基于PXI总线的数据采集技术研究

惠国娟 葛朓琳 鄢 思 邱佳伟

基于PXI总线的数据采集技术研究

惠国娟1葛朓琳2鄢 思1邱佳伟1

（1. 上海航天精密机械研究所，上海 201600；2. 上海机电工程研究所，上海 201109）

针对产品测试中数据采集的需求，提出了基于PXI总线的数据采集系统设计方案，通过硬件统一配置，软件模块化设计，实现信号的单通道采集和多通道采集，功能上满足无源阻值导通和不同类型电压信号采集的需求。

PXI总线；数据采集；单通道；多通道

1 引言

随着自动化测试技术的不断发展，基于PXI总线的虚拟仪器测试系统已成为总线化自动测试系统的一个重要分支。在航空航天领域，PXI总线测试系统也得到了广泛应用。本文基于PXI总线的数据采集技术展开研究，设计研究了一套数据采集系统，实现了参数可配置的数据实时采集显示、保存及数据回放等功能。

2 PXI总线介绍

PXI是NI公司于1997年发布的一种全新的开放性、模块化仪器总线规则。PXI是以PCI及CompatPCI为基础再加上一些PXI特有的信号组合而构成的一个架构，它通过增加用于多板同步触发总线和参考时钟、用于精准定时的星形触发总线以及相邻模块间高速通讯的具备总线来满足实验和测量用户的要求。PXI总线具有可靠性高、数据方式灵活、标准化程度高等特点，在航空航天领域得到广泛应用。

3 系统组成和总体设计原理

图1 系统整体架构图

设计的基于PXI总线的数据采集系统，系统整体架构如图1所示，硬件驱动程序为Labview中的数据采集硬件驱动程序，通过操作命令完成与硬件之间的数据传递。用户通过驱动程序的接口对配置的数据采集硬件进行所需的配置和测试，数据采集软件按照设置采集、分析与处理相应的数据。

3.1 系统硬件设计

根据测试需求，结合PXI系统特点，系统硬件设计选用以下PXI模块化仪器：

机箱：标准NI PXI-1050机箱，8槽PXI，4槽SCXI（信号调理）；

控制器：内嵌式系统控制器NI PXI-8110，2.26GHz Intelcore Q9100四核处理器，500G高性能硬盘，最高支持4G内存；

模块化仪表：PXI-4070，内置12项测试功能的通用数字万用表，可测电压范围±300VDC，电阻范围0～100MΩ；

数据采集卡：a. PXI-6071E，具有64路单端/32路差分模拟输入，采样率1.25MS/s；b. PXI-6225，具有80路单端/40路差分模拟输入，采样率250KS/s；c. SCXI-1125，8通道隔离，±300VDC，10kHz滤波器，用于SCXI的电压输入模块，所有通道可多路复用控制DAQ设备的单个通道，增加DAQ的通道数；

矩阵开关：PXI-1166，32通道，±150VDC；

多路复用开关：SCXI-1130，256路单线通路，128路双线通路。

图2 系统硬件配置框图

系统硬件配置如图2所示，控制器板卡、DAQ板卡、数字万用表板卡、开关板卡等通过PXI机箱内部总线组成一个测试系统，通过外部适配器、测试电缆与产品对接，通过控制器连接显示器、鼠标、键盘，形成人机交互界面。

根据被测产品信号特征，系统对DAQ模块板卡进行了信号区分，低压信号（不高于10V）通过PXI-6071E、PXI-6225板卡采集，高压信号（不高于300V）通过SCXI-1125板卡采集。

3.2 系统软件设计

基于PXI总线的数据采集系统设计，应用基于Labview虚拟仪器的开发技术，采用模块化和层次化设计思想，根据测试要求，将系统分为两个功能模块：单通道数据采集及监测模块、多通道并行数据采集及监测模块。系统软件工作流程图如图3所示。

图3 系统软件工作流程图

软件中单通道数据采集监测模式主要用于无源阻值导通或单路信号电压测量，信号测量模式为串行模式；多通道数据采集监测模式，信号测量模式为并行模式，主要用于测试过程中数据曲线的实时显示，此方案设计的软件界面最多可同时显示六路信号波形。

4 系统详细设计

4.1 单通道数据采集及监测模块

4.1.1 信号通路设计

图4 单通道信号通路设计图

单通道数据采集及监测模块信号通路设计图如图4所示，功能实现通过PXI-4070万用表板卡和SCXI-1130多路复用开关组合实现，SCXI-1130为单线制256通道/两线制128通道高压多路复用开关，配合SCXI-1377接线盒使用，采用两线制接线方式，SCXI-1377板卡输出OUT-0、OUT-1分别接万用表板卡的正、负输入端，需测试信号正负端接入SCXI-1377板卡对应的正负输入接线点，软件做好相应的信号点配置，即可实现单路信号选通采集及监测。

4.1.2 软件模块设计

软件设计首先定义每一信号通路对应的信号，并将信号名称在用户交互界面以列表框形式显示，PXI-4070万用表板卡功能选项作为可配置项（可选择电阻或电压测量）在用户界面显示，万用表板卡输出同时接入波形图在用户界面显示，单通道数据采集软件流程如图5所示。

图5 单通道采集软件流程图

本方案设计的单通路采集及监测模块主要特点：一次采集并显示一个通路阻值或电压信号，电压测量模式下测量范围为±300VDC，通过软件功能设置，可实现电阻测量和电压测量的切换；通过定制转接电缆与适配器连接，以及软件参数配置，可实现模块通用化，满足不同产品的测试需求。

4.2 多通道并行数据采集及监测模块

4.2.1 信号通路设计

多通道并行数据采集及监测模块信号通路设计如图6所示，根据采集板卡的特性，需对输入信号进行分类：采集小于10V的单端输入或差分输入信号使用PXI-6071E、PXI-6225板卡；采集大于10V（不大于300V）的直流电压信号使用SCXI-1125板卡（差分输入模式）。其中，SCXI-1125板卡配合1166矩阵开关进行通道开关控制，通过1166矩阵开关切换输入通道，可将SCXI-1125板卡输入信号通道由8路拓展为16路。

图6 多通道信号通路设计图

4.2.2 软件模块设计

将所有通路信号进行信号定义，形成数列输入列表框，用户界面放置6个波形图控件，每个波形图均放置一个信号列表框供用户选择需要监测的信号，软件界面示意图如图7所示，软件运行时，只需在列表框选择需需显示信号，波形图框即时显示信号波形。

本方案设计的多通道并行数据采集及监测模块主要特点：多路信号同步采集并保存，软件界面可同步显示6路信号（显示通路数由软件设定），后续可查看保存的信号曲线；通过定制转接电缆与适配器连接，以及软件参数配置，可实现模块通用化，从而满足不同产品的测试需求。

4.2.3 试验验证

根据本方案设计思路，搭建了硬件系统，配置了相应的数据采集软件，针对单通道和多通道模式，分别输入单路和6路5V直流电压，并进行通断操作，从波形图中可实时监测到电压通断响应信号，显示的信号波形变化与实际通断变化相一致，且经多次试验验证，系统运行稳定。

5 结束语

针对不同信号数据采集的需求，提出了一种基于PXI总线的数据采集监测系统的设计方案，通过硬件固定配置、软件参数可配置，配合不同的适配器，可实现数据采集系统的通用化设计。通过试验验证，本方案设计的系统运行稳定，各项数据采集功能运行正常，为进一步提高数据采集效率及系统的通用型开发研究提供了基础。

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2 张宇，黄伟忠，郝岩. 基于Labview的多功能数据采集系统的设计与实现[J]. 自动化仪表，2013(8)：24～26

3 杨忠仁，饶程，邹建. 基于Labview的数据采集系统[J]. 重庆大学学报，2004(2)：32～34

4 崔红梅. 面向测试系统的虚拟仪器设计与应用研究[D]. 呼和浩特：内蒙古农业大学，2007

Research on Data Acquisition Technology based on PXI Bus

Hui Guojuan1Ge Tiaolin2Yan Si1Qiu Jiawei1

(1. Shanghai Aerospace Precision Machinery Research Institute, Shanghai 201600；2. Shanghai Electromechanical Engineering Research Institute, Shanghai 201109)

According to the demand of data acquisition in product testing, this paper puts forward a design scheme of data acquisition system based on PXI bus. Through unified hardware configuration and modular software design, single channel acquisition and multi-channel acquisition of signal are realized, which can meet the requirements of passive resistance conduction and different types of voltage signal acquisition.

PXI bus；data acquisition；single channel；multi-channel

TP274+.2

B

惠国娟（1979），高级工程师；测试技术专业；研究方向：数据采集技术。

2021-01-25