CVI的脉冲爆震发动机数据采集系统设计

２００８年第１２期
仪表技术
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基于ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ的脉冲爆震发动机 数据采集系统设计
赵 华，何立明，曾 昊，杜宏亮 （空军工程大学工程学院，陕西西安７１００３８）
摘要：针对原理性脉冲爆震发动机（ＰＤＥ）试验模型多通道实时数据高速采集的要求，应用ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ ７．１提供的多线程
制。图３给出的是ＰＤＥ多线程应用程序流程。
载入面板 （创建主线程）
Ｎ
竺窆
创建并启动次线程
脉
冲 爆 震 发 动
＇｜压力传感器Ｈ信号调理与放大卜 叫推力传感器Ｈ信号调理与放大卜 ．１温度传感器Ｈ信号调理与放大卜
自
行！ ＬＪ＼ 设 ｒ—／ 计： ＬＪ＼
厂—／
适
数 据 采 集 卡
／ＬＡ 工
、—＿１／ 控 机
消息驱动机制，当管道中有数据时可以直接读出，通过 一定的处理进行显示。该线程的编写方法同数据采集 线程的编写几乎一样，变化的只是线程传递函数。获 取数据后，需要进行分析可靠的线程退出，应先调用函数Ｃｍｔ—
ｇｅｔＴｈｒｅａｄＰｏｏｌＦｕｎｃｔｉｏｎＡｔｔｒｉｂｕｔｅ（ｉｎｔ ｐｏｏｌＨａｎｄｌｅ，ｉｎｔ
ｉｎｔＣＶＩＣＡＬＬＢＡＣＫＤａｔａＡｃｑＴｈｒｅａｄＦｕｎｃｔｉｏｎ（ｖｏｉｄ·ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｄａｄａ）／／ 线程传递函数的代码
其中：函数ＣｍｔＲｅｌｅａｓｅＴｈｒｅａｄＰｏｏｌＦｕｎｅｔｉｏｎＡｄｖ（）中
ｐｏｏｌＨａｎｄｌｅ为线程堆句柄，可以取值为ＤＥＦＡｕＬＴ— ＴＨＲＥＡＤ—ＰＯＯＬ—ＨＡＮＤＬＥ；ＣｈａｒｔＰａｎｅｌＭａｉｎ为创建线
ｓｔａｔｉｃ ｉｎｔ ＣＶＩＣＡＬＬＢＡＣＫＤａｔａＡｅｑＴｈｒｅａｄＦｕｎｅｔｉｏｎ（ｖｏｉｄ·ｈｍｃｔｉｏｎＤａ－ ｔａ）：／／数据采集线程声明
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ＣｍｔＧｅｔｔｌｌｒｅａｄＰｏｏｌＦｕｎｅｔｉｏｎＡｔｔｒｉｂｕｔｅ（ｐｏｏｌＨａｎｄｌｅ．如ｎｏｔｉｏｎｅｄ。Ａ１－ｒＲ一’ｒＰ —ＦＵＮＣＴＩＯＮ—ＴＨＲＥＡＤ—ＩＤ，＆ｔｈｒｅａｄｌＤ）１／／线程的调用
Ｒｅｔｕｒｎ ０；
｝ ｝
在ＰＤＥ测试软件的执行中，用户界面的接口线程 优先级最高，可以根据需要选择唤醒数据采集线程、实 时数据显示线程和数据分析线程。上述各线程协调工
作，并发多任务高效率机制，并最大限度地利用系统资 源，使程序运行更加有效。如图４所示的是ＰＤＥ实验 测试系统面板。图５给出的是该实验数据采集系统实
２．２多线程软件设计 在ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ多线程程序中，主线程（ｍａｉｎ
ｔｈｒｅａｄ）主要用来创建、显示并运行用户界面，次线程 （ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｔｈｒｅａｄ）用来执行其他对时间要求很高的操 作。ＣＶＩ提供了两种在次线程中运行代码的机制，分 别是线程池（Ｔｈｒｅａｄ Ｐ００１）机制和异步时钟（Ａｓｙｎ－ ｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｔｉｍｅｒ），其中线程池是比较常用的机制，适用 于需要不连续地执行或在循环中执行的任务，而异步 时钟适合用于固定时间间隔内执行的任务。针对 ＰＤＥ工作的实时性要求，该数采系统采用线程池机
ｅ
一
己
》
言 蛋
≥
机
—ｚ一
配
一
试 验
·—◆｜点火频率控制器卜＿———呻
模 块
ＩＤＡＱ软件包
台
工作面板消 息循环 （主线程）
实时 数据 采集
线程
实时 数据 显示
线程
数据 分析 处理
线程
Ｙ
图２ ＰＤＥ实验数据采集系统框图
由于ＰＤＥ工作过程中点火器会对传感器产生尖 峰脉冲强干扰信号，所以通过采用光电耦合器可以有 效的隔离此噪声干扰，与此同时发动机高频工作时爆 震管壁温度很高，为减弱温度对压力传感器的影响，在 传感器安装座加装水冷装置对传感器进行冷却，以抑 制温度漂移，保证数据采集的准确性。
函数库，对ＰＤＥ的数据采集系统进行了研究、设计与实现。应用结果表明，该系统实时性强，可靠性高，满足了ＰＤＥ试验对实验数
据高速采集的功能和实时性要求。
关键词：脉冲爆震发动机；多线程技术；数据采集系统
中图分类号：ＴＰ３９
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００６—２３９４（２００８）１２—００１７一０３
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｐｕｌｓｅ Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ
ＰＣＬ一８１８Ｌ是非ＮＩ公司生产的数据采集卡，故需 要用编程直接驱动的方法来实现采集卡的软件驱动， 针对本实验数据采集系统，编写的部分驱动程序代码 如下：
ＥｒｒＭｓｇ＝（ｃｈａｒ·）ｍａｌｌｏｃ（１００·ｓｉｚｅｏｆ（ｄｏｕｂｌｅ））；／／分配地址 ＤＲＶ—ＧｅｔＥｒｒｏｒＭｅｓｓａｇｅ（ＥｒｒＣｏｄｅ，ＥｒｒＭｓｇ）； ｆｒｅｅ（ＥｒｒＭｓｇ）；／／释放地址 ｖｏｉｄ ｌｎｉｔＢｏａｒｄ（ｖｏｉｄ）／／采集卡初始化 ｛ｓｔａｔｅ＝ＧｅｔＷａｉｔＣｕｒｓｏｒＳｒａｔｅ（）； ＳｅｔＷａｉｔＣｕｒｓｏｒ（１）； ＥｎＣｏｄｅ＝ＤＲＶ—ＤｅｖｉｅｅＯｐｅｎ（ＤＮｕｍ一８１８Ｌ，＆ＤＨａｎｄｌｅ一８１８Ｌ）；／／打 开８１８Ｌ采集卡 ｉｆ（ＥｒｒＣｏｄｅ！＝０） …错误处理 …｝
Ｅｎｇｉｎｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ
ＺＨＡＯ Ｈｕａ，ＨＥ Ｌｉ－ｒｕｉｎｇ，ＺＥＮＧ Ｈａｏ，ＤＵ Ｈｏｎｇ－ｌｉａｎｇ
（Ｔｈｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００３８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ
万方数据
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高性能数据采集卡，它提供了１６路单端或８路差分模 拟量输入，１２位Ａ／Ｄ转换器，可达到ｌＯＯｋＨｚ的采样 速率，并具有数字输入、输出以及时钟计数等通用测试 功能，主控机同样采用该公司的ＩＰＣ一６１０Ｈ工控机， 通过ＩＳＡ插槽使采集卡与计算机相连。设计的硬件和 接口驱动考虑了ＰＤＥ的工作特点，能满足该实验数据 采集系统的要求。图２为ＰＤＥ实验数据采集系统硬 件框图。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｕｌｓｅ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ；ｍｕｈｉｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
１ ＰＤＥ（脉冲爆震发动机）试验系统简介 脉冲爆震发动机原理性模型试验系统如图１所
示。其中发动机为无阀式单管脉冲爆震发动机试验模 型，燃油喷射采用简单直射式喷嘴，燃油流量由超声波 流量计测量，其调节由电动比例调节阀控制。空气采 用两路气流切向进气方式，通过涡街流量计测量进气
ｏｆ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｐｕｌｓｅ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ（ＰＤＥ），ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ—ｔｈｒｅａｄ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｌｉｂｒａｒｙ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／
ＣＶＩ ７．１ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ．ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＰＤＥ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｉｔ ｏｗｎｓ ｈｉｇｈ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｔ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ＰＤＥ ｔｅｓｔ．
程的函数名；ｔｈｒｅａｄＣｏｕｎｔ为传递给线程函数的数据，这 里为线程数。
（３）实时数据显示、数据分析处理线程 为便于实时了解和掌握发动机工作状态以及进行 相应调节，对爆震管沿轴向不同位置处的爆震波压力、
管壁温度，供油、供气流量等采集的数据需要进行实时 显示。其实现方法同样采用了线程池技术，通过管道
｝
其中：函数ＣｍｔＮｅｗＴｈｒｅａｄＬｏｃａｌＶａｌ（）主要定义了 本地变量ｂａｏｚｈｅｎＨａｎｄｌｅ，用来存放各线程的信息； ＣｍｔＮｅｗＴｈｒｅａｄＰｏｏｌ（）规定了该线程池允许的最多线程 数，这里设为５；ｐｏｏｌＨａｎｄｌｅ是该线程的句柄，在后续程 序中起指示和区分线程池的作用。
（２）数据采集线程 数据采集线程在响应采集界面指令后启动，并作 为后台线程负责现场数据的采集。创建采集线程的简 要函数代码如下：
２基于ＣＶＩ的数据采集系统设计
２．１ 系统硬件及接口驱动设计 除压力、温度、推力传感器、涡街流量计、超声波流
量计、信号调理放大器及自行设计适配器模块等基本 硬件外，系统还采用ＡＤＶＡＮＴＥＣＨ公司的ＰＣＬ一８１８Ｌ
收稿日期：２００８一０７ 作者简介：赵华（１９８ｌ一），男，硕士研究生，研究方向为脉冲爆震发动机基础研究。
ｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ｏｐｔｉｏｎｓ）来完成线程的安全退出。其实现的 函数代码如下：
ｉｎｔ ＣＶＩＣＡＩ。Ｉ。ＢＡＣＫ Ｑｕｉｔ（ｉｎｔ ｐａｎｅｌ。ｉｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ。ｉｎｔ ｅｖｅｎｔ。ｖｏｉｄ｝ｃａｌｌ— ｂａｃｋＤａｔａ，ｉｎｔ ｅｖｅｎｔＤａｔａｌ，ｉｎｔ ｅｖｅｎｔＤａｔａ２）
｛ｓｗｉｔｃｈ（ｅｖｅｎｔ） ｛ｃａ∞ＥＶＥＮＴ—ＣＯＭＭＩＴ： ＣｍｔＷａｉｔＦｏｒＴｈｒｅａｄＰｏｏｌＦｕｎｃｔｉｏｎＣｏｍｐｌｅｔｌｏｎ（ＤＥＦＡＵＬＴ—ＴＨＲＥＡＤ— ＰＯＯＬ—ＨＡＮＤＬＥ，ｔｈｒｅａｄＦｕｎｃｔｉｏｎＩＤ，０）； ＣｍｔＲｅａｓｅＴｈｒｅａｄＰｏｏｌＦｕｎｃｔｉｏｎｌＤ（ＤＥＦＡＵＬＴ—ＴＨＲＥＡＤ—ＰＯＯＬ—ＨＡＮ． ＤＬＥ。ｔｈｒｅａｄＦｕｎｃｔｉｏｎｌＤ）； Ｃｌｏ№Ｉｎ８ｔｎＩｍｅｎｔ（）；
ｓｔａｔｉｃ ｉｎｔ ＳｅｔｕｐＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ（ｖｏｉｄ） ｛ＣｍｔＮｅｗＴｈｒｅａｄＬｏｃａｌＶａｌ（ｓｉｚｅｏｆ（ｉｎｔ），（ｖｏｉｄ·）０，ＮＵＬＬ，ＮＵＬＬ， ＆ｂａｏｚｈｅｎＨａｎｄｌｅ）； ＣｍｔＮｅｗＴｈｒｅａｄＰｏｏｌ（ＭＡＸ＿ＴＨＲＥＡＤＳ。＆ｐｏｏｌＨａｎｄｌｅ）；