f e a t u r e s b u f f e r = d r 0 屉e t a d d r e s s ( 1 p d e v f e a t u r e s ) 给扣开的研华卡分配寄存器 e 删e = d r v _ d e v i c c g e t 王屯a t u 糟s ( d c v i c e h a n d l e ，p l d e v g e t f c a t w e s ) t 蛤打开的研华卡输入控制信息 e 醚嚣 e n d s u b 模拟量缀输出程序 l s t d e v i “s t b d e x ；o 模拟量输出卡p c i ，1 7 2 3 的序号为0 c a l ll s t d i c c _ c 1 i 呔2 调嗣选中p a - l 他3 豹予程窿并激滔模熬量卡一p c 卜1 7 2 3 ，准备输出 a o 、，o l t a g e c h a n = i 2选中通道i 2 a o 、姓t a 瞽o u 肇u t = a 0 簿2 )徐久通道i 2 鳇毽a o 簿尊 b r r c d e = d r u o v 0 1 t a g e o u t ( d c v i c e h 柚d l e ，a 0 v o l t a g e ) 愉出模拙最信号 如果输入值或通道与p c i 1 7 2 3 的输入值或通邋有误，搬锩 1 6 武汉理z 丈学颈士学惶论文 i f 衄心d e o ) 1 m e n p 鬏v g e 澄躺f 抵s s 矗嚣ee 样c d s z 嚣州娃s g 黜s p 锄s 。茹秘s g b 唆s z 融躯晦v b o 鞍。觳l 矿嚣h o r e x “s u b 琶n d l f 扫描输出，从通道o 到7 i 2 端i 2 十1 嚣i 2 = 7 袖i 2 = o 3 。1 2 输豳信号调理 ( 1 ) 王s o u 1 p l 模块及应用 信号醛离技术楚使摸撼接号在发送时不毒在穿越发送靼接峻糍之翔蘑薅静 电流连接。这允许发送和接收端外的地或基准电平之差值可姒商达几干伏，并 且防丘了w 能损害信号的不瀚地电位之间静环路电流。僚号她酌嗓声可使信号 受损。隔离可将信弩分离别一个干净的信号子系统地，使传感器、仪器仪表或 控制系统尊电源之瓣互楼隔离，扶露僚涯整个系统装簧豹工于挈安念、胃嚣及稳 定。瑟褒另一秘瘫瘸中，萋壤龟平之阏麴耄连接霹隔离产生一个瓣于搽 筝人员 或瘸人不安企的电流通路。偿号隔离器件依赖鼍：无发送器和接收器来跨越隔离 屏障，这种器件镑用于数字信号，但线性化勰鞭迫使摸拟信号隔离采用变压器、 光电藕合器、电辑或光电池等器件来实现。在很多系统中，模拟信号必颁隔离。 模豁信号掰鸯意豹惫路参叠完全不两予数字请譬。模掇篱号送常先要考惑：精 篷躐线性发、鞭率镌痤、噪声等。然嚣是对邂源的蝥求，电源要求高黼离、高 精度、低噪声，特别是对输入级。也应该关注冁离散丈器麴基本壤度或线性度 不能依赖根应的皮周逢路褒改善，但这些电路霹降低噪声和竣人级电源要求。 埘于电源噪声的干扰，可以采用调制载波使模拟信号跨越这个屏障。 i s o 系捌隔离放大器是一种将稹拟镶号接t e 倒进行隔离和转换的混合樊成电 路( 硷) ，它分为宥源( 含辅劫电源) 麓和光源麓两犬类。无源型i c 内部包含 有电滚傣号调割瓣调电路、僖号耩合骧离变接墩路等，摄毒熬输入等效毫辍， 馕该玲的输入电搓选至超宽藏基( 7 s v l 一3 2 v ) ，鼓满足翔户无嚣终接壤瀑l 褥实 现信号远距离、无失真传输的需要。内部的陶搬基板、印刷电阻工艺及新技术 鞴离措施使器件能选到3 搿敞c 绝缘电压和工业缀宽激度、潮瀑、震动的现场恶 1 7 武汉理王大学硕士学位论文 劣环境要求。露潦篷瑶是程嗣一芯片土集成了一个港隔离麴d o d c 电源及嵩 性能线性光电蜗合器的混合榘成电路。该芯片除了必内部放大电路供瞧外，逐 可以内外部( 信号输入与输出端) 提供甄组蕊离的正、受燕涟越源积两缎的5 v d c 稳压基准源，专供外部电路扩展用，如电桥电路、小信号前霞放大电路锌用户 专用酝蹈。该系列产品其有宽信号带宽2 疆玉可对肌l o v d c 双向商流信号 或o o 、强c 的交流僚号进行隔离、调疆和变换。该i c 体积很小，使用非常方便， 只霉攫少 帮嚣转霹霹实现模熬傣号蛉( 班彰vv 蛙v ) 隔离及变换麓辘。 主要黩用矮域：模攒镕弩数据袋察，隔离佟输及镦瞧，工救鞴场信萼隔离终 输及变换，地线干扰抑制，信号远程无失真传输，仪器仪表与传感器信号的嘴 离变换，电力设备教医疗仪器安全隔离栅。 产晶特性： l 、精菠等缓：o 1 缀、o 2 缀、氇5 缀； 2 、全爨穗范国内辍离静线梭度( 线经瘦。2 ) ； 3 、国标标准信号：m l o l l 蚺，0 * 2 0 n l a ，如2 0 珏l a - 5 v 1 0 、一5 v l - 5 v 竣入辕篷， 具有低输入阻抗帮输出离负载黢力； 4 、信姆号输入输出辅助电源之间3 1 w 三隔离； 5 、单电源供电，可搀用户在信号输入域输出埔提供隔离电源； 6 、低戒本，小体积，标准革列s i p l 2 帮双捌拧i p 2 4 脚i c 封装； ? 、工渡缀王l 乍滋度范围，糖会u b 辫标握黪隰燃耪辩囊空灌瓣。 滕理赍缀； i s 0 4 2 0 l i 徂的两线无源信号隔离放大器使模拟隔离简化。两线无源4 2 0 m a 隔离藏大嚣原理框图如图3 ，6 所示。 lf 一飞一f 。l 卜十一 nl 羚己l 篇”口：j l丁i ，1 f 一! l 一 、= ：鼍弼| 囊卜+ 2 l i i + 。1 。 霸3 ，6 两线秃源4 2 妇埴隰离放大爨原理蜒鞠 输入电流一端连接到变滤器，一端连接到整流器；最终遇过感应电流经整 1 8 武汉理王大学硕士举位论文 流滤波器输出。输入信号被占空度调制并以数字方式发送跨过屏障。输出部分 接收被调制的信母，把它变换回模拟信号并去掉调制鳃调过稷中固有的纹波成 分。对倍号鞴离的另一问惩是隔离放大器输入级所需的功耗，两隔离放大器的 输入阻抗及自身的等效电阻是问题的关键所在。而输出级通常以机壳或地为基 准，输入缀逶常浮动在贯个电霞上。盈既，输入缀鹃亳源巍螫须隔糍。逶常 用一个单电源( 5 v 1 2 v 1 5 v 2 4 v ) ，而不是理想中使用的正、负双电源。电压输 出走置旗源隔离放大器羼蠼框图如豳3 7 所示。 卜l m 一一= 苷：蘸 夏至二投+ p “h 。一i = i ： 二= = | 。 。 l v 啦i 一一! 嚣嚣矗t ，f 墨f | 筻= 辩等：- 一l 、，蛘。 蹰3 7 电压输出内蓬电源隔离放大器原理框图 输入电压信母n + 、分别输入放大器a 1 ，输出信号、r c 0 + 、v c o ；此信 号经过熬流滤波器通过感陂线圈在援个整理滤波器端输出信号v c + 、v c - ；此 信号经过放大器a 2 输出黼离螽的倍号v o 。电流输粥内置电源隔离放大器原理 框图如图3 - 8 所示。 = i i 霉棼：j ：曼 一二 嚣* ：、，毒。篓：一一 二f i 净事i 1 1 。 阁3 8 电流输出内覆电源隔离放大器原理框图 赣入电压薅母v 迓、v i n 一经放大器a l 簸出电鹾偿号v e o 毒、v e o 。，竣出 信号经两个整流滤波器输出信号v c 十、v c - ；v c + 、v c 通过放大器a 2 输出电 流信号i o + 、1 0 * 。本系统所选用的隔离模块都为有源隔离放大器，输入电源为 2 4 v 。 i s o 。u 1 p l - 0 1 隔离模块使用非常方便，凭需外接任何元件即可实现o 一5 v 1 9 武汉理工大学硕士学位论文 到4 2 a 电流环隔离变换功能。在隔离调理成4 2 0 a 电流部分，如图3 9 所示，g l 脚4 、5 是辅助电源输入端，电源掇供2 4 v 呶压；引脚l 、2 是信号输 入端； i 掷8 、1 l 是零点调节端，电位计z a 的疆值憝2 k ；i 脚9 、1 0 是增益 调节端，电位计a d j 的阻值是1 0 0 k 。电路设计完毕后，在使用之前必须调试： 调试方法是控利p a 1 7 2 3 瓣出电基v ，调魄往诗z a ，使；l 辫7 、1 2 彀漉输崮 端电流为4 m a ；然后控制p c i - 1 7 2 3 输出电压5 v ，调电位计a d j ，使电流输出端 电流为2 冁a 。 y u a n i s os e r i e s 1 l s o u 1 p 1 o l l 2s? 8g1 0 l l l 2 强3 。9 嚣o u 1 p 1 o i ；l 黪定义及调理邀路 i s o w u l - p 1 0 5 也无需外接任何元件即实现o 一5 v 到。一1 0 v 隔离转换。在 骧裹调理残0 一l 嵇v 电压郝分，鲡蚕3 一1 0 辑示，g 辫4 、5 是骧动逛滚簸入端， 电源提供2 4 v 电压；引脚1 、2 是信号输入端；引脚9 、1 0 是增益调节端，电位 计a 礴的阻值是2 k 。在使用之前，调试方法是控制p c l 一1 7 2 3 输出电联5 v ， 调电位计a d j ，使电压输出端电压为l o v 。 y u a n l s os e r l 嚣s ，。1 u 1 冲 。p ， 鞠3 1 0l s 0 一u 1 - p 1 - 0 5 ； 脚定义及调理电路 ( 2 ) 输出调理电路 主控翻器通过p e i 总线控箭两块模拟量输出卡p c i 1 7 2 3 ，可以产生1 6 路o 一5 v 的横拟量信号。模拟量信号发生器需要产生1 5 路模拟量信号，因而只要其 武汉理工火学硕士学位论文 中1 5 路信号即可。考虑到方便安装和调试，本发生器系统设计成两块电路板。 一块电路板输出4 2 0 n n 电流信号、o l o v 电压信号；一块电路板输出一5 v 一 5 v 电压信号。结构框图蟊图3 一l l 断示。 p c i 1 7 2 3p c i 一1 7 2 3 鞲出错弩攮癌 隔离调理成 4 2 0 m a 电 澈部癸 硒离调理成 o t o v 电鹾 瓤努 隔离调理 成，5 v 一5 v 电匿部分 图3 1 1 模拟量信号发生器结构图 夔令v d r 试验溅试系统中毒6 楚矮熬惫髓母懿插座帮撵头，为了方囊蘧 分，图中p 1 、p 2 、p 3 、p 4 用d b 1 5 插座。p l 、p 2 联结p c i 1 7 2 3 发送来的0 5 v 的模拟量信号。p l 经调理后除产生5 路4 2 0 h 波的模拟量信号外，剩余3 路信号产生o 1 0 、，的模拟置信号；p 2 送2 路信号产生o 一1 0 v 的模拟登信号， 剩余部分通过p 3 联结到p 4 ，产生5 路5 v 一5 v 的模拟量信号。 产生4 2 殛波薛电流落号电路孛，主控剿器透过p e l 总线控制p e o l 7 2 3 产 生。一5 v 的模拟摄信号，然后通过调理电路产生4 2 0 f n a 的电流信号。电路图 如图图3 1 2 所示。 o 一5 v 的拦拟星信e删 nz 一 一，“ p c i 1 7 2 3 一1r 幔一 一f 芒撼磕 图3 1 2 产生4 2 0 m a 模拟量信号的一路调理电路 ，“ 一瓣 |船前。 茹萋：玎m 豺m 靛汲理王大学硕士学挝论文 产生o l o v 的电压信号电路中，主控制器通过p a 总线控制，a - 1 7 2 3 产生 o 一5 v 瓣模李鼗量髂号，然囊遵遘调理毫路产生0 一l 钾浆电压信号。电貉鬟魏图 嚣3 i 3 掰示。 拍 e s v 的鹱撼籀! f 号裂差銎 强3 。量3 产生o l o v 攘赫虽信号的一路调理嘏路 5 v 一5 v 帮0 一l o v 瓣溅匿交换范匿耜网，都是1 0 v ，器楚电疆区麓不同。 一路稿，一5 v 模越爨镶号转换或- 5 v 一5 v 横羧鬟信号懿壤路燕翟3 w i 4 瓣幂a 圈3 1 4 模羧信芍隔离残v 一5 v 魄路 在精密仪器、鹅信号检测等自动控制仪表中，总避希握运算放大器的失调电 器要小照不睫溢度抟交纯籍变化。低温漂型运算放大嚣裁是为魏焉设计豹。 o 拜孵蹩寒糖魔撼漂移运舞放大器。它主要完成