作者：海航計量站： 朱宏聲
（提供：ADLINK—凌華科技集團，應用領域：其他）
【在線聯系作者單位】
一、概述
PXI技術是Compact PCI與儀器、儀表技術相結合的產物，隨著PXI 2.0規范的制定和發布，PXI產品越來越成熟，市場上可供選擇的模塊也越來越多，與傳統儀器相比， PXI產品具有性能和體積上的優勢，因此非常適合在強調移動的測量和修理場合中采用（如：應用在軍事檢測和修理領域中），本文以多功能校準儀的開發過程為例，簡單介紹了PXI系統相關的軟硬件構成和應用。
開發中的多功能校準儀，是一款用以現場測試的便攜式檢測設備，其軟、硬件結構如圖1所示：
 在系統中，PXI模塊是最基本的獨立單元，在軟件的控制下每種模塊都可以實現一定功能。模塊的應用途徑有二：
1、一些模塊通過自帶的專用軟件，直接以虛擬儀器的形式使用（如：數字多用表）；
2、不同的模塊和專用適配器通過組合軟件結合在一起，完成用戶賦予的其他任務（如：電秒表
校準）。
二、系統構建
在系統構建之初，首先是選擇符合需要的PXI模塊，需求、性能、價格、服務是我們選擇時主要的參考因素，從檢測和修理的實際需求出發，當前迫切需要解決的問題有：
² 指針式儀表、數字儀表的校準
² 電秒表校準
² 電源設備檢測
² 儀器設備（弱電、低頻）檢測
² 元器件功能檢測
² 數字信號檢測
² 武器裝備的部、附件檢修
確定了目標，通過市場的調研，最終的方案我們采用了多家公司的PXI和CPCI產品，多功能校準儀的構建情況如下表所示，這個方案既避免了片面追求高性能造成的浪費，又留出一定的指標余量以適應今后的發展。
另外，在多功能校準儀的組件中除了系統必備的機箱和控制模塊外，根據軍事檢測和修理的需要，我們還采購了寬范圍的交流/直流電源模塊，以適應野外或現場測試條件下惡劣的環境。
系統編程采用了NI公司的LabVIEW軟件，與VB、VC相比，圖形化編程工具LabVIEW，更適合用來開發自動化測試系統，這是因為NI作為PXI規范的發起人，對規范的理解和支持相對做的更好一些，通過VISA和最新的IVI驅動技術，其它公司的PXI/CPCI產品在LabVIEW中也能得到比較好的支持（在for LabVIEW的驅動程序上，凌華以開發包的形式提供了較完善的硬件驅動），那些熟悉VB、VC的程序員還可以通過DLL調用等方式，直接在LabVIEW中控制硬件，這些優勢對于需要在短時間構建一個綜合測試系統的用戶來說是非常有吸引力的。下圖是用LabVIEW開發的多功能校準儀的綜合測試軟件。
圖2 多功能校準系統的綜合測試軟件 三、應用情況
PXI模塊應用過程中，不可避免地會碰到各種各樣問題，下面是多功能校準儀開發中的一些經驗總結，對從事PXI系統開發的用戶也許會有所幫助。
（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品，在系統安裝的初期，經常會發生某些模塊不能正常使用的問題，例如：系統中16通道繼電器輸出模塊（52642）是一款基于NI –IVI 驅動的PXI模塊，按照使用說明書所要求的順序安裝了驅動程序，用LabVIEW自帶的Measurement & Automation Explorer（MAX）軟件卻始終找不到模塊的蹤影，在系統的資源管理器中該模塊的驅動卻一切正常，考慮到該卡到貨比較晚，安裝前機箱中已經有其它模塊，為了查找原因，于是卸載了52642模塊的軟件驅動，拔下了所有無關的模塊，重新按照說明書的要求單獨安裝52642模塊，結果依舊，情急之下決定重新安裝操作系統，操作系統安裝完畢后首先插入52642模塊，按要求安裝軟、硬件驅動后，該模塊終于在MAX中出現了，至此以為一切正常，于是將剩余的模塊逐一插入機箱，安裝完相應的驅動，再次測試發現以前工作完全正常的任意波形發生器TE5201模塊罷了工，有了第一次的經驗，再次重裝操作系統，先插入5201模塊，安裝硬件驅動和相應軟件后，5201能識別并正常工作，接著插入52642模塊，按要求裝好驅動，再次啟動后，52642和5201均能正常工作，接下來逐一安裝其它模塊及相應的驅動和支持軟件后，整個系統終于完全正常，兩天的磨難說明PXI系統在構建過程中，尤其是在多家公司模塊共存的情況下，按照常規的方法安裝驅動程序有可能發生異常，多數情況下模塊本身并不存在問題，關鍵在于需要細致、耐心地調整模塊和軟件的安裝次序，多做幾次試驗往往能解決問題；另外，安裝模塊時一定要逐一安裝測試，雖然頻繁的關機、開機比較麻煩，但遇到問題可以及時解決，否則累積起來可能會導致意外的損失。
（2）軟件開發快速上手：
在軟件支持上，凌華公司做的比較完善，不但以開發包的形式提供了硬件驅動，還提供了所有流行編程語言的源代碼例程，非常便于用戶開發自己的應用程序。
多功能校準儀的系統軟件采用LabVIEW編制，因此在采購前特別強調了對LabVIEW的支持能力，拿到凌華產品的時候，我們發現凌華在驅動方面已經做的非常出色了，最終只有數字示波器模塊TE6100需要通過調用DLL的形式來完成控制。每塊板卡凌華都提供了幾個很有參考價值的子VI例程，通過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用到自己的設計中，大大降低了開發難度，減少了編程時間。
在一個復雜的綜合系統中，如何在軟件中體現人性化操作是一個非常重要的任務。以儀表校準的過程為例，需要將國家的檢定規程融合在程序中，因此在程序的編制過程中，對于規程中的共性，以子VI的形式建立獨立的軟件模塊（如環境條件、校準數據處理、數據保存和提取等），需要時可以隨時調用；規程中的個性，以對話框、提示框、接線圖等方法完整的展現在操作者面前，所有的工作清晰、明確。為了加快LabVIEW的開發進度，首先要對系統進行細致的分析，找出那些使用最頻繁的基礎操作，然后將這些操作變成可獨立運行的子VI；第二步把這些子VI組合在一起形成功能更強的模塊；最后通過模塊的組合實現復雜的操作，并最終形成一個完整的綜合系統。由于LabVIEW是圖形化的編程工具，程序的編制應該遵循由簡入繁的原則，建議在編程的過程中，隨時做好詳細的工作記錄，這樣既便于今后維護和擴展，也便于他人研讀和修改。
（3）PXI模塊的校準
作為模塊化儀器，如何保證測試精度是用戶非常關心的問題，由于模塊偏置電壓、線性增益等參數會隨時間、環境發生變化，給測量帶來誤差，因此在大多數場合下必須對PXI模塊進行校準。所謂校準，是指通過電路的細微調整使測量或輸出的誤差最小化的過程，PXI模塊的校準有三種方式：
1、常數校準方式
一些PXI板卡交付前，在工廠中的標準條件下進行了校準（如凌華的TE6100數字示波器模塊），用來修正誤差的校準常數被存儲在板載非易失性存儲器中（EEPROM），通過裝載校準常數就能恢復離廠前的狀態。PXI板卡的EEPROM中除了包含工廠校準數據的永久存儲區域外，還有一塊供用戶使用的可修改的校準數據區域，這個區域內用來保存工廠校準的原始數據或用戶自己的校準數據。常數校準的精度并不高，因為它并沒有考慮到時間推移和溫度變化對模塊測量和輸出功能的影響。
2、自校準方式
為了減少由于偏置和增益漂移帶來的測量誤差，一些PXI模塊提供了‘自校準’功能，其工作原理是：通過模塊自身的高精度板載基準，在校準軟件的控制下，測試和修正所有的誤差（如NI公司的PXI6704模擬輸出模塊）。模塊的自校準無須連接外部信號，是提高測量精度、減少自身誤差的有效途徑。
3、外部校準方式
自校準中用到的板載基準在大多數情況下是足夠穩定的，但是如果在極端的溫度環境下或者校準期超過一年，那么應該進行一次外部校準。外部校準指采用外部基準（取代板載基準）對模塊進行的校準，外部校準通常情況下要對板載基準重新定標，定標結果存儲在EEPROM中，以備今后調用，進行外部校準時，使用的外部參考基準要確保有足夠高的精度，通常情況下外部參考基準的精度應該是模塊自身板載基準的3~5倍，外部校準一般由用戶委托具備校準能力實驗室進行。
四、結束語
今后PXI產品在增強功能、完善驅動、改進服務等方面還有很長的路要走，相信隨著技術進步，PXI產品的應用領域將越來越廣闊。多功能校準儀是PXI產品在軍事檢測領域的一次應用嘗試，由于項目時間過于匆忙，對模塊的了解和應用有限，工作難免流于膚淺，本文中的錯誤之處敬請專家批評指正。
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