一、概述 PXI技術(shù)是Compact PCI與儀器、儀表技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，隨著PXI 2.0規(guī)范的制定和發(fā)布，PXI產(chǎn)品越來越成熟，市場上可供選擇的模塊也越來越多，與傳統(tǒng)儀器相比， PXI產(chǎn)品具有性能和體積上的優(yōu)勢，因此非常適合在強(qiáng)調(diào)移動的測量和修理場合中采用（如：應(yīng)用在軍事檢測和修理領(lǐng)域中），本文以多功能校準(zhǔn)儀的開發(fā)過程為例，簡單介紹了PXI系統(tǒng)相關(guān)的軟硬件構(gòu)成和應(yīng)用。 開發(fā)中的多功能校準(zhǔn)儀，是一款用以現(xiàn)場測試的便攜式檢測設(shè)備，其軟、硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示： 在系統(tǒng)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(xiàn)一定功能。模塊的應(yīng)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(shù)字多用表）； 2、不同的模塊和專用適配器通過組合軟件結(jié)合在一起，完成用戶賦予的其他任務(wù)（如：電秒表 校準(zhǔn)）。 二、系統(tǒng)構(gòu)建 在系統(tǒng)構(gòu)建之初，首先是選擇符合需要的PXI模塊，需求、性能、價格、服務(wù)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(fā)，當(dāng)前迫切需要解決的問題有： ² 指針式儀表、數(shù)字儀表的校準(zhǔn) ² 電秒表校準(zhǔn) ² 電源設(shè)備檢測 ² 儀器設(shè)備（弱電、低頻）檢測 ² 元器件功能檢測 ² 數(shù)字信號檢測 ² 武器裝備的部、附件檢修 確定了目標(biāo)，通過市場的調(diào)研，最終的方案我們采用了多家公司的PXI和CPCI產(chǎn)品，多功能校準(zhǔn)儀的構(gòu)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(fèi)，又留出一定的指標(biāo)余量以適應(yīng)今后的發(fā)展。 另外，在多功能校準(zhǔn)儀的組件中除了系統(tǒng)必備的機(jī)箱和控制模塊外，根據(jù)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(yīng)野外或現(xiàn)場測試條件下惡劣的環(huán)境。 系統(tǒng)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(fā)自動化測試系統(tǒng)，這是因為NI作為PXI規(guī)范的發(fā)起人，對規(guī)范的理解和支持相對做的更好一些，通過VISA和最新的IVI驅(qū)動技術(shù)，其它公司的PXI/CPCI產(chǎn)品在LabVIEW中也能得到比較好的支持（在for LabVIEW的驅(qū)動程序上，凌華以開發(fā)包的形式提供了較完善的硬件驅(qū)動），那些熟悉VB、VC的程序員還可以通過DLL調(diào)用等方式，直接在LabVIEW中控制硬件，這些優(yōu)勢對于需要在短時間構(gòu)建一個綜合測試系統(tǒng)的用戶來說是非常有吸引力的。下圖是用LabVIEW開發(fā)的多功能校準(zhǔn)儀的綜合測試軟件。 圖2 多功能校準(zhǔn)系統(tǒng)的綜合測試軟件 三、應(yīng)用情況 PXI模塊應(yīng)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(zhǔn)儀開發(fā)中的一些經(jīng)驗總結(jié)，對從事PXI系統(tǒng)開發(fā)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(chǎn)品，在系統(tǒng)安裝的初期，經(jīng)常會發(fā)生某些模塊不能正常使用的問題，例如：系統(tǒng)中16通道繼電器輸出模塊（52642）是一款基于NI –IVI 驅(qū)動的PXI模塊，按照使用說明書所要求的順序安裝了驅(qū)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(tǒng)的資源管理器中該模塊的驅(qū)動卻一切正常，考慮到該卡到貨比較晚，安裝前機(jī)箱中已經(jīng)有其它模塊，為了查找原因，于是卸載了52642模塊的軟件驅(qū)動，拔下了所有無關(guān)的模塊，重新按照說明書的要求單獨安裝52642模塊，結(jié)果依舊，情急之下決定重新安裝操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)安裝完畢后首先插入52642模塊，按要求安裝軟、硬件驅(qū)動后，該模塊終于在MAX中出現(xiàn)了，至此以為一切正常，于是將剩余的模塊逐一插入機(jī)箱，安裝完相應(yīng)的驅(qū)動，再次測試發(fā)現(xiàn)以前工作完全正常的任意波形發(fā)生器TE5201模塊罷了工，有了第一次的經(jīng)驗，再次重裝操作系統(tǒng)，先插入5201模塊，安裝硬件驅(qū)動和相應(yīng)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(qū)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(yīng)的驅(qū)動和支持軟件后，整個系統(tǒng)終于完全正常，兩天的磨難說明PXI系統(tǒng)在構(gòu)建過程中，尤其是在多家公司模塊共存的情況下，按照常規(guī)的方法安裝驅(qū)動程序有可能發(fā)生異常，多數(shù)情況下模塊本身并不存在問題，關(guān)鍵在于需要細(xì)致、耐心地調(diào)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(guān)機(jī)、開機(jī)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(dǎo)致意外的損失。 （2）軟件開發(fā)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(fā)包的形式提供了硬件驅(qū)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(fā)自己的應(yīng)用程序。 多功能校準(zhǔn)儀的系統(tǒng)軟件采用LabVIEW編制，因此在采購前特別強(qiáng)調(diào)了對LabVIEW的支持能力，拿到凌華產(chǎn)品的時候，我們發(fā)現(xiàn)凌華在驅(qū)動方面已經(jīng)做的非常出色了，最終只有數(shù)字示波器模塊TE6100需要通過調(diào)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(yīng)用到自己的設(shè)計中，大大降低了開發(fā)難度，減少了編程時間。 在一個復(fù)雜的綜合系統(tǒng)中，如何在軟件中體現(xiàn)人性化操作是一個非常重要的任務(wù)。以儀表校準(zhǔn)的過程為例，需要將國家的檢定規(guī)程融合在程序中，因此在程序的編制過程中，對于規(guī)程中的共性，以子VI的形式建立獨立的軟件模塊（如環(huán)境條件、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)保存和提取等），需要時可以隨時調(diào)用；規(guī)程中的個性，以對話框、提示框、接線圖等方法完整的展現(xiàn)在操作者面前，所有的工作清晰、明確。為了加快LabVIEW的開發(fā)進(jìn)度，首先要對系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的分析，找出那些使用最頻繁的基礎(chǔ)操作，然后將這些操作變成可獨立運(yùn)行的子VI；第二步把這些子VI組合在一起形成功能更強(qiáng)的模塊；最后通過模塊的組合實現(xiàn)復(fù)雜的操作，并最終形成一個完整的綜合系統(tǒng)。由于LabVIEW是圖形化的編程工具，程序的編制應(yīng)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(xì)的工作記錄，這樣既便于今后維護(hù)和擴(kuò)展，也便于他人研讀和修改。 （3）PXI模塊的校準(zhǔn) 作為模塊化儀器，如何保證測試精度是用戶非常關(guān)心的問題，由于模塊偏置電壓、線性增益等參數(shù)會隨時間、環(huán)境發(fā)生變化，給測量帶來誤差，因此在大多數(shù)場合下必須對PXI模塊進(jìn)行校準(zhǔn)。所謂校準(zhǔn)，是指通過電路的細(xì)微調(diào)整使測量或輸出的誤差最小化的過程，PXI模塊的校準(zhǔn)有三種方式： 1、常數(shù)校準(zhǔn)方式 一些PXI板卡交付前，在工廠中的標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行了校準(zhǔn)（如凌華的TE6100數(shù)字示波器模塊），用來修正誤差的校準(zhǔn)常數(shù)被存儲在板載非易失性存儲器中（EEPROM），通過裝載校準(zhǔn)常數(shù)就能恢復(fù)離廠前的狀態(tài)。PXI板卡的EEPROM中除了包含工廠校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的永久存儲區(qū)域外，還有一塊供用戶使用的可修改的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)區(qū)域，這個區(qū)域內(nèi)用來保存工廠校準(zhǔn)的原始數(shù)據(jù)或用戶自己的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。常數(shù)校準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)’功能，其工作原理是：通過模塊自身的高精度板載基準(zhǔn)，在校準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)方式 自校準(zhǔn)中用到的板載基準(zhǔn)在大多數(shù)情況下是足夠穩(wěn)定的，但是如果在極端的溫度環(huán)境下或者校準(zhǔn)期超過一年，那么應(yīng)該進(jìn)行一次外部校準(zhǔn)。外部校準(zhǔn)指采用外部基準(zhǔn)（取代板載基準(zhǔn)）對模塊進(jìn)行的校準(zhǔn)，外部校準(zhǔn)通常情況下要對板載基準(zhǔn)重新定標(biāo)，定標(biāo)結(jié)果存儲在EEPROM中，以備今后調(diào)用，進(jìn)行外部校準(zhǔn)時，使用的外部參考基準(zhǔn)要確保有足夠高的精度，通常情況下外部參考基準(zhǔn)的精度應(yīng)該是模塊自身板載基準(zhǔn)的3~5倍，外部校準(zhǔn)一般由用戶委托具備校準(zhǔn)能力實驗室進(jìn)行。 四、結(jié)束語 今后PXI產(chǎn)品在增強(qiáng)功能、完善驅(qū)動、改進(jìn)服務(wù)等方面還有很長的路要走，相信隨著技術(shù)進(jìn)步，PXI產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V闊。多功能校準(zhǔn)儀是PXI產(chǎn)品在軍事檢測領(lǐng)域的一次應(yīng)用嘗試，由于項目時間過于匆忙，對模塊的了解和應(yīng)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。