基于LabVIEW的便攜式汽車儀表檢測儀的研制----設(shè)計方案與硬件結(jié)構(gòu)（一）

　　第三章硬件結(jié)構(gòu)

　　3.1硬件簡介

　　3.1.1工控機

　　工控機即工業(yè)控制計算機，但現(xiàn)在的叫法是產(chǎn)業(yè)電腦或工業(yè)電腦，英文簡稱IPC，全稱IndustrialPersonalcomputer.工控機通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計的計算機。如圖3一1工控機機箱圖

　　IPC的技術(shù)特點：

　　1、采用符合“ElA”，標(biāo)準(zhǔn)的全鋼化工業(yè)機箱，增強了抗電磁干擾能力。

　　2、采用總線結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計技術(shù)。CPU及各功能模塊皆使用插板式結(jié)構(gòu)，并帶有壓桿軟鎖定，提高了抗 沖擊、抗振動能力。

　　3、機箱內(nèi)裝有雙風(fēng)扇，正壓對流排風(fēng)，并裝有濾塵網(wǎng)用以防塵。

　　4、配有高度可靠的工業(yè)電源，并有過壓、過流保護(hù)。

　　5、電源及鍵盤均帶有電子鎖開關(guān)，可防止非法開、關(guān)和非法鍵盤輸入。

　　6、具有自診斷功能。

　　7、可視需要選配I/O模板。

　　8、設(shè)有“看門狗”定時器，在因故障死機時，無需人的干預(yù)而自動復(fù)位。

　　9、開放性好，兼容性好，吸收了PC機的全部功能，可直接運行PC機的各種應(yīng)用軟件。

　　10、可配置實時操作系統(tǒng)，便于多任務(wù)的調(diào)度和運行。

　　11、可采用無源母板(底板)，方便系統(tǒng)升級。

　　IPC的主要結(jié)構(gòu)：

　　1、全鋼機箱

　　IPC的全鋼機箱是按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，抗沖擊、抗振動、抗電磁干擾，內(nèi)部可安裝同PC一bus兼容的無源底板。

　　2、無源底板

　　無源底板的插槽由ISA和PCI總線的多個插槽組成，ISA或PCI插槽的數(shù)量和位置根據(jù)需要有一定選擇，該板為四層結(jié)構(gòu)，中間兩層分別為地層和電源層，這種結(jié)構(gòu)方式可以減弱板上邏輯信號的相互干擾和降低電源阻抗。底板可插接各種板卡，包括CPU卡、顯示卡、控制卡、I/O卡等。

　　3、工業(yè)電源

　　為AT開關(guān)電源，平均無故障運行時間達(dá)到250000小時。

　　4、CPU卡

　　IPC的CPU卡有多種，根據(jù)尺寸可分為長卡和半長卡，根據(jù)處理器可分為386、486、586、Pll、PIH主板，用戶可視自己的需要任意選配。其主要特點是：工作溫度O一60℃;裝有“看門狗”計時器;低功耗，最大時為5V/2.5A.

　　5、其他配件

　　IPC的其他配件基本上都與PC機兼容，主要有CPU、內(nèi)存、顯卡、硬盤、軟驅(qū)、鍵盤、鼠標(biāo)、光驅(qū)、顯示器等。

　　國內(nèi)生產(chǎn)工控機的廠家有研祥、華北工控、研華、愛雷絲等。國外的工控機西門子的很出名。工控機箱標(biāo)準(zhǔn)長度為19英寸，高度為4U.

　　6、適用領(lǐng)域

　　目前，IPC已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及人們生活的方方面面。

　　例如：控制現(xiàn)場、路橋收費、醫(yī)療、環(huán)保、通訊、智能交通、監(jiān)控、語音、排隊機、POS、數(shù)控機床、加油機、金融、石化、物探、野外便攜、環(huán)保、軍工、電力、鐵路、高速公路、航天、地鐵等等。

　　7、工控機特點

　　工控機通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計的計算機，而工業(yè)現(xiàn)場一般具有強烈的震動，灰塵特別多，另有很高的電磁場力干擾等特點，且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)即一年中一般沒有休息。因此，工控機與普通計算機相比必須具有以下特點：

　　l)機箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。

　　2)機箱內(nèi)有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽。

　　3)機箱內(nèi)有專門電源，電源有較強的抗干擾能力。

　　4)要求具有連續(xù)長時間工作能力。

　　5)一般采用便于安裝的標(biāo)準(zhǔn)機箱(4u標(biāo)準(zhǔn)機箱較為常見)

　　目前工控機的劣勢：

　　盡管工控機與普通的商用計算機機相比，具有得天獨厚的優(yōu)勢，但其劣勢也是非常明顯的一數(shù)據(jù)處理能力差，具體如下：

　　1)配置硬盤容量小;

　　2)數(shù)據(jù)安全性低;

　　3)存儲選擇性小：

　　4)價格較高。

　　工控機箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)：硬盤架、光驅(qū)架：硬盤架一般分兩種，一種是分拆式，一種是壓卡式。

　　品質(zhì)優(yōu)異的機箱一般都帶金屬彈簧防震功能;安裝硬盤數(shù)量一般從4-15個。

　　底板：底板的規(guī)格有多種;主要以主板的規(guī)格來劃分。普通的主板一般都可以安裝;其中52Omm以下長度的機箱是安裝不了12*13的強大板的主板的，必須要520mm長度的機箱才能安裝。

　　壓卡條：主要起固定作用。有安防監(jiān)控的安裝視頻長卡，或者是工業(yè)CPU長卡時，必須要固定長卡，以免使用過程中出現(xiàn)晃動，不牢固等現(xiàn)象。

　　后槽的擴展：有7槽或14槽兩種;14槽的背板主要的用途是安裝多路視頻卡，比如有些大型的監(jiān)控系統(tǒng)，則要64路，或者128路時，必須要換成14槽的背板。

　　工控機箱的導(dǎo)熱：散熱結(jié)構(gòu)的合理性是關(guān)系到計算機能否穩(wěn)定工作的重要因素。目前最有效的機箱散熱解決方案是利用互動散熱通道結(jié)構(gòu)散熱：外部低溫空氣由機箱前部12Omm高速滾珠風(fēng)扇和機箱兩側(cè)散熱孔吸入進(jìn)入機箱，經(jīng)過硬盤架、南北橋芯片、各種板卡、北橋芯片，最后到達(dá)CPU附近，在經(jīng)過CPU散熱器后，熱空氣一部分從機箱后部的兩個80mm高速滾珠排氣風(fēng)扇抽出機箱，另外一部分通過電源風(fēng)扇排出機箱。機箱風(fēng)扇采用滾珠風(fēng)扇，其優(yōu)點是風(fēng)量大、轉(zhuǎn)速高、發(fā)熱少、壽命長、噪音低，避免了過大的噪音，真正實現(xiàn)了“綠色”散熱。

　　8.工控機箱的抗震

　　工控機箱在工作的時候，由于機箱內(nèi)部的光驅(qū)、硬盤、機箱里的多個風(fēng)扇在高速運轉(zhuǎn)的時候都會產(chǎn)生震動，而震動很容易導(dǎo)致光盤讀錯和硬盤磁道損壞以至丟失數(shù)據(jù)，所以機箱的抗震性也是我們機箱關(guān)鍵的一個結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。因為考慮到機箱的抗腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等的內(nèi)部要求，我們的機箱減震系統(tǒng)全部采用金屬材料制成，這比起用橡膠材料做減震不但能達(dá)到上述要求，還能起到抗老化，耐熱等作用。這套減震系統(tǒng)的解決方案得到了國內(nèi)外客戶的好評。

　　工控機箱的電磁屏蔽：主機在工作的時候，主板、CPU、內(nèi)存和各種板卡都會產(chǎn)生大量的電磁輻射，如果不加以防范也會對人體造成一定傷害。這個時候機箱就成為了屏蔽電磁輻射，保護(hù)我們健康的一道重要防線。

　　屏蔽良好的機箱還可以有效地阻隔外部輻射干擾，保證計算機內(nèi)部配件不受外部輻射影響。工控機箱為了增加散熱效果，機箱上必要的部分都會開孔，包括箱體側(cè)板孔、抽氣扇進(jìn)風(fēng)孔和排氣扇排風(fēng)孔等等，所以孔的形狀必須符合能阻擋輻射的技術(shù)要求。機箱上的開孔要盡量小，而且要盡量采用阻隔輻射能力較強的圓孔。其次，要注意各種指示燈和開關(guān)接線的電磁屏蔽。比較長的連接線需要設(shè)計成絞線，線兩端的裸露的焊接金屬部分必需用膠套包裹，這樣也避免了機箱內(nèi)用電線路產(chǎn)生的電磁輻射。

　　工控機在基于LabVIEW便攜式汽車儀表檢測儀中的是起到總體控制整個檢測系統(tǒng)的作用，它就相當(dāng)于人體的大腦一樣，所有儀表信息的采集、處理、對比、反饋都由它來完成。