基于PCI总线的ACM程控检测系统设计与实现

论文摘要

为了监督和控制某个生产过程或运动对象的状态,掌握其发展变化规律,就必须检测描述它们特性的各种参数。传统的检测技术及系统已经不能满足现代的工业生产过程参数的检测,因此引入自动测试、虚拟测试等先进技术,研制数字化、智能化、实时性好的现代检测系统具有重要意义。本文以实际的工程项目为背景,完成了一种新型的ACM检测系统的设计和实现。针对ACM检测需求,本文设计了基于PCI总线的、以计算机为控制中心的、实时的ACM程控检测系统方案。文中首先介绍了PCI总线,并详细讨论了基于PCI9052芯片的PCI总线接口实现;然后对系统软硬件设计的关键技术进行了研究和描述;最后进行了系统性能测试,给出了测试结果。系统硬件设计主要包括阀门控制模块、数据采集模块和信号调理模块设计。阀门控制模块的实现包括了PCI总线接口电路、FPGA接口电路、隔离电路、D/A转换器电路和V/I转换电路设计。在数据采集模块设计时,首先给出了采集卡总体设计方案,然后详细研究了模数转换模块、FIFO缓存模块和控制模块的设计。信号调理模块设计包括I/V变换电路、转速传感器信号调理电路和温度传感器信号调理电路。从传感器输出信号经过信号调理模块进行信号调理后,转换成数据采集卡可以接受的输入信号,以便数据采集卡进行后续处理。本文阐述了阀门控制卡驱动程序设计和上层应用程序设计。在驱动程序设计中,首先介绍了WDM驱动程序的特点,然后详细描述了利用DriverStudio开发工具开发阀门控制卡的WDM驱动程序的过程。在上层应用程序设计中,介绍了上层应用程序的功能、结构及其工作流程,描述了数据采集模块、数据分析处理模块和告警功能模块的设计,重点研究了振动信号的分析处理。为了衡量系统的性能优劣,本文进行了系统性能测试。系统性能测试包括所有的传感器信号采集通道测试和ACM实物状态综合测试,并给出了测试结果。本文设计的ACM程控检测系统经过调试后已经投入到波音737 ACM检测中,实践证明整个系统工作稳定,测量准确,操作简单方便,满足系统设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 检测系统发展现状
• 1.3 课题来源
• 1.4 ACM 程控检测系统设计要求
• 1.4.1 ACM 程控检测系统的功能要求
• 1.4.2 ACM 程控检测系统的检测需求分析
• 1.4.3 ACM 程控检测系统的总体结构
• 1.5 论文的主要内容和结构安排
• 第二章 PCI 总线接口设计
• 2.1 PCI 总线技术
• 2.1.1 PCI 总线的结构
• 2.1.2 PCI 总线信号定义
• 2.1.3 PCI 总线命令
• 2.1.4 PCI 总线操作
• 2.1.5 PCI 总线的配置空间
• 2.2 PCI 总线接口实现
• 2.2.1 PC19052 芯片简介
• 2.2.2 PC19052 的组成结构
• 2.2.3 PC19052 的配置空间
• 2.3 本章小结
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 阀门控制卡的设计
• 3.1.1 电压转电流电路设计
• 3.1.2 D/A 转换电路设计
• 3.1.3 FPGA 单元设计
• 3.1.4 PCI 总线接口实现
• 3.1.5 隔离电路设计
• 3.1.6 PCI 板卡设计要点
• 3.2 数据采集卡的设计与实现
• 3.2.1 数据采集卡的硬件结构
• 3.2.2 模拟开关的选择
• 3.2.3 模数转换模块设计
• 3.2.4 锁存模块设计
• 3.2.5 FIFO 缓存模块设计
• 3.2.6 控制模块设计
• 3.3 信号调理模块设计
• 3.3.1 电流信号转电压信号电路设计
• 3.3.2 涡轮轴径向振动信号调理电路设计
• 3.3.3 转速传感器信号调理电路设计
• 3.3.4 温度传感器信号调理电路设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 驱动程序设计及实现
• 4.1 Window52000 操作系统概述
• 4.2 WDM 驱动程序特点
• 4.2.1 WDM 驱动程序模型
• 4.2.2 WDM 驱动程序的层次结构
• 4.2.3 I/O 请求包
• 4.3 WDM 驱动程序开发工具选择
• 4.4 阀门控制卡驱动程序的功能实现
• 4.4.1 用DriverWizard 生成驱动程序框架
• 4.4.2 设备驱动程序的功能模块实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 上层应用程序设计与实现
• 5.1 上层应用程序设计的基本原则
• 5.2 上层应用程序的功能
• 5.3 上层应用程序的结构
• 5.4 上层应用程序工作流程
• 5.5 数据采集模块设计
• 5.6 数据分析处理模块设计
• 5.6.1 温度、压力和流量传感器信号处理
• 5.6.2 涡轮轴振动信号分析处理
• 5.7 告警功能设计
• 5.8 本章小结
• 第六章 系统性能测试
• 6.1 ACM 程控检测系统测试前提条件
• 6.2 ACM 程控检测系统的通道测试
• 6.2.1 阀门控制通道测试
• 6.2.2 温度传感器通道测试
• 6.2.3 压力传感器通道的测试
• 6.2.4 流量传感器通道的测试
• 6.2.5 电涡流传感器通道的测试
• 6.3 系统性能综合测试
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论和展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果