王睿宇，方书起 *
（郑州大学化工与能源学院，河南 郑州 450001）
摘 要：针对研华PCI-1713高速数据采集卡进行单端数据实时采集时信号波动问题，在易控（Inspect）通用组态软件中使用C#高级程序设计语言进行信号数据处理。剔除信号数据中的噪点将信号数据波动抑制在可接受的范围内，使信号数据具有更高的可信度。严格控制信号数据波动，为监控系统或自动控制系统提供更加真实可靠的传感器数据。 关键词：数据采集卡；信号波动；抑制
The Single-Ended Signal Processing Method of PCI-1713 Data Acquisition Card
Wang Ruiyu，Fang Shuqi
（College of Chemical Engineering and Energy，Zhengzhou University ，Zhengzhou 450001,China）
Abstract：To solve the problem of signal fluctuation during data acquisition in real time with Advantech PCI-1713 high-speed data acquisition card, this paper dealt with the data signal by C# advanced programming language. Eliminating noise from the signal data will suppress the signal data fluctuation into an acceptable range, so the signal data will have a higher credibility. Experiments show Strict control signal data fluctuation can provide more reliable sensor data for both the monitoring system and automatic control system.
Key words：Data Acquisition; signal fluctuations; Suppression
引言
PCI-1713数据采集卡是台湾研华公司(Advantech)生产的PCI总线隔离高速模拟量输入卡。它提供了32个模拟量输入通道，可采用32路单端输入或16路差分输入，采样频率可达100KS/s、12位分辨率及2500V(DC)的直流隔离保护。PCI-1713卡上带有一个FIFO缓冲器，
它能存储4K的采样值。卡上带有自动通道/增益扫描电路，采样时可以自己完成对多路选通开关的控制，SRAM存储了每个通道不同的增益值及配置。对于A/D转换，PCI-1713支持三种触发模式：软件触发、内部触发和外部触发。软件触发能允许用户在需要的时候获得一个采样值；内部定时器触发用于连续、高速的数据采集；外部触发允许与外部设备进行同步采样。PCI-1713在进行数据采集时转换的电压信号会产生
扰动，信号数据在真实值附近震荡，给监控系统和自动控制的精确测量带来干扰。
1 实验平台
1.1 软件平台
实验中PC机操作系统为Windows XP Service Pack 3，采用北京九思易公司的易控2009 Service Pack 1组态软件。易控(INSPEC)是首款建立于.NET平台的组态软件，基于.NET平台和大量可靠容错技术的采用以及大量现场高可靠应用的考验，能有效避免Windows系统中经常发生的“内存泄漏”、“内存崩溃”和“蓝屏”等系统死锁、崩溃现象，彻底避免DLL 噩
梦； 采用GC（垃圾处理）、CAS（基于代码的安全访问）、AppDomain等新的安全模型和机制，更增强其安全性；软件绿环保，即拷即用，
作者简介：王睿宇（1987-），男，江苏苏州，在读研究生，主要研究方向为过程装备的强化。
通讯作者：方书起（1964-），男，山东冠县，硕士，教授，主要研究方向为过程装备的强化。
不会污染用户计算机的系统目录和注册表。易控基于分布式和开放性架构设计，系统具有很强的伸缩性，更易于与其它系统集成。易控首创的C#用户程序功能是传统软件脚本功能的全面替换、升级和扩充，比脚本更强、更快、更安全，为编程经验丰富的用户提供了更强大的用户程序能力，实现复杂的工程需求。C#用户程序功能与传统的“脚本”程序相比：完全开放的高级语言，程序指令/函数更为丰富，功能强大、稳定；编译执行，执行效率更
高；可以大量调用第三方程序，无缝集成。另外，易控通过提供统一方便的程序编辑器、智能感知技术自动填充代码、“零代码”输入图形化编程、自动错误检查和错误定位、指令帮助动态提示、提供关键字运算符指令对象列表等等手段，可以轻松实现程序的编写。
1.2 硬件平台
实验中采用普通PC机、PCI-1713数据采集卡、DZ-41C1型热电阻温度隔离变换器、Pt100温度传感器、欧姆龙SBJC-05024型24V电源。PCI-1713数据采集卡设定为32路单端输入，量程0~5V电压。DZ-41C1型热电阻温度隔离变换器设定测量温度为0℃~200℃，输出信号为1~5V电压，温度和输出电压呈线性关系。硬件结构如图1所示。 图1 硬件平台
Fig.1 Hardware platform
2 数据采集卡的安装和调试
PCI-1713是基于PCI总线的数据采集卡，支持即插即用功能，安装简单。将PCI-1713插入PC主板上空闲PCI插槽。Pt100热电阻温度传感器连接到温度变送器，温度变送器连接到接线端子板，再将数据线将板卡和接线端子板连接，即完成硬件的安装。[1,2,3,4]
使用板卡附带的驱动程序光盘安装板卡驱动，先安装Advantech Device Manger再安装PCI-1713驱动，如图2所示。利用Device Manger设置板卡工作模式、量程、放大增益，将板卡设定为32路单端输入、0~5V工作模式。如图3、图4所示。
图2 研华设备管理器
Fig.2 Advantech Device Manger
图3单端输入设置
Fig.3 Single-ended mode configuration
图4 0~5V量程设置
Fig.4 0~5V mode configuration
3 组态软件配置
在易控2009开发环境添加PCI-1713，易控组态软件中已经内置了研华PCI-1713驱动，只需要在板卡中选择即可。向PCI-1713设备管理页面中添加寄存器，使用32路单端模式时添加32个寄存器，编号0~31，同时关联系统变量如表1所示。
表1 寄存器、系统变量表
Tab.1 Registers, System variable table
易控组态软件中支持板卡数据转换，由于温度与变换器的电压呈线性关系，所以使用线性转换，将(1~5V)线性转换为(0~200℃)。配置测试画面并将转换器标定，如图5所示。
图5 测试画面
Fig.5 Testing page
4 信号数据波动抑制
4.1 信号数据波动
来自PCI-1713数据采集卡的单端信号数据有波动情况，信号数据在真实值附近震荡。单端输入产生波动的原因是因为不能抑制共模干扰。[5,6,7]由于信号数据的波动，造成监视系统的可靠性下降，也会造成自动控制系统的控制精度下降，信号波动如图6所示。
图6 信号波动
Fig.6 Signal fluctuation
4.2 信号数据处理
由信号数据波动，可以分析出信号数据在真实值附近震荡，使得测量温度值有±1℃的变化。
还存在从正偏差极大值突然跳向负偏差极大值的拐点。信号数据处理，目标是抑制信号数据的波动。
4.2.1 实时采集信号数据
易控2009 Service Pack 1组态软件中，软件触发产生中断请求的最小间隔时间是50ms，频率20Hz。表2为4秒内80次采集数据，此时设定温度为55℃。
表2 采集数据表
Tab.2 Data Table
次别 秒别 | 第1秒 | 第2秒 | 第3秒 | 第4秒 |
第1次 | 54.73℃ | 54.25℃ | 54.86℃ | 54.70℃ |
第2次 | 55.12℃ | 54.99℃ | 54.80℃ | 54.30℃ |
第3次 | 54.56℃ | 54.32℃ | 55.25℃ | 54.79℃ |
第4次 | 55.37℃ | 54.88℃ | 53.99℃ | 55.22℃ |
第5次 | 54.55℃ | 54.70℃ | 55.42℃ | 54.39℃ |
第6次 | 54.78℃ | 54.84℃ | 54.61℃ | 55.42℃ |
第7次 | 54.55℃ 轧钢论坛 | 54.72℃ | 55.25℃ | 54.69℃ |
第8次 黎曼流形 | 54.98℃ | 54.83℃ | 54.40℃ | 55.23℃ |
第9次 | 54.56℃ | 54.70℃ | 55.14℃ | 54.69℃ |
第10次 | 54.90℃ | 54.99℃ | 54.84℃ | 54.78℃ |
第11次 | 54.67℃ | 55.25℃ | 54.83℃ | 54.78℃ |
第12次 | 54.25℃ | 54.53℃ | 54.53℃ | 54.68℃ |
第13次 | 54.25℃ | 54.98℃ | 54.78℃ | 54.40℃ |
第14次 | 54.89℃ | 54.34℃ | 54.56℃ | 54.78℃ |
第15次 | 54.92℃ | 54.77℃ | 54.82天津港劳务发展有限公司℃ | 54.53℃ |
第16次 | 55.24℃ | 54.53℃ | 54.30℃ | 55.13℃ |
第17次 | 54.60℃ | 54.98℃ | 54.99℃ | 54.71℃ |
第18次 | 54.99℃ | 54.25℃ | 54.84℃ | 55.12℃ |
第19次 | 54.61℃ | 54.80℃ | 54.53℃ | 54.72℃ |
第20次 | 54.77℃ | 54.70℃ | 55.24℃ | 55.14℃ |
| | | | |
4.2.2 采集数据分析
采集到的监测数据分析如表3和图7所示。
表3 数据分析（一）
Tab.3 Data analysis(I)
数据个数 | 80 |
出租车资源配置最大值 | 55.42 |
最小值 | 53.99 |
平均值 | 54.79 |
标准差 | 0.31 |
| 贵州师范大学学报 区间 | 1.60 |
直方图柱数 | 11 |
抚顺市北台小学直方图组距 | 0.18 |
| |
图7 数据分析（二）
Fig.7 Data analysis(II)
从数据分析中可以得出，采集得到的数据呈正态分布。根据正态分布规律[8]：
1．绝对值相等的正误差与负误差出现的次数相等，即误差的对称性。
2．绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多，即误差的单峰性。
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