基于PC／104的故障检测系统设计

摘要：本文介绍了一种基于PC／104模块的某高炮故障检测系统的设计方法，该系统通过定时检测PC／104IO口的信号状态，利用故障树的分析技术，分析了设备出现故障的原因，并指导检测人员排除故障，从而提高排除故障的效率，节约了人力成本。本文着重介绍了该故障检测系统的组成、工作原理及硬软件设计。通过实际应用证明，PC／104稳定可靠，运行良好。
关键词：PC／104；故障检测；故障树

0 引言
    PC／104是一种嵌入式工业控制总线，类似与IsA总线，与通用的PC和PC／AT标准完全兼容。PC／104的优点主要有：
    (1)尺寸小，PC／104的板卡标准尺寸为90mmX96mm，使得PC／104模块板成为了嵌入式系统应用的理想产品。
    (2)模块可自由扩展，PC／104模块具有灵活的可扩展性。可随系统的需求而升级CPU的性能。因此增加系统的功能和性能只需通过改变相应的模块即可实现。
    (3)低功耗，4mA的总线驱动电流，即可使模块正常工作。
    (4)堆栈式连接，这种结构取消了主板和插槽，可以将所有的PC／104模块板利用板上的叠装总线插座连接起来。有效减小整个系统所占的空间。
    (5)丰富的软件资源，与PC系统兼容的操作系统、开发工具、应用软件都可以运行在PC／104系统中。这使得用户可以利用PC系统丰富的软件资源，从而降低软件购买、学习、培训等方面的成本。
    基于上述优点，该故障检测系统采用了PC104模块作为数据采集和预处理的前端平台，并配以ADT620 AD采集卡和CDT2000 IO采集卡，来实现采集和控制的功能。

1 系统设计方案
    本系统硬件平台采用PC104嵌入式计算机，开放式的总线结构可扩展我们所需的各种模块，模拟量采集卡、数字量I／O采集卡满足对故障检测接口要求。总体方案如图1所示。

    系统中的检测适配器将待检测设备的输出信号(-24V一24V)转换为在采集卡的测量范围之内的信号(-10V一10V)。故障检测系统可实时检测采集到的I／O信号和A／D信号。
    本文的软件平台采用VC++6.0，vc++是Windows平台上的C++编程环境。其作为一个主流的开发平台一直深受编程爱好者的喜爱。VC++6.0提供了功能强大的MFC类库(MierosoftFoundationClass)，MFC是一个很大的C++类层次结构，其中封装了大量的类及其函数，可以有效提高编程效率。

2 系统硬件设计
    本系统硬件主要包括：高性能CPU SCM／LX3160、ADT620 A／D采集卡、CDT2000 I／O采集卡、S／D采集卡、IO英寸TFT液晶显示器。其硬件构成如图2所示。

2．1 CPU主板采用盛博协同SCM／LX-3160
    SCM／LX-3160是盛博协同的一款高性能的“ALL IN ONE”PC／104 CPU模块。SCM／LX-3160采用AMDGeode LX800 CPU，工作频率高达500MHz，具有128KB一级高速缓存和128KB二级高速缓存。SCM／LX-3160与PC／AT标准完全兼容，并遵从PC／104标准。在IBM-PC上运行的众多软件全部能在以SCM／LX-3160为基础的系统中运行。该模块集成了PS／2键盘、PS／2鼠标、CRT、IDE、USB 2．0、4串一并、2个10／100  BaseT以太网等接口，在极小空间里实现PC机几乎所有的功能。其平板显示接口、CF卡接口、串口多种形式选择、看门狗功能等接口让设计人员更方便的实现嵌入式系统应用。
2．2 模拟量采集卡采用SEM／ADT-620模块
    盛博协同的SEM／ADT-620与shengboSCM／LX-3160模块系统构成一个高性能的数据采集与控制系统，结构紧凑，模块的特点有：
    (1)八／十六个单端模拟输入通道
    (2)12位，20微秒或10微秒A／D变换器
    (3)±5V，±10V或0到+10V模拟输入量程
    (4)可用电阻配置增益
    (5)24通道基于TTL／CMOS 71055芯片的可编程数字量I／O
    (6)三个独立的16位，10MHz定时器／计数器
    其12位的A／D、20微秒转换速度、±10V的量程满足我们的要求。
2．3 数字量I／O采集卡采用CDT2000模块
    盛博协同的CDT2000数字量I／O模块与shengboSCM／LX-3160模块系统构成一个高性能的数据采集与控制系统，结构紧凑，模块的特点
有：
    (1)48通道基于TTL／CMOS 71055的可编程数字量I／O，可以满足设计需求。
    (2)四个中断源经组合可产生一个或两个或三个或四个PC总线中断。
    (3)在板提供RS-422与RS-232CC串行通讯接口转换电路。
    (4)仅需+5VDC电源供电。
2．4 S／D采集卡
    用于对旋转变压器、自整角机输出信号转换为数字量。
2．5 显示器
    采用夏普的10英寸TFT液晶显示器，型号为：LQ104S1DG21。

3 软件设计方案
    采用WINDOWS 2000操作系统，利用VC++6．0集成开发环境，采用MFC中的对话框框架，运用多模块设计来完成对故障的实时检测功能。其软件模块组成见图3。

    受信仪模块：检测并显示随动系统方位角和高低角，判断有无故障并定位。
    正弦机模块：产生适应于随动系统的定位、调转、12小时连续工作等动作规范，判断有无故障并定位，可对随动系统进行测评。
    高低机模块：检测并显示高低机的信号，判断有无故障并定位。
    方位机模块：检测并显示方位机的信号，判断有无故障并定位。
    其软件检测结果显示如图4所示。

4 结束语
    故障检测是一门与实践结合非常紧密的学科。本文结合实际的工程实践，根据客户的实际应用要求，基于PC／104模块设计和完成了该故障检测系统。该系统具有尺寸小、稳定性高、实时性高、错误报告准确性高、功能强大等优点，完全可以满足客户的要求。