墨墨 ！： ！ 长春工程学院学报（自然科学版）２０１１年第１２卷第１期 Ｊ．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔ．Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｄｉ．），２０１１・Ｖｏ【．１２・Ｎｏ．１ ３７／４０ １３卜１３４ ＣＮ ２２－１３２３／Ｎ 基于ＰＣＩ总线的数据采集卡在工业中的应用 龙 杰 ，赵秋明 ，贾磊磊 （１．桂林电子科技大学信息与通信学院 ２．桂林航天工业高等专科学校电子信息工程系，桂林５４１００４） 摘要：针对目前工厂避孕套物理性能检测设备在 局部总线，近年来早已广泛采用于计算机内部总线。 当前ＰＣ中的ＰＣＩ总线拥有３３ ＭＨｚ、６６ ＭＨｚ工作 数据采集与数据处理的灵活性与实时性的不足，介 绍了一种基于ＰＣＩ总线的数据采集卡的避孕套物 理性能检测系统，并重点介绍了数据采集卡的数据 采集处理电路及其抗干扰技术。本系统可有效地降 频率，３２ ｂｉｔ、６４ ｂｉｔ位数据位宽和最大１３２ ＭＢ／ｓ 的传输速度，非常适于一些高速外接设备与ＰＣ进 行数据通信［１］。 低检验人员的参与成分，降低检验人员的工作压力 和劳动强度，提高检验质量。 关键词：ＰＣＩ数据采集卡；数据采集；ＶＢ 中图分类号：ＴＰ２７４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—８９８４（２０１１）０Ｉ－０１３ｉ－０４ １ 系统设计 １．ｔ 系统构成 本文的应用背景是某厂实验室避孕套产品爆破 性能检测设备，实验要求是对避孕套产品进行自动 充气，实时采集其直至破裂时的压力和体积，并记录 ０ 引言 目前信息社会的发展，很大程度上取决于信息 与信号处理技术的先进性。随着数字信号处理技术 的出现，改变了信息与信号处理技术的整体面貌，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， 数据，设计基于数据采集卡ＰＣＩ８７３５的检测设备， 以满足实验要求。系统结构如图１。 ＣＩＰ ＰＣ 机 数 据 采 集 卡 甚至其应用已经深入到信号处理的各个领域中。在 现代质量管理中，工厂质量检验是质量体系中的一 个重要因素，质量检验起着十分重要的作用。面对 日益激烈的市场竞争，企业希望检验设备能够成为 提高工作效率的重要手段，这就需要更快的检验速 度，更高的检验精度，更简便的操作方式与更周全的 可扩展性。 ＰＣＩ是（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ，外 图１系统结构图 １．２硬件电路 １．２．１数据采集卡 ＰＣＩ８７３５数据采集卡是１３位的低损耗多功能 设部件互连标准）一种不依附于某个具体处理器的 局部总线。从结构上看，ＰＣＩ是在ＣＰＵ和原来的系 统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路 实现对这一层的管理，并实现协调上下之间的接口 以进行数据的传送。ＰＣＩ作为一种高性能的计算机 收稿日期：２０１１一Ｏ１—１４ 数据采集卡，具有独特的电路设计和完善的数据采 集与控制功能，支持即插即用，即直接插在ＩＢＭ— ＰＣ／ＡＴ或与之兼容的计算机内的任一ＰＣＩ插槽 中，具有ＦＩＦｏ的高速缓存，可灵活选定输人类型和 范围，具有３２通道单端、１６路双端模／数输人（ＡＩ／ ＤＩ）、１６通道数字量输出（ＤＯ），采集速率可达 ５００ ｋＨｚ，Ａ／Ｄ转换时间小于１．６ ｓ，板载时钟振荡 频率为４０ ＭＨｚ，同时该卡还提供Ａ／Ｄ模拟量输入 的校准功能。 作者简介：龙杰（１９８３一）．男（汉），广西桂林，硕士 主要研究电子与通信工程。 １３２ 长春工程学院学报（自然科学版） 本系统主要应用其较强的数据输人输出功能， 用模拟量输入通道实时采集产品爆破时的压力、流 蔽线，屏蔽层良好接地，使现场中的干扰信号不容易 串人系统。 量信号，再用其数字量输出控制夹套加紧产品、升 降、充气、指示灯等。ＰＣＩ８７３５数据采集板卡插在计 信号传输通道抗干扰：用光电耦合器对系统输 入输出通道从电气上隔离开来，有效地防止干扰的 侵入。 １．３系统工作过程 算机主机ＰＣＩ插槽内，通过ＰＣＬ１０１６８通讯电缆与 外围接口电路连接，完成实验装置与计算机之间的 数据通讯。 １。２．２外围电路 外围电路由电源电路、信号输入电路、滤波电 路、输出控制电路构成，如图２。 信号输入电路 －ｑ滤波电路Ｖ－ ▲ 电源电路 ＰＣＩ 卡 ▲ 控制电路 隔离电路ｋ－－ 图２外围电路 信号输入电路包括压力传感器和质量流量计， 压力传感器的量程为０～５ ｋＰａ，对应输出为４～ ２０ ｍＡ的标准直流信号，质量流量计的量程为０～ ６０ Ｌ／ｍｉｎ，对应输出为４～２Ｏ ｍＡ的标准直流信号。 滤波电路由滤波器抑制高频干扰，隔离电路由光耦 组成，控制电路采用双光耦组成推挽式电路，并用三 极管放大驱动若干个固态继电器，如图３。系统工 作电压由电源电路提供。 固态继 电器线圈 图３控制电路 １．２．３抗干扰技术 一个系统的正确与否，不仅取决于系统的设计 思想和方法，同时还取决于系统的抗干扰措施。本 文主要是用以下几种抗干扰方法Ｌｚ］。 电源干扰：用一阶低通滤波器抑制高频干扰。 工业用电中含有多种高次谐波，它们很容易经电源 进入数据采集卡，从而造成数据采集错误。 抑制空间电磁干扰：由于金属材料对于电磁波 具有较好的吸收和反射。故将普通的信号线换成屏 由以上设备设计的基于数据采集卡ＰＣＩ８７３５ 的计算机检测系统，如图４所示。该系统首先检测 是否有开关信号，若有，则开关信号经光耦进行隔 离，通过ＰＣＩ数据采集卡的数字量输入通道传给 ＰＣ机，ＰＣ机检测到开关信号后，经ＰＣＩ８７３５数据 采集卡的数字量输出通道输出ＴＴＬ电平控制信 号，控制信号再经光耦隔离，三极管放大驱动继电器 控制换向阀使产品充气直至破裂，同时用压力传感 器检测压力，质量流量计检测流量，并由ＰＣＩ８７３５ 数据采集卡对这２个模拟信号进行采集并送ＰＣ机。 图４计算机检测系统构成图 １．４ 系统软件 Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ（ＶＢ）是面向对象化编程语言，也 是可视化语言中最简单易学的一门编程语言。其编 程系统又采用了面向对象、事件驱动的编程机制，用 一种巧妙的方法把Ｗｉｎｄｏｗｓ的编程复杂性封装起 来，提供了一种所见即所得的可视界面设计方法Ｌ３］。 在ＶＢ中可以通过控件（ＤＡＯ控件、ＲＤＯ控件、 ＡＤＯ控件）实现对数据库编程，操作十分简单易行。 其中ＡＤＯ控件可以远程访问多种数据库，例如Ａｃ－ ＣｅＳＳ，ＳＱＬＳｅｖｅｒ，Ｏｒａｃｌｅ，Ｓｙｂａｓｅ，ＤＢ２等。只要局域 网中的每台电脑都共享其数据库文件，ＶＢ中的 ＤＡＯ控件就会通过Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｊｅｔ数据引擎访问到 数据库。 本文软件根据该公司提供的ＶＢ模块文件，调 用ＡＰＩ函数，实现ＶＢ与采集卡的通信，使用ＡＤＯ 对象编程实现数据访问，并采用ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ进行数 据的查询、搜索、修改与增加［４３。首先建立Ａｃｅｓｓ数 据库ｃｏｍｄｏｎ．ｍｄｂ、用户信息表ｕｓｅｒＩｎｆｏ、基本信息 龙杰。等：基于ＰＣＩ总线的数据采集卡在工业中的应用 设置表ｂａｓｉｃｉｎｆｏ、产品信息表ｃｏｍｄｏｎＩｎｆｏ，并用 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ建立服务器Ｐ—Ｂ６ＤＯＤ４２Ｆ８Ｆ２Ｅ４、数据 库ｃｏｍｄｏｎｌ、密码为ａｓｄｆ的用户ｓａ，而ＶＢ程序周 期扫描操作人员开关动作，当判断有动作时，输出控 制信号，并实时采集压力、流量，爆破结束后把最终 压力、体积值等存储到Ａｃｅｓｓ数据库ｃｏｍｄｏｎ．ｍｄｂ， 并输出结束信号。软件流程图如图５，程序主界面 如图６。 图５流程图 图６程序主界面 同时本文软件还具有用户管理、数据统计、报表 生成、报表打印、检验报告单打印等功能。部分相关 代码如下：ＤｅｖｉｃｅＬｇｃＩＤ＝０ ｈＤｅｖｉｃｅ—ＰＣＩ８７３５一ＣｒｅａｔｅＤｅｖｉｃｅ（ＤｅｖｉｃｅＬｇ— ｃＩＤ）伧４建设备对象 Ｉｆ ｈＤｅｖｉｃｅ—ＩＮＶＡＬＩＤ—ＨＡＮＤＬＥ—ＶＡＩ ＵＥ Ｔｈｅｎ ｄｗＥｒｒｏｒＣｏｄｅ—ＰＣ１８７３５ ＧｅｔＬａｓｔＥｒｒｏｒＥＸ（” １３３ ＰＣＩ８７３５一ＣｒｅａｔｅＤｅｖｉｃｅ”，ｓｔｒＥｒｒｏｒＭｓｇ） ｓｔｒＤｗＥｒｒｏｒ—ｄｗＥｒｒｏｒＣｏｄｅ ＭｓｇＢｏｘ”ｄｗＥｒｒｏｒＣｏｄｅ一”＋ｓｔｒＤｗＥｒｒｏｒ ＋ｓｔｒＥｒｒｏｒＭｓｇ Ｅｘｉｔ Ｓｕｂ Ｅｎｄ Ｉｆ ＡＤＰａｒａ．ＦｉｒｓｔＣｈａｎｎｅｌ＝Ｏ首通道 ＡＤＰａｒａ．ＬａｓｔＣｈａｎｎｅｌ—ｌ１ 末通道 ＡＤＰａｒａ．ＩｎｐｕｔＲａｎｇｅ＝ＰＣＩ８７３５一ＩＮＰＵＴ—Ｏ— Ｐ１００００ｍＶ ． ＡＤＰａｒａ．ＧｒｏｕｎｄｉｎｇＭｏｄｅ—ＰＣＩ８７３５一ＧＮＤ— ＭＯＤＥ—ＳＥ＂选择接地方式为单端 ＡＤＰａｒａ．Ｇａｉｎｓ＝＝＝ＰＣＩ８７３５一ＧＡＩＮＳ一１ＭＵＬＴ 程 控增益 Ｄｉｍ ＣｈａｎｎｅｌＣｏｕｎｔ Ａｓ Ｉｎｔｅｇｅｒ ＣｈａｎｎｅｌＣｏｕｎｔ—ＡＤＰａｒａ．ＬａｓｔＣｈａｎｎｅｌ—ＡＤ— Ｐａｒａ．ＦｉｒｓｔＣｈａｎｎｅｌ＋ｌ ｎＲｅａｄＳｉｚｅＷｏｒｄｓ一５１２—５１２ Ｍｏｄ Ｃｈａｎｎｅｌ— Ｃｏｕｎｔ将数据长度字转换为双字 Ｉｆ ＰＣＩ８７３５一ＩｎｉｔＤｅｖｉｃｅＡＤ（ｈＤｅｖｉｅｅ，ＡＤＰａｒａ）一 Ｆａｌｓｅ Ｔｈｅｆｔ初始化硬件 ｄｗＥｒｒｏｒＣｏｄｅ—ＰＣＩ８７３５一ＧｅｔＬａｓｔＥｒｒｏｒＥｘ（” ＰＣＩ８７３５一ＩｎｉｔＤｅｖｉｅｅＰｒｏＡＤ”，ｓｔｒＥｒｒｏｒＭｓｇ） ｓｔｒＤＷＥｒｒｏｒ—ｄｗＥｒｒｏｒＣｏｄｅ ＭｓｇＢｏｘ”ｄｗＥｒｒｏｒＣｏｄｅ＝”＋ｓｔｒＤｗＥｒｒｏｒ＋ｓｔｒ— ＥｒｒｏｒＭｓｇ Ｅｎｄ Ｉｆ Ｉｆ ＰＣＩ８７３５一ＲｅａｄＤｅｖｉｃｅＡＤ（ｈＤｅｖｉｃｅ，ＡＤＢｕｆｆｅｒ（０）， ｎＲｅａｄＳｉｚｅＷｏｒｄｓ，ｎＲｅｔＳｉｚｅＷｏｒｄｓ）一Ｆａｌｓｅ Ｔｈｅｎ ｄｗＥｒｒｏｒＣｏｄｅ—ＰＣＩ８７３５一ＧｅｔＬａｓｔＥｒｒｏｒＥｘ（” ＰＣ１８７３５一ＩｎｉｔＤｅｖｉｃｅＰｒｏＡＤ”，ｓｔｒＥｒｒｏｒＭｓｇ） ｓｔｒＤＷＥｒｒｏｒ＝ｄｗＥｒｒｏｒＣｏｄｅ ＭｓｇＢｏｘ”ｄｗＥｒｒｏｒＣｏｄｅ＝”十ｓｔｒＤＷＥｒｒｏｒ十ｓｔｒ— ＥｒｒｏｒＭｓｇ ＧｏＴｏ ｅｘｉｔｒｅａｄ ｎＡＤＣｈａｎｎｅｌ—ＡＤＰａｒａ．ＦｉｒｓｔＣｈａｎｎｅ１ ＩｆｂＤＩＳｔｓ（Ｏ）一１ Ｔｈｅｆｔ按键按下 Ｌｂｌｓｔａｔ１．Ｃａｐｔｉｏｎ＝”ＯＮ” １＃头开始标志 Ｔｉｍｅｒ１．Ｅｎａｂｌｅｄ—Ｔｒｕｅ Ｆｏｒ Ｉｎｄｅｘ＝０ Ｔｏ １０ Ｓｔｅｐ １．采集流量、压力 ｆＶｏｌｔ一（１００００＃／８１９２）＊（ＡＤＢｕｆｆｅｒ（Ｉｎｄｅｘ） Ａｎｄ ８１９１） 转换为电压值 Ｓｅｌｅｃｔ Ｃａｓｅ Ｉｎｄｅｘ ｖｏｌｔ１一ｆＶｏｌｔ Ｃａｓｅ ０ １号头，用通道０、１ １３４ 长春工程学院学报（自然科学版） ２０１１，ｌ２（１） ｐｒｅｓｓ１＝１．２５＊（ｖｏｈｌ一１）转换为压力值 Ｌｂｌｐｒｅｓｓ１．Ｃａｐｔｉｏｎ＝ｐｒｅｓｓｌ ．Ｃａｓｅ １ ｆｏｌｗｌ＝１５＊（ｖｏｈｌ一１） 转换为流量值 Ｌｂｌｆｌｏｗ１．Ｃａｐｔｉｏｎ＝ｆｏｌｗｌ Ｉｆ ｐｒｅｓｓｌ＜０．５ Ｔｈｅｎ＂￣破结束 Ｉｆ Ｌｂｌｓｔａｔ１．Ｃａｐｔｉｏｎ＝”ＯＮ”Ｔｈｅｎ Ｌｂｌｐｒｅｓｓ１．Ｃａｐｔｉｏｎ＝’’” Ｌｂｌｆｌｏｗ１．Ｃａｐｔｉｏｎ＝’’’’ Ｌｂｌｒａｔｅ１．Ｃａｐｔｉｏｎ＝’’’’ ｔｉｍｅｌ＝Ｌｂｌｔｉｍｅ１．ｃａｐｔｉｏｎ Ｌｂｌｌｐｒｅ１．Ｃａｐｔｉｏｎ＝ｐｒｅｓｓｌ 显示压力 ｖｏｌｌ—ｆｏｌｗｌ＊ｔｉｍｅｌ Ｌｂｌｌｖｏｌ１．Ｃａｐｔｉｏｎ＝ｖｏｌｌ 显示体积 Ｌｂｌｓｔａｔ１．Ｃａｐｔｉｏｎ＝”０ＦＦ” ｃｏｕｎｔｌ＝ｃｏｕｎｔｌ＋ｌ计数加１ Ｌｂｌｔｅｓｔ１．Ｃａｐｔｉｏｎ＝ｃｏｕｎｔｌ Ｌａｂｅｌｌ６．Ｃａｐｔｉｏｎ＝ｃｏｕｎｔｌ＋ｃｏｕｎｔ２＋ ｃｏｕｎｔ３＋ｃｏｕｎｔ４＋ｃｏｕｎｔ５＋ｃｏｕｎｔ６ 总数加ｌ ＳｑｌＳｔｒ一”ＩＮＳＥＲＴ ＩＮＴＯ ｃｏｍｄｏｎＩｎｆｏ”＆ 操作数据库追加记录 ”（ｎｕｍ，ｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ，ｔｉｍｅ，ｄａｔａ）”＆一 ”ＶＡＬＵＥＳ（ ＆ｌ＃＆ ”＆一 ”， ’＆ｐｒｅｓｓｌ＆ ”＆一 ”。 ‘＆ｖ０ｌｌ＆．．，－．＆ “。 。＆ｔｉｍｅｌ＆” ’＆ ”， ＆ｄａｔａ＆ ）；” ｃｏｎｎ．Ｏｐｅｎ ｃｏｎｎｅｃｔｓｔｒｉｎｇ ｃｏｎｎ．Ｅｘｅｃｕｔｅ ＳｑｌＳｔｒ ｃｏｎｎ．Ｃｌｏｓｅ ｂＤＯＳｔｓ（０）一ｌ结束信号 Ｅｎｄ Ｉｆ Ｅｎｄ Ｉｆ １．５ 实验 我们在室内环境下进行了２００组产品实验。图 ７是实验数据导出的ｅｘｃｅｌ表。实验结果表明，在人 员参与成分少的情况下，最终爆破体积均大于国标 要求１８ Ｌ，该系统已基本满足实验要求。 ２ 结语 实验证明，利用基于ＶＢ的ＰＣ与ＰＣＩ总线的 数据采集卡通信建立的检测设备，可降低检验人员 参与的成分，降低检验人员的工作压力和劳动强度， 提高了检验质量。 Ｆ２９巍鬣鞠穗鹱辫 ＝ｄ靖 自 一一 糍 嘟 赫赫 ｌ塞饕时阍 一－ ０ ． 置一ｉ 上带 １．８３ ｑ ２… …毒搴 粤 ２ 量；■ 璺 一 ｉ ２＃ １．８８ ４ ３ ．５６ ２０１１一Ｉ一８ ｇ一； 】．７６ ４８．６ ｌ９工．蔓７ ２Ｄｌ１－Ｉ－８ …；一ｌ ４＃ １．９７ ４８＋Ｓ ９８．５８ ２０１ｌ—ｌ－８ １．８９ ‘０．３ １．９８ 呵８．１ １口２．９Ｔ １ｌ… ｓ ２Ｏ１ｔ—ｌ∞２ｏｘｌ 啼 ．．￡一； ．８５ ４２．８ 塞 ，墨４ ２ｏ！Ｉ 【．８ 一 一｝ ４■ １．８４ 口 ，９ 曼ｌ ｌ● 卫Ｏ１ｌ－－：ｔ一是 擒． １ 工 ９２ ４９．８ １ＯＳ ２３ ２Ｏｔｌ－ｋ １ ｉ １．８Ｔ ５Ｏ．２ １０６．１６ ２Ｏ｝ｌ。 ．置 ２． 斟 １．龋 ４ ．搴 辨 ７４ ２Ｏ ｌ■ 幔 』量ｊ 村 ｉ．９２ 町喀．３ ２０１Ｉ－１＿窨 １蔓０ ｉ＃ １．０７ ４ ．Ｓ 鱼２ 置２ ＲＯ１１．１－ａ． ｌ５｛ ２＃ １．８１ ４６．３ ８８．４６ ＺＯｌ玉 Ｉ一基 量ｊ 辫 １． ４ ｚ，９ ８§ 鲫 ∞ ■ １ ４＃ ２．１１ ｄ ９＿８ ｌ０２．Ｔ２ ２０１１—１－８ ￣ｏｉ．Ｉ一１－ａ； １ｇ； ２＃ １．８７ ４６７ １０ ４＿ ２９．１ ： — 鸳 ３＃ １．９ｓ ，１９，３ ８ｔ．５２ ２０１１＿１■８， ｊ ｑ ２． 嚏搴 Ｚ． Ｑ ． ４ ２ｏｌ 一Ｉ－髫 量ｊ １ 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ｇｒａｂ ｃａｒｄ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｅｆｆｅｃ— ｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｉｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎ－ ｓｐｅｃｔｏｒｓ，ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｌａｂｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｓｐｅｃｔｏｒｓ，ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＣＩ ｄａｔａ ｇｒａｂ ｃａｒｄ；ｄａｔａ ｇｒａｂ；Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ