PXI產(chǎn)品在多功能校準(zhǔn)儀中的應(yīng)用

　　一、概述
　　PXI技術(shù)是Compact PCI與儀器、儀表技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，隨著PXI 2.0規(guī)范的制定和發(fā)布，PXI產(chǎn)品越來(lái)越成熟，市場(chǎng)上可供選擇的模塊也越來(lái)越多，與傳統(tǒng)儀器相比， PXI產(chǎn)品具有性能和體積上的優(yōu)勢(shì)，因此非常適合在強(qiáng)調(diào)移動(dòng)的測(cè)量和修理場(chǎng)合中采用（如：應(yīng)用在軍事檢測(cè)和修理領(lǐng)域中），本文以多功能校準(zhǔn)儀的開(kāi)發(fā)過(guò)程為例，簡(jiǎn)單介紹了PXI系統(tǒng)相關(guān)的軟硬件構(gòu)成和應(yīng)用。
　　
　　開(kāi)發(fā)中的多功能校準(zhǔn)儀，是一款用以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的便攜式檢測(cè)設(shè)備，其軟、硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示：
　　

　　在系統(tǒng)中，PXI模塊是最基本的獨(dú)立單元，在軟件的控制下每種模塊都可以實(shí)現(xiàn)一定功能。模塊的應(yīng)用途徑有二：
　　1、一些模塊通過(guò)自帶的專用軟件，直接以虛擬儀器的形式使用（如：數(shù)字多用表）；
　　2、不同的模塊和專用適配器通過(guò)組合軟件結(jié)合在一起，完成用戶賦予的其他任務(wù)（如：電秒表
　　校準(zhǔn)）。
　　二、系統(tǒng)構(gòu)建
　　在系統(tǒng)構(gòu)建之初，首先是選擇符合需要的PXI模塊，需求、性能、價(jià)格、服務(wù)是我們選擇時(shí)主要的參考因素，從檢測(cè)和修理的實(shí)際需求出發(fā)，當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題有：
　　² 指針式儀表、數(shù)字儀表的校準(zhǔn)
　　² 電秒表校準(zhǔn)
　　² 電源設(shè)備檢測(cè)
　　² 儀器設(shè)備（弱電、低頻）檢測(cè)
　　² 元器件功能檢測(cè)
　　² 數(shù)字信號(hào)檢測(cè)
　　² 武器裝備的部、附件檢修
　　確定了目標(biāo)，通過(guò)市場(chǎng)的調(diào)研，最終的方案我們采用了多家公司的PXI和CPCI產(chǎn)品，多功能校準(zhǔn)儀的構(gòu)建情況如下表所示，這個(gè)方案既避免了片面追求高性能造成的浪費(fèi)，又留出一定的指標(biāo)余量以適應(yīng)今后的發(fā)展。
　　

　　另外，在多功能校準(zhǔn)儀的組件中除了系統(tǒng)必備的機(jī)箱和控制模塊外，根據(jù)軍事檢測(cè)和修理的需要，我們還采購(gòu)了寬范圍的交流/直流電源模塊，以適應(yīng)野外或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件下惡劣的環(huán)境。
　　
　　系統(tǒng)編程采用了NI公司的LabVIEW軟件，與VB、VC相比，圖形化編程工具LabVIEW，更適合用來(lái)開(kāi)發(fā)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，這是因?yàn)镹I作為PXI規(guī)范的發(fā)起人，對(duì)規(guī)范的理解和支持相對(duì)做的更好一些，通過(guò)VISA和最新的IVI驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其它公司的PXI/CPCI產(chǎn)品在LabVIEW中也能得到比較好的支持（在for LabVIEW的驅(qū)動(dòng)程序上，凌華以開(kāi)發(fā)包的形式提供了較完善的硬件驅(qū)動(dòng)），那些熟悉VB、VC的程序員還可以通過(guò)DLL調(diào)用等方式，直接在LabVIEW中控制硬件，這些優(yōu)勢(shì)對(duì)于需要在短時(shí)間構(gòu)建一個(gè)綜合測(cè)試系統(tǒng)的用戶來(lái)說(shuō)是非常有吸引力的。下圖是用LabVIEW開(kāi)發(fā)的多功能校準(zhǔn)儀的綜合測(cè)試軟件。
　　


圖2 多功能校準(zhǔn)系統(tǒng)的綜合測(cè)試軟件

　　三、應(yīng)用情況
　　PXI模塊應(yīng)用過(guò)程中，不可避免地會(huì)碰到各種各樣問(wèn)題，下面是多功能校準(zhǔn)儀開(kāi)發(fā)中的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)從事PXI系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的用戶也許會(huì)有所幫助。
　　
　　（1）模塊間的軟、硬件沖突及解決；
　　由于采用了多家公司的模塊產(chǎn)品，在系統(tǒng)安裝的初期，經(jīng)常會(huì)發(fā)生某些模塊不能正常使用的問(wèn)題，例如：系統(tǒng)中16通道繼電器輸出模塊（52642）是一款基于NI –IVI 驅(qū)動(dòng)的PXI模塊，按照使用說(shuō)明書(shū)所要求的順序安裝了驅(qū)動(dòng)程序，用LabVIEW自帶的Measurement & Automation Explorer（MAX）軟件卻始終找不到模塊的蹤影，在系統(tǒng)的資源管理器中該模塊的驅(qū)動(dòng)卻一切正常，考慮到該卡到貨比較晚，安裝前機(jī)箱中已經(jīng)有其它模塊，為了查找原因，于是卸載了52642模塊的軟件驅(qū)動(dòng)，拔下了所有無(wú)關(guān)的模塊，重新按照說(shuō)明書(shū)的要求單獨(dú)安裝52642模塊，結(jié)果依舊，情急之下決定重新安裝操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)安裝完畢后首先插入52642模塊，按要求安裝軟、硬件驅(qū)動(dòng)后，該模塊終于在MAX中出現(xiàn)了，至此以為一切正常，于是將剩余的模塊逐一插入機(jī)箱，安裝完相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，再次測(cè)試發(fā)現(xiàn)以前工作完全正常的任意波形發(fā)生器TE5201模塊罷了工，有了第一次的經(jīng)驗(yàn)，再次重裝操作系統(tǒng)，先插入5201模塊，安裝硬件驅(qū)動(dòng)和相應(yīng)軟件后，5201能識(shí)別并正常工作，接著插入52642模塊，按要求裝好驅(qū)動(dòng)，再次啟動(dòng)后，52642和5201均能正常工作，接下來(lái)逐一安裝其它模塊及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)和支持軟件后，整個(gè)系統(tǒng)終于完全正常，兩天的磨難說(shuō)明PXI系統(tǒng)在構(gòu)建過(guò)程中，尤其是在多家公司模塊共存的情況下，按照常規(guī)的方法安裝驅(qū)動(dòng)程序有可能發(fā)生異常，多數(shù)情況下模塊本身并不存在問(wèn)題，關(guān)鍵在于需要細(xì)致、耐心地調(diào)整模塊和軟件的安裝次序，多做幾次試驗(yàn)往往能解決問(wèn)題；另外，安裝模塊時(shí)一定要逐一安裝測(cè)試，雖然頻繁的關(guān)機(jī)、開(kāi)機(jī)比較麻煩，但遇到問(wèn)題可以及時(shí)解決，否則累積起來(lái)可能會(huì)導(dǎo)致意外的損失。
　　
　　（2）軟件開(kāi)發(fā)快速上手：
　　在軟件支持上，凌華公司做的比較完善，不但以開(kāi)發(fā)包的形式提供了硬件驅(qū)動(dòng)，還提供了所有流行編程語(yǔ)言的源代碼例程，非常便于用戶開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序。
　　
　　多功能校準(zhǔn)儀的系統(tǒng)軟件采用LabVIEW編制，因此在采購(gòu)前特別強(qiáng)調(diào)了對(duì)LabVIEW的支持能力，拿到凌華產(chǎn)品的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)凌華在驅(qū)動(dòng)方面已經(jīng)做的非常出色了，最終只有數(shù)字示波器模塊TE6100需要通過(guò)調(diào)用DLL的形式來(lái)完成控制。每塊板卡凌華都提供了幾個(gè)很有參考價(jià)值的子VI例程，通過(guò)研究例程可以更好地幫助用戶掌握模塊的控制方法，有的例程可以直接應(yīng)用到自己的設(shè)計(jì)中，大大降低了開(kāi)發(fā)難度，減少了編程時(shí)間。
　　
　　在一個(gè)復(fù)雜的綜合系統(tǒng)中，如何在軟件中體現(xiàn)人性化操作是一個(gè)非常重要的任務(wù)。以儀表校準(zhǔn)的過(guò)程為例，需要將國(guó)家的檢定規(guī)程融合在程序中，因此在程序的編制過(guò)程中，對(duì)于規(guī)程中的共性，以子VI的形式建立獨(dú)立的軟件模塊（如環(huán)境條件、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)保存和提取等），需要時(shí)可以隨時(shí)調(diào)用；規(guī)程中的個(gè)性，以對(duì)話框、提示框、接線圖等方法完整的展現(xiàn)在操作者面前，所有的工作清晰、明確。為了加快LabVIEW的開(kāi)發(fā)進(jìn)度，首先要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的分析，找出那些使用最頻繁的基礎(chǔ)操作，然后將這些操作變成可獨(dú)立運(yùn)行的子VI；第二步把這些子VI組合在一起形成功能更強(qiáng)的模塊；最后通過(guò)模塊的組合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的操作，并最終形成一個(gè)完整的綜合系統(tǒng)。由于LabVIEW是圖形化的編程工具，程序的編制應(yīng)該遵循由簡(jiǎn)入繁的原則，建議在編程的過(guò)程中，隨時(shí)做好詳細(xì)的工作記錄，這樣既便于今后維護(hù)和擴(kuò)展，也便于他人研讀和修改。
　　
　　（3）PXI模塊的校準(zhǔn)
　　作為模塊化儀器，如何保證測(cè)試精度是用戶非常關(guān)心的問(wèn)題，由于模塊偏置電壓、線性增益等參數(shù)會(huì)隨時(shí)間、環(huán)境發(fā)生變化，給測(cè)量帶來(lái)誤差，因此在大多數(shù)場(chǎng)合下必須對(duì)PXI模塊進(jìn)行校準(zhǔn)。所謂校準(zhǔn)，是指通過(guò)電路的細(xì)微調(diào)整使測(cè)量或輸出的誤差最小化的過(guò)程，PXI模塊的校準(zhǔn)有三種方式：
　　1、常數(shù)校準(zhǔn)方式
　　一些PXI板卡交付前，在工廠中的標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行了校準(zhǔn)（如凌華的TE6100數(shù)字示波器模塊），用來(lái)修正誤差的校準(zhǔn)常數(shù)被存儲(chǔ)在板載非易失性存儲(chǔ)器中（EEPROM），通過(guò)裝載校準(zhǔn)常數(shù)就能恢復(fù)離廠前的狀態(tài)。PXI板卡的EEPROM中除了包含工廠校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的永久存儲(chǔ)區(qū)域外，還有一塊供用戶使用的可修改的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域內(nèi)用來(lái)保存工廠校準(zhǔn)的原始數(shù)據(jù)或用戶自己的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。常數(shù)校準(zhǔn)的精度并不高，因?yàn)樗](méi)有考慮到時(shí)間推移和溫度變化對(duì)模塊測(cè)量和輸出功能的影響。
　　
　　2、自校準(zhǔn)方式
　　為了減少由于偏置和增益漂移帶來(lái)的測(cè)量誤差，一些PXI模塊提供了‘自校準(zhǔn)’功能，其工作原理是：通過(guò)模塊自身的高精度板載基準(zhǔn)，在校準(zhǔn)軟件的控制下，測(cè)試和修正所有的誤差（如NI公司的PXI6704模擬輸出模塊）。模塊的自校準(zhǔn)無(wú)須連接外部信號(hào)，是提高測(cè)量精度、減少自身誤差的有效途徑。
　　
　　3、外部校準(zhǔn)方式
　　自校準(zhǔn)中用到的板載基準(zhǔn)在大多數(shù)情況下是足夠穩(wěn)定的，但是如果在極端的溫度環(huán)境下或者校準(zhǔn)期超過(guò)一年，那么應(yīng)該進(jìn)行一次外部校準(zhǔn)。外部校準(zhǔn)指采用外部基準(zhǔn)（取代板載基準(zhǔn)）對(duì)模塊進(jìn)行的校準(zhǔn)，外部校準(zhǔn)通常情況下要對(duì)板載基準(zhǔn)重新定標(biāo)，定標(biāo)結(jié)果存儲(chǔ)在EEPROM中，以備今后調(diào)用，進(jìn)行外部校準(zhǔn)時(shí)，使用的外部參考基準(zhǔn)要確保有足夠高的精度，通常情況下外部參考基準(zhǔn)的精度應(yīng)該是模塊自身板載基準(zhǔn)的3~5倍，外部校準(zhǔn)一般由用戶委托具備校準(zhǔn)能力實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。
　　四、結(jié)束語(yǔ)
　　今后PXI產(chǎn)品在增強(qiáng)功能、完善驅(qū)動(dòng)、改進(jìn)服務(wù)等方面還有很長(zhǎng)的路要走，相信隨著技術(shù)進(jìn)步，PXI產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣闊。多功能校準(zhǔn)儀是PXI產(chǎn)品在軍事檢測(cè)領(lǐng)域的一次應(yīng)用嘗試，由于項(xiàng)目時(shí)間過(guò)于匆忙，對(duì)模塊的了解和應(yīng)用有限，工作難免流于膚淺，本文中的錯(cuò)誤之處敬請(qǐng)專家批評(píng)指正。