虚拟仪器技术在高压氧舱自动测控系统中的应用研究

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1、虚拟仪器技术在高压氧舱自动测控系统中的应用研究摘要：虚拟仪器技术与自动测控系统的综合是测控领域中的一场新革命，是仪器产业发展的一个重要方向。本文研究了以LabWindows/CVI作为软件开发工具，以计算机数据采集卡（PC－DAQ）为体系结构的虚拟仪器测控系统，通过高压氧舱测控系统的研发验证了该系统的优越性和先进性。关键词：虚拟仪器；PC－DAQ卡；自动测控；高压氧舱1　引言计算机技术与测量控制仪器技术的结合出现了新的测控仪器－虚拟仪器。采用虚拟仪器技术是第三代自动测试系统的发展改变方向。运用虚拟仪器技术能够

2、达到共享硬件和软件资源，快速、方便地组建各种自动测控系统，并可以方便地利用计算机的强大功能，进行信号分析、数据处理、存储及图形化显示等。以虚拟仪器为基础的自动测控系统根据不同的总线可构成多种体系结构，其中基于PC总线的数据采集卡（PC－DAQ）为I/O接口设备组成的虚拟仪器自动测控系统以其造价低、灵活性高、开发时间短等特点而倍受广大科研人员的青睐。本文以PC－DAQ虚拟仪器技术与自动测控系统的综合应用开发了高压氧舱自动测控系统，硬件采用PC总线标准工控机和PC－DAQ卡I/O接口设备，软件采用NI公司的Lab

3、Windows/CVI文本式编程语言，该系统以高自动性、高稳定性和高可靠性证实了集成虚拟仪器技术的自动测控系统是先进的和优秀的。本文主要由以下部分组成：第2节介绍了基于虚拟仪器高压氧舱测控系统的集成；第3节介绍了高压氧舱虚拟仪器测控系统的硬件设置；第4节提出了高压氧舱虚拟仪器测控系统的软件开发；第5节为结束语。2高压氧舱虚拟仪器测控系统的集成在集成高压氧舱虚拟仪器自动测控系统时，首先要充分发挥PC机的能力，取代传统电子设备的大部分功能，使之成为测量仪器的一个不可分割的组成部分，与整个测控系统融为一体，使整个自

4、动测控系统简化到仅由微型计算机、通用硬件和应用软件三部分组成。其次要考虑到虚拟仪器技术与基于PC总线的微型计算机的有机结合，PC总线提供了具有触发和同步能力的计算机高速总线，为实现虚拟仪器系统建构了一个极好的平台，这在传统的测控系统中是不可能的。图1显示了虚拟仪器的一般结构组成，从图图1　虚拟仪器的结构示意图中可以看出，将具有一种或多种功能的通用模块组合起来，就可构成一台虚拟仪器，所以通用模块的设计就成了重中之重。在PC－DAQ体系结构的虚拟仪器测控系统中，PC－DAQ卡为I/O接口设备，微机通过PC－DAQ

5、卡获取处理数据，而PC－DAQ卡的驱动是虚拟仪器实现对真实物理信号进行采集的基础，因此获得和开发相应的软件驱动是虚拟仪器系统的重要环节。另外软件在虚拟仪器测控系统中的作用越来越大，软件质量的优劣直接关系到测控系统是否正常可靠地工作。应用程序开发环境（ADE）大致可分为文本式编程语言和图形化编程语言两大类。选择哪一种开发软件，应根据用户自己需要确定。如果需要快速组建系统、测试速度要求又不很高的情况下，系统开发软件可选择图形化编程环境，如HP公司的HPVEE和NI公司的LabVIEW等。当测试速度要求较高时，可选

6、择传统的程序语言编程环境，如VisualC++、BorlandC++、VisualBasic和NI公司的LabWndows／CVI等。PC－DAQ虚拟仪器自动测控系统的软件主要包括三个部分：PC总线接口软件、仪器驱动软件和应用软件（软面板）。图2高压氧舱测控系统结构图高压氧舱虚拟仪器测控系统由主控模块、A/D转换模块、D/A转换模块和信号调理模块等组成。系统采用了嵌入式AllInOne结构，利用了流行的PC总线技术，将整个硬件系统连成一个整体。整个测控系统结构组成如图2所示。为保证自动监控系统可靠、高效，选用

7、成熟的AWS-825P工控机：PⅢ1.7GHZ,PCI&ISA总线母板，17寸平板显示器。选用基于PC总线的计算机数据采集与控制模块（扩展卡）包括：16输入A/D转换模块、D/A转换模块、PCI声卡、模拟信号切换板、DI/O输入输出模块、继电器控制模块、信号转接板，均安插在主控机箱内。传感器主要包括压力传感器、浓度传感器、温度传感器、湿度传感器。控制阀为电磁控制阀，主要是通过电压完成压力自动控制、氧浓度自动调节等功能。3　高压氧舱PC－DAQ虚拟仪器测控系统的硬件设置图3　高压氧舱测控系统原理图高压氧舱PC－

8、DAQ虚拟仪器测控系统工作原理如图3所示。现场信号及传感器产生的电信号通过信号调理电路处理后，由数据采集卡将数据送入计算机，由计算机软件构成的各种虚拟测控仪器、分析仪器、显示仪器等组成的测控系统对输入数据进行处理。控制信号由信号采集卡送到信号调理电路，通过必要的放大激励后驱动执行机构，从而构成完整的测控硬件系统。信号调理电路，特别是前置放大器性能对测控系统的可靠性、精度影响重大。对于电荷型、电感式、