一 PCI-1714市場(chǎng)定位 　　 　　隨著工業(yè)控制以及信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展，在一些信號(hào)處理領(lǐng)域，對(duì)一些高性能、高穩(wěn)定、高可靠、較強(qiáng)抗混疊特性的高速甚至超高速數(shù)據(jù)采集板卡的需求也在日益增加。目前，Advantech公司為適應(yīng)這一發(fā)展，研制出了全新4路30MS/s同步高速數(shù)據(jù)采集卡PCI-1714，可用于高速數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，如軍事方面的雷達(dá)信號(hào)、超音波信號(hào)分析；在一般商用方面如數(shù)字廣播信號(hào)分析，配合帶通濾波器（Band-Pass Filter）與降頻技術(shù)（Down Conversion）可應(yīng)用于RF信號(hào)分析；在通信領(lǐng)域中，利用PCI-1714的12b的分辨力與30MHz的頻寬，可進(jìn)一步作I、Q的信號(hào)采集，分析該通信調(diào)變與解調(diào)變的品質(zhì)；在工業(yè)控制方面，可作為電力設(shè)備如變壓器的超聲法監(jiān)控局部放電的高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備、高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備利用聲波信號(hào)進(jìn)行故障診斷用的聲壓高頻信號(hào)的采集設(shè)備等。應(yīng)該說(shuō)，PCI-1714在需高速數(shù)據(jù)采集的場(chǎng)合性價(jià)比較高。 　　 　　二 PCI-1714的特性及面向應(yīng)用的硬件解決措施 　　 　　PCI-1714是高速、高分辨力、高容量PCI數(shù)據(jù)采集卡，配備4組模擬輸入端，具備同步采集功能。當(dāng)4組模擬輸入同時(shí)使用時(shí)，采樣頻率最高可達(dá)30MS/s。 　　PCI-1714板載提供自動(dòng)校正功能，使用者只要通過(guò)軟件指令就可啟動(dòng)，完成模擬輸入信道的校正工作，不需任何繁雜手工操作。 　　PCI-1714在觸發(fā)數(shù)據(jù)采集方面，提供多樣選擇：來(lái)源包括軟件、內(nèi)部時(shí)鐘同步以及外部觸發(fā)等多種方式。模擬觸發(fā)功能提供多種觸發(fā)條件的選擇，數(shù)字觸發(fā)則提供上升沿觸發(fā)與下降沿觸發(fā)兩種選擇。在多卡同步功能方面，PCI-1714可接受外部輸入時(shí)鐘進(jìn)行資料采集，所以使用者可使用同一外部輸入時(shí)鐘達(dá)成多卡同步采集功能。 　　其特性歸納為：數(shù)據(jù)采樣速率高達(dá)30MS/s；內(nèi)含4個(gè)獨(dú)立ADC，可使4個(gè)信道同步取樣；每路ADC內(nèi)建32K FIFO內(nèi)存，允許使用者在極速采樣時(shí)有足夠緩沖區(qū)可供暫存，以維持?jǐn)?shù)據(jù)采集速度及完整性；提供多種輸入范圍，包含±5V、±2.5V、±1V、±0.5V等，使用者通過(guò)工具程序即可輕松完成設(shè)定；研華專屬的板卡裝置識(shí)別碼（Board ID），當(dāng)客戶同時(shí)插入多張板卡時(shí)，可進(jìn)行硬件組態(tài)設(shè)定，輕易辨識(shí)每張板卡；高達(dá)6種觸發(fā)模式，方便客戶依需求自行設(shè)定。包含軟件觸發(fā)、Pacer、Post-Trigger、Pre-Trigger、Delay-Trigger及About-Trigger。 　　 　　三 面向應(yīng)用的軟件解決措施 　　 　　一個(gè)優(yōu)秀的高速數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，除需要合理編寫驅(qū)動(dòng)程序及控制代碼外，更重要的是合理利用設(shè)備提供的用于高速數(shù)據(jù)采集的DMA數(shù)據(jù)傳輸方式、板載FIFO空間的合理分配及其合理應(yīng)用等。PCI-1714板卡采用PLX-9056 PCI總線控制器，可實(shí)現(xiàn)極速的DMA數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)，每路ADC獨(dú)占板載的32kb，可保證數(shù)據(jù)在高速數(shù)據(jù)采集時(shí)的臨時(shí)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)的批量傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速采集。 　　 　　1. 合理使用DMA 數(shù)據(jù)傳輸方式 　　 　　DMA方式特別適用于大量數(shù)據(jù)的高速采集。同中斷方式一樣，在使用DMA方式傳輸時(shí)須指定DMA級(jí)別，需對(duì)板卡上DMA控制寄存器和Intel 8237 DMA進(jìn)行操作。Advantech在編寫PCI-1714底層驅(qū)動(dòng)時(shí)，已將DMA高速數(shù)據(jù)傳輸功能進(jìn)行了集成，因此在使用PCI-1714進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集時(shí)，可直接利用其提供的免費(fèi)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種數(shù)據(jù)傳輸方式。一般板卡上會(huì)提供單DMA或雙DMA方式，雙DMA方式允許傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行采集。雙DMA方式使用兩個(gè)緩沖區(qū)和兩個(gè)DMA通道，板卡首先通過(guò)DMA通道6拷貝到兩個(gè)緩沖區(qū)。在編寫基于PCI-1714的應(yīng)用程序時(shí)，可從第一個(gè)緩沖區(qū)傳輸數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)诙€(gè)緩沖區(qū)變滿時(shí)，硬件會(huì)切換到第一個(gè)緩沖區(qū)。應(yīng)用程序又可從第二個(gè)緩沖區(qū)傳輸數(shù)據(jù)。不斷循環(huán)下去。 　　 　　2. 合理使用板載的32kb的FIFO 　　 　　為防止在高速數(shù)據(jù)采集時(shí)丟失數(shù)據(jù)，特別是在像Windows這樣的多任務(wù)操作系統(tǒng)下，通常板卡完成A/D轉(zhuǎn)換后，將數(shù)據(jù)寫入到數(shù)據(jù)輸出寄存器中，接著使用DMA或中斷服務(wù)功能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PU/內(nèi)存。使用FIFO功能，新數(shù)據(jù)僅僅被添加到FIFO緩沖區(qū)的第二個(gè)位置上，而不會(huì)覆蓋原數(shù)據(jù)。隨后的數(shù)據(jù)會(huì)依次排列到緩沖區(qū)中。當(dāng)想從FIFO 緩沖區(qū)中搬移數(shù)據(jù)時(shí)僅需從數(shù)據(jù)寄存器讀取一個(gè)數(shù)據(jù)即可，這樣會(huì)將最初數(shù)據(jù)取出，F(xiàn)IFO中下一個(gè)位置的數(shù)據(jù)會(huì)取代數(shù)據(jù)寄存器中的值，便可在任何時(shí)候傳輸來(lái)自FIFO緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，當(dāng)在傳輸舊數(shù)據(jù)時(shí)，硬件會(huì)將最新數(shù)據(jù)保存在FIFO中，從而防止數(shù)據(jù)丟失；也可在FIFO半滿或全滿時(shí)，一次性傳輸數(shù)據(jù)。由于這樣減少了CPU時(shí)間，因此非常適合于大量高速數(shù)據(jù)傳輸。 　　可通過(guò)查詢狀態(tài)寄存器狀態(tài)判斷FIFO緩沖區(qū)的狀態(tài)，分別判斷空標(biāo)志位（Empty flag）、半滿標(biāo)志位（Half full flag）以及全滿標(biāo)志位（full flag）的狀態(tài)。Advantech公司在編寫PCI-1714的驅(qū)動(dòng)時(shí)，提供給用戶一個(gè)AdBufChangeEvent的DRV_CheckEvent事件，用戶只需對(duì)其進(jìn)行使能，檢查其半滿或者全滿標(biāo)志，便可在AdBufChangeEvent事件中取出所需ADC采集值。 　　 　　3. 高速數(shù)據(jù)采集流程 　　 　　PCI-1714實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集的流程如圖。 　　 　　4. 數(shù)據(jù)記錄 　　 　　采用常規(guī)File I/O存儲(chǔ)方式、IDE接口、ATA133的串行方式，通常存儲(chǔ)速度約2Mb/s，即使采用高速為15000r/s的SCSI II硬盤大概也只能達(dá)到10Mb/s左右的數(shù)據(jù)流寫入速度。這是不能滿足PCI-1714的30MS/s的數(shù)據(jù)采集速度要求的。目前，SCSI II控制卡數(shù)據(jù)傳輸速度為40～80Mb/s，可充分利用這一特性，將SCSI II控制卡以及高速SCSI II硬盤結(jié)合的方式，透過(guò)精確的 DMA控制與直接存取SCSI硬盤的能力，實(shí)現(xiàn)至少40Mb/s的高速數(shù)據(jù)記錄。 　　SCSI II標(biāo)準(zhǔn)對(duì)SCSI II裝置定義了公用指令集，通過(guò)這些指令，能直接控制SCSI II控制裝置。目前，SCSI II的重要研發(fā)單位Adaptech公司已提供的ASPI（Advanced SCSI Programming Interface），編寫程序時(shí)只要使用ASPI高階函數(shù)及指令，通過(guò)ASPI driver實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速存儲(chǔ)。具體過(guò)程，可參閱Adaptec公司網(wǎng)站，研華也即將為用戶提供SCSI II高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方法。 　　 　　四 在電力變壓器局部放電監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用 　　 　　對(duì)電力變壓器局部放電進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)有關(guān)參數(shù)信號(hào)進(jìn)行采集和分析，及時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)，檢測(cè)內(nèi)部初期故障及發(fā)展趨勢(shì)，診斷其狀態(tài)，減少損失，避免惡性事故發(fā)生。 　　對(duì)高壓變壓器監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其局部放電。目前，主要監(jiān)測(cè)方法是超聲波檢測(cè)法：即在電力變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生聲波和超聲波，且很快向四周介質(zhì)傳播。當(dāng)放電能量較大或放電點(diǎn)距箱壁較近時(shí)，用置于油箱壁上的超聲波傳感器即可收到信號(hào)。由于超聲法受電氣干擾小，能定性判斷局部放電信號(hào)的有無(wú)，所以它在局部放電定位上廣泛應(yīng)用。 　　油中放電上升沿很陡，脈沖寬度多為微秒級(jí)，能激勵(lì)起2～8MHz的超高頻電磁信號(hào)。而PCI-1714每路采集頻率可達(dá)30MS/s，根據(jù)Shannon采樣定理，PCI-1714可滿足變壓器局部放電實(shí)時(shí)采集要求。利用超聲波監(jiān)測(cè)方法，并采用PCI-1714高速采集設(shè)備研究變壓器的局部放電，克服了傳統(tǒng)脈沖電流法測(cè)量頻率低、頻帶窄的缺點(diǎn)，可較全面研究局部放電本征特征。由于這些顯著優(yōu)點(diǎn)，因而PCI-1714在電力設(shè)備，尤其是對(duì)變壓器、發(fā)電機(jī)出口母線等處的局部放電檢測(cè)是完全適合的，特別是在線檢測(cè)中將有廣闊前景。 　　通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)試的變壓器局部放電時(shí)域圖及其歸一化頻譜分析圖進(jìn)行分析，可知變壓器局部放電的中心頻譜在4.5MHz左右，與實(shí)際得到頻譜完全吻合，說(shuō)明PCI-1714是能完全“勝任”這項(xiàng)艱巨任務(wù)的。