基于PCL－818HG的損傷測試系統(tǒng)的設計

摘 要：為了對遭受火災損傷后的混凝土結(jié)構(gòu)進行修復和加固。必須對其損傷特性參數(shù)進行測試和診斷。采用PCL-818HG數(shù)據(jù)采集卡和Visual C++6．O開發(fā)了混凝土結(jié)構(gòu)損傷測試系統(tǒng)?？梢詫崟r測量荷載、位移、應變及加速度等損傷特性參數(shù)。實際運行證明：該方法方便、快捷、可靠，對PCI－818HG應用于其他領域的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計也有較高的參考價值。
關鍵詞：PCL－818HG； Visual C++6．0： 結(jié)構(gòu)損傷： 數(shù)據(jù)采集

1 引言
為了對火災結(jié)構(gòu)進行經(jīng)濟有效的修復加固．首先必須對結(jié)構(gòu)進行損傷診斷。由于現(xiàn)代建筑的特點(結(jié)構(gòu)復雜化、高層化、裝飾多樣化、火災荷載大及通風量大等)．火災持續(xù)時間較長，火災中灼熱的混凝土在消防隊滅火時還受到消防水泵高壓水的沖擊,因此，一般混凝土結(jié)構(gòu)在火災中損失得較嚴重，且在升溫或急速降溫時還可能產(chǎn)生裂縫和爆裂。這些結(jié)構(gòu)的實際損傷程度和修復可能性需經(jīng)綜合、科學的評價后才能確定。為了確?；馂幕炷列迯凸こ痰目煽啃院徒?jīng)濟性，快速科學地對遭受高溫損傷的建筑物進行檢測鑒定和評估是工程實踐中迫切需要解決的問題。為此，筆者采用研華的PCL-818HG型多通道高增益數(shù)據(jù)采集卡．基于Visual C++6．0編寫程序，開發(fā)了混凝土結(jié)構(gòu)損傷測試系統(tǒng)，測試火災后混凝土的各種參數(shù)，為其修復工程提供了科學、可靠的原始數(shù)據(jù)，從而可減輕損失，縮短修復周期。

2 系統(tǒng)硬件
2．1 硬件特性
數(shù)據(jù)采集使用的是PCI－818HG型數(shù)據(jù)采集卡．該卡是用于PC／XT/AT的高增益、高性能多功能數(shù)據(jù)采集卡。它提供了5種理想的測量和控制函數(shù)．并有12位A／D轉(zhuǎn)換器和D／A轉(zhuǎn)換器．最大MD采樣頻率可達100 kHz，具有數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出以及可編程計時／計數(shù)功能。此卡內(nèi)置一個工業(yè)標準的12位連續(xù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換模擬輸入。板上1 K字節(jié)的FIFO數(shù)據(jù)緩沖器提供了在Windows系統(tǒng)下高速的數(shù)據(jù)傳輸性能。自動通道掃描電路和板上的SRAM可以用DMA或者在每個通道不同增益的情況下進行多通道A／D轉(zhuǎn)換。該卡的數(shù)據(jù)采集可以采用查詢方式、中斷方式和DMA方式。查詢方式和中斷方式往往會浪費大量的CPU時間，難以滿足實時要求．只有DMA方式采集數(shù)據(jù)最快。在DMA方式中采用的是雙數(shù)據(jù)緩沖技術。當采集卡進行MD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時．程序仍然可以訪問采集的數(shù)據(jù)。一般來說A／D轉(zhuǎn)換可以在后臺來完成．而數(shù)據(jù)可以通過DMA控制器傳送到內(nèi)存中，從而節(jié)省CPU的時間，滿足實時測控的要求。本系統(tǒng)采用的是。DMA方式。采集速度由軟件設定為內(nèi)部觸發(fā)。采集步頻Pacel=2 MHz／(10x100)=2 kHz。通道選擇由驅(qū)動程序依次掃描采集卡的模擬輸人通道。采集通道、測量過程設置的程序結(jié)構(gòu)與此類同。不再贅述。

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。PCL-818HG卡是外界電信號與計算機之間的橋梁。它把從外界獲取的各種電信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)字信號傳遞給計算機。并接收計算機傳送的數(shù)字或控制信號，將模擬或數(shù)字信號傳遞給外設。其過程如圖1所示。

圖1從左到右的過程即為數(shù)據(jù)采集過程．是由PCL-818HG卡的A／D轉(zhuǎn)換器完成的。PCL-818HG卡有16個模擬量輸入通道．可構(gòu)成16路單端輸入或8路差分輸入。最大A／D采樣頻率可達100 kHz。另外。PCL-818HG還具有一個用于讀取微弱輸入信號的高增益可編程放大器．無需外部信號放大器就能獲得微弱的輸入信號．可對每個輸入通道的增益進行編程設置。．PCL-818HG不同輸入方式的增益如表1所示。

2．2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
基于PCL-818HG型數(shù)據(jù)采集卡的火災后混凝土結(jié)構(gòu)損傷測試系統(tǒng)主要測量火災后混凝土結(jié)構(gòu)的荷載、位移、應變及加速度等參數(shù)．為其修復工程提供科學可靠的原始數(shù)據(jù)。PCL一818HG內(nèi)部框圖及其擴展框圖如圖2所示。PCL－818HG通過PCLD－8115型端子板外接各種能夠測量火災后混凝土結(jié)構(gòu)損傷參數(shù)的傳感器．它與上位機PC相連．通過控制界面控制各個采集通道并顯示各種實時采集的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖如圖3所示。

2．3 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作過程
高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作過程分為“初始化”、“高速采集”和“數(shù)據(jù)處理”?！俺跏蓟蓖ㄟ^在控制界面上手動設置各種硬件參數(shù)來完成；“高速采集”為軟件核心部分．整個采集過程均在內(nèi)存中通過上位機PC與采集前端PCL－818HG之間的高速交互通信實現(xiàn)．采集周期可達1 ms以下；“數(shù)據(jù)處理”分預處理和后處理。預處理由采集卡預處理功能完成，后處理要根據(jù)傳感器參量間的關系和方程來實現(xiàn)。

3 軟件設計
3．1 軟件開發(fā)環(huán)境
利用PCL-818HG進行Windows應用程序開發(fā)有以下3種方法。

(1)利用“研華”光盤中附帶的GeniDAQ Devel-opment開發(fā)環(huán)境。這是研華公司針對PCL系列板提供的標準開發(fā)環(huán)境．其優(yōu)點是針對性強，其缺點為不是通用的開發(fā)環(huán)境．程序移植性較差；

(2)由用戶自行開發(fā)針對底層硬件的驅(qū)動程序。這種方法靈活性最大．代碼執(zhí)行效率也高，可以充分發(fā)揮硬件的性能，但是要求開發(fā)者具有相當?shù)挠嬎銠C軟、硬件設計水平；

(3)采用通用的開發(fā)環(huán)境(Visual Studio、Delphi等)．調(diào)用“研華”提供的標準動態(tài)鏈接庫文件和第三方制作的AetiveX控件。采用這種方法可以在一定程度上降低程序開發(fā)難度．具有較高的靈活性和更好的可移植性。因此，在實際中較多采用的是第三種開發(fā)方法。本系統(tǒng)使用Visual c++6．0語言編程。

PCL一818HG提供了一個基于Windows的標準開發(fā)環(huán)境．還提供了標準Windows動態(tài)鏈接庫文件。動態(tài)鏈接庫DLL是一種基于Windows的程序模塊．它是在運行時被裝入和連接的。動態(tài)鏈接庫中只包含應用程序運行時裝入該DLL的有關信息，并非是源代碼的復制．因此使用動態(tài)鏈接庫可以使多個應用程序之間共享代碼和資源．提高運行速率。研華公司的“Advanteeh DLL Driver”軟件支持PCL一818HG等多種型號板卡的設備驅(qū)動，它提供了“ad-sapi32ldll”動態(tài)鏈接庫。其中包含一系列能對PCL一818HG相關地址進行讀寫操作的函數(shù)。Visual C++6．0能夠像使用Visual C++6．0自身的函數(shù)一樣調(diào)用這些DLL函數(shù)。

3．2 動態(tài)鏈接庫DLL
Advanteeh DLL都有如下共同的形式：
status=FUNCTION―Name(arameter 1，param-eter 2……parameter n)

當n≥0時．每一個函數(shù)在各種不同的狀態(tài)下返回一個值．如表2所示。暗示函數(shù)執(zhí)行成功與否。

3．3 軟件設計
綜上所述，Visual C++6．0環(huán)境下，通調(diào)用動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)很容易對硬件設備進行底層I／O口操作。程序流程圖如圖4所示。

4 結(jié)束語
相對于傳統(tǒng)的使用單片機開發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言．采用PCL一818HG型數(shù)據(jù)采集板可以降低開發(fā)難度，縮短周期，明顯提高采樣頻率和速度。以Visual C++6．0作為軟件開發(fā)平臺?？梢猿浞掷肰isual C++6．0界面友好的優(yōu)勢和PCL一818HG豐富的資源．在短時間內(nèi)開發(fā)出功能強大的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件。PCL一818HG提供給用戶很大的開發(fā)自由度和靈活性．且能在很大程度上兼容不同數(shù)據(jù)采集對象的特性．實現(xiàn)一個系統(tǒng)的重復利用。