摘要：为了适应外场装备检测装置的需求，以某型自行火炮的随动系统为例，基于PC104嵌入式控制总线的高效数据传输特点，采用SCM/LX -3160主板和ADT620、CDT2000数据采集板，完成数据采集与转换的硬件配置。并把处理后数据通过Visual C++软件开发工具进行实时显示，确定随动系统的工作状态。应用结果表明，该性能检测系统携带方便，能实时采集信号，并对信号进行准确的分析处理，具有较高的实时性和稳定性。

随动系统又称为伺服控制系统，在误差允许的范围内，随动系统的输入信号通过反馈校正电路，实现对输出信号的控制。在航空、军用装备和工程建设中，随动系统具有举足轻重的地位。如雷达的距离跟踪系统，火炮目标跟踪瞄准系统，各种导弹的自引系统等。随着武器装备系统智能化的提高，随动系统的结构也越加复杂、精密，它运转的稳定度是武器装备系统卓越性能评价的重要参考指标。武器装备常用于外场工作，因此随动系统的性能检测设备必须精确、轻巧、便于携带。

1 PC104嵌入式系统

PC104是嵌入式计算机的一种，它的片外总线接口是PC104总线。数个PC104板卡可以通过堆叠方式组合到一个大小合适的机箱中，并采用螺栓固定。这样系统安全、牢固，抗噪声性能好，即使在恶略的环境中也可以有出色的表现。PC104嵌入式系统具有功耗低，效率高，体积小，可扩展等优点，因此在航空航天、军用武器装备、工业控制等领域有着广泛的应用。

在对武器装备进行测试维护时，经常对设备中的各类信号进行实时的采集、处理与分析，从而对武器装备的工作状态做出判断，及时了解武器的性能。以往的检测系统比较笨重，携带不便，很难应用于野外工作的需要。同时，受外界多种噪声的影响，动态信号的采集存在较大的误差，且缺少人机交互环节。因此，精确性高且便于携带的实时检测系统受到人们的广泛关注。因此，本文设计了基于PC104总线的性能检测系统，凭借PC104板卡的高速处理能力完成用户对随动系统的实时信号的监测。

2 性能检测系统的总体设计

设备在运转时产生的工作状态信号是衡量其工作性能的重要参数。性能检测系统必须实时采集设备的工作状态信号，并能及时做出分析和判断，这些工作状态信号引出后，不能影响随动系统的正常工作，并且性能检测系统要与随动系统工作同步。信号由专用电缆引出后，经信号调理设备进行预处理，再接入性能检测系统。本文设计性能检测系统是集数据采集和数据分析为一体的自动化设备，具有高效的现场实时数据采集、处理的功能。由快速运算的CPU模块，精确地数据采集卡和高效的数据处理分析软件组成，硬件平台采用PC104板卡搭建。在软件实现上，操作系统采用性能稳定并具有良好的人机交互的Windows系统，并采用跨平台VisualC++开发数据分析及处理的应用软件，Visual C++提供跨平台的应用程序框架MFC。

3 硬件平台的实现

硬件环境的设计以PC104板卡作为基本组件，包括CPU、模拟采集卡、数字采集卡。这些板卡通过PC104总线连接，采用标准的固定孔将这些固定在封闭的机箱中，形成堆叠式的紧凑结构，并具有良好的抗噪声性能，硬件设计电路图如图1所示。

3.1 硬件选型

3.1.1 CPU主板

CPU主板采用盛博SCM/LX-3160(图2)。SCM/LX-3160是一款高性能的“ALL IN ONE”PC104巾央处理器。CPU采用AMD Geode LX800，工作主频可以达到500 MHz，具有128KB一级高速缓存和128KB二级高速缓存。与PC/AT标准完全兼容，并遵从PC/104标准。在PC机上运行的众多软件全部能在以SCM/LX-3160为控制核心的嵌入式计算机系统中运行，这也为简化应用软件的设计，提高程序的可移植性。在SCM/LX-3160主板上集成了键盘，鼠标、USB 2.0、串口、并口、2个10/100BaseT以太网平板显示等接口，在其狭小的极小空间里实现PC机几乎所有的功能。根据工程的需要.在SCM/LX-3160可以扩展不同的板卡，用户很容易实现嵌入式系统的需求。

3.1.2 模拟量采集卡

模拟量采集卡选用的是高功效的ADT620(图3)。ADT620是基于PC104总线的扩展板，实现对模拟信号的采集。通过PC104总线可将其与盛博SCM/LX-3160构成一个高性能的数据采集与控制系统，适用于结构紧凑、稳定性高的嵌入式应用。该扩展板具有八/十六个单端模拟输入通道，12位的20微秒或10微秒A/D变换器，±5 V、±10 V或0～+10 V模拟输入量程，支持C语言等特点。ADT620根据其特点最多可采集十六个单端模拟输入信号，并将这些模拟信号变换成8位或12位的数字量，然后送到总线上，读入存储器中。信号的量化转换是由一个12位的逐次逼近式的变换器来实现的，高性能的变换器以及在其前的高速采样一保持放大器可以保能将动态输入的模拟信号精确地数字化。

3.1.3 数字量采集卡

数字信号采集卡选用CDT2000(图4)。CDT2000也是基于PC104总线的扩展板，实现对数字信号的采集。与IBMPC兼容盛博SCM/LX-3160构成高性能的数字信号采集控制系统。模块结构紧凑，非常适合便携式应用。该扩展板具有独立的16位8 MHz计数器/定时器，48通道基于TTL或CMOS的可编程数字量I/O，支持C语言等特点。CDT2000供电电压仅需5 V，48个数字量I/O通道可以直接与外部信号输出设备连接，在设定的范围内直接感知开关的闭合、数字事件的触发或固态继电器的动作。这样，不需要扩展外围复杂的电路，简化了系统硬件平台的设计。

3.2 信号的采集与转换

某型自行火炮的随动系统有两部分高低随动系统和方位随动系统组成，方位系统驱动火炮炮筒的水平平移，高低系统驱动炮塔的升降，测量和控制炮筒的高低射角。两者的工作原理相同，在运转中它们产生的工作状态信号必须经过预处理才能接入性能检测系统(如图5所示)，防止电信号量程过大而烧毁PC104扩展板。模拟信号如电源信号，位置控制信号需经过信号调理电路的隔离分压板进行滤波、隔离、分压，转换至ADT620合适的量程后，再接入性能检测系统。数字信号是随动控制箱工作状态信号，以高低电平的形式存存。数字信号经过信号调理设备的光电隔离控制板，转焕至TTL电平后再接入CDT2000，CDT2000可以直接感知电平的闭合。

4 软件设计

本系统的运行环境是Windows XP系统，在可视化的操作环境下，可以很好地实现人机交互。开发工具是Visual C++，它提供封装了大量API函数的MFC函数库，这可以大大简化应用程序的开发周期。应用程序采用面向对象的C++语言来设计，总体分为采集卡驱动模块和性能检测模块。C++语言最大的特点是支持类与对象，将各个模块分别封装，形成采集卡操作类和性能检测类。

4.1 采集卡初始化

盛博公司的数据采集卡为程序设汁者提供了丰富的外包函数。对采集卡的操作涉及到数据存储单元的地址，数据的读写函数，动态链接库等问题。在Visual C++中建立基于MFC对话框的工程，设计采集卡操作类，对用户不可见，保障程序的安全性。利用对象调用动态链接库中的外包函数，可以很方便的对采集卡的操作，实现数据的读写与显示。流程图如图6所示，系统上电后，采集卡初始化，判断打开的是哪一个采集卡。ADT620打开设定模拟输入通道范围，肩动AD转换，将AD值保存到全局数组中;CDT2000打开，直接感知高低电平，两者都为性能检测模块提供分析数据。

4.2 数据处理与显示

性能检测模块实现对采集数据的分析处理，这部分设计的是否合理，直接影响到系统的总体性能。性能检测就是根据随动系统的工作状态信号来判断其性能是否良好。因此，检测必须和随动系统的工作进程同步，分别对高低随动系统和方位随动系统进行检测。建立信号检测对话框，作为人机交互的友好界面，并生成高低系统检测类和方位系统检测类。消息映射是Visual C++开发工具的基本特征，考虑到动态信号存在延时问题，信号采集读取以定时查询消息方式来实现。MFC提供大量的API函数，通过SetLedlightStatue()等函数的调用实现数据的分析与显示。高低系统工作时，先检测电源信号，然后检测指令信号和工作状态信号。方位系统检测与高低系统检测基本原理一致。

5 结果分析

性能检测系统设计完成后，通过专用电缆与某自行火炮随动系统的信号调理设备相连接。通电复位，系统先进行自检，检测电路连接是否正常。随动系统运转，信号引出、预处理、采集、转换，交给应川程序分析读取。方位检测界面如图7所示，高低检测与方位检测类似。

6 结束语

本检测系统采用基于PC104总线的CPU和数据采集板相结合的方式，通过Visual C++开发工具实现了用户对信号的实时采集、处理、分析与显示。信号采集的所有控制功能由PC104采集扩展板完成，大大精简外围电路的设计。硬件设计采用数量少且效率高的开发元件，降低了系统成本，提高系统的稳定性。运行在Windows XP操作系统的应用程序实现采集数据的分析与显示，Visual C++与Windows XP提供的友好界面使用户可以直观的了解整个随动系统的运转状况。C++语言是有C语言的特点，这对硬件驱动程序的编写非常有利。同时C++语言最主要的特点是面向对象，根据各模块建立相应的类，并进行封装，使软件整体运行可靠稳定。该检测系统具有功耗低，体积小，抗噪性能优良，稳定性高等优点，在应用中具有有良好的推广前景和显著的军事经济效益。