基于工业控制计算机的串并行采集技术的研究

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近年来,随着各种工业控制计算机的功能日趋增强,环境适应能力逐步提高,工业控制计算机已成为用于工业现场的数据采集系统的重要组成部分。而传感器作为数据采集系统的另一重要组成部分,其技术日趋成熟,品种日趋多样。按照传感器的物理原理可分为电参量式、磁电式、压电式、光电式、气电式、热电式波式、射线式和半导体式等,按照其使用可分为位移传感器、压力传感器、振动传感器、温度传感器、速度感器等,根据传感器输出是模拟信号还是数字信号,又可分为模拟传感器和数字传感器[1]。在以工业控制计机为核心的数据采集系统中,一般希望将各类传感器的信号采入计算机研究史论文,以便于进行数据处理、显示和控制。常用的两种数据采集技术包括串行采集和并行采集。
传感器信号的采集方法有两种。第一种为串行采集,主要通过标准或扩展RS-232串口的编程实现;第二种为并行采集,采用这种方法一般应在工业控制计算机中扩展一块或多块基于PCI或ISA总线的数据采集与控制卡,然后应用针对扩展板卡的DLL(动态链接库)技术编程实现。下面以VisualBasic6. 0为例,详述传感器信号的串并行采集技术。
属性又包含波特率、奇偶校验、数据位和停止位等四个参数,其设定值应与所选传感器的设定值相同。开启通讯端口只需使MSm的PortOpen属性为True即可。每个传感器有自己独特的通讯协议,如命令字符的规定等,当需要采集传感器数据时,工控机可通过MSm的Output属性向串口发送命令字符稍加延时后,再采用Input属性将传感器信号读入。值得注意的是,此时获得的传感器信号为一串字符,必须经过一定的数据处理(如类型转换等)才能真正得到所需的采集数据。在数据采集完成后,通过设置MSm的PortOpen属性为False实现通讯端口关闭。
对于模拟传感器,数据采集与控制卡的选择范围较广,基本原则应满足所选板卡的模拟量输入通道大于或等于采集系统的传感器输出的模拟信号总量。以主流产品研华为例,常用的板卡包括基于ISA总的-818系列、PCL-812PG和基于PCI总线的PCI-1713等其常用的并行采集方法有单通道读入、多通道扫描、DMA高速数据采集等[4],各适用于不同场合。前两者属于软件触发方法,其中单通道读入方法主要适用于控制系统中只需采集一路传感器信号或虽有少数几路信号但通道号不相连的情况下,优点是可使多个通道相互独立,避免数据采集中的相互影响[5];多通道扫描方法主要适用于控制系统中需采集多路传感器信号,且采集通道号相连的情况下,优点是程序编写简洁、紧凑; DMA高速数据采集方法适用于要求数据采集速率较高(采样间隔<1ms)的情况下,优点是数据采集在后台进行、占用CPU时间少。前两方法的数据采集流程如图3所示。值得注意的是,虽然两者的流程相同,计算机工程硕士论文但调用的函数不同,初始化也有所不同。单通道读入方法的初始化包括设定通道号、通道增益和触发方式等,然后调用DRV_AIConfig函数配置模拟量输入通道,即设定通道的输入范围,最后用DRV_AIVoltageIn函数读入传感器信号值;而多通道扫描方法的初始化则包括设定扫描起始通道号、扫描通道数目、各通道增益数组和触发方式等,然后调用DRV_MAIConfig函数配置模拟量输入通道,即设定多个通道的输入范围,最后调用DRV_MAIVoltageIn函数同时扫描多个传感器信号值。DMA方法的数据采集流程如图4所示。其中DMA初始化包括设定触发方式、采样速率、起始通道数、同时采集通道数目、各增益数组以及采集个数等,然后调用DRV _Allocat-eDMABuffer函数分配DMA缓冲区(应注意缓冲区的大小不得小于4K字节),调用DRV_FAIDmaStart函数启动DMA高速数据采集,在采集过程中调用DRV_FAICheck函数定时检查操的进程,当采集数目达到设定值时,可调用DRV_FAITransfer函数实现数据传送,传送完成后调用DRV_FAIStop函数停止DMA操作并调用DRV_FreeDMABuffer函数释放DMA缓冲区。

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