基于PCL－818HG的损伤测试系统的设计

摘  要：为了对遭受火灾损伤后的混凝土结构进行修复和加固。必须对其损伤特性参数进行测试和诊断。采用PCL-818HG数据采集卡和Visual C++6．O开发了混凝土结构损伤测试系统。可以实时测量荷载、位移、应变及加速度等损伤特性参数。实际运行证明：该方法方便、快捷、可靠，对PCI－818HG应用于其他领域的数据采集系统的设计也有较高的参考价值。
关键词：PCL－818HG； Visual C++6．0： 结构损伤： 数据采集

1 引言
    为了对火灾结构进行经济有效的修复加固．首先必须对结构进行损伤诊断。由于现代建筑的特点(结构复杂化、高层化、装饰多样化、火灾荷载大及通风量大等)．火灾持续时间较长，火灾中灼热的混凝土在消防队灭火时还受到消防水泵高压水的冲击,因此，一般混凝土结构在火灾中损失得较严重，且在升温或急速降温时还可能产生裂缝和爆裂。这些结构的实际损伤程度和修复可能性需经综合、科学的评价后才能确定。为了确保火灾混凝土修复工程的可靠性和经济性，快速科学地对遭受高温损伤的建筑物进行检测鉴定和评估是工程实践中迫切需要解决的问题。为此，笔者采用研华的PCL-818HG型多通道高增益数据采集卡．基于Visual C++6．0编写程序，开发了混凝土结构损伤测试系统，测试火灾后混凝土的各种参数，为其修复工程提供了科学、可靠的原始数据，从而可减轻损失，缩短修复周期。

2 系统硬件
2．1 硬件特性
    数据采集使用的是PCI－818HG型数据采集卡．该卡是用于PC／XT/AT的高增益、高性能多功能数据采集卡。它提供了5种理想的测量和控制函数．并有12位A／D转换器和D／A转换器．最大MD采样频率可达100 kHz，具有数字量输入、数字量输出以及可编程计时／计数功能。此卡内置一个工业标准的12位连续转换器，转换模拟输入。板上1 K字节的FIFO数据缓冲器提供了在Windows系统下高速的数据传输性能。自动通道扫描电路和板上的SRAM可以用DMA或者在每个通道不同增益的情况下进行多通道A／D转换。该卡的数据采集可以采用查询方式、中断方式和DMA方式。查询方式和中断方式往往会浪费大量的CPU时间，难以满足实时要求．只有DMA方式采集数据最快。在DMA方式中采用的是双数据缓冲技术。当采集卡进行MD数据转换时．程序仍然可以访问采集的数据。一般来说A／D转换可以在后台来完成．而数据可以通过DMA控制器传送到内存中，从而节省CPU的时间，满足实时测控的要求。本系统采用的是。DMA方式。采集速度由软件设定为内部触发。采集步频Pacel=2 MHz／(10x100)=2 kHz。通道选择由驱动程序依次扫描采集卡的模拟输人通道。采集通道、测量过程设置的程序结构与此类同。不再赘述。

    在数据采集系统中。PCL-818HG卡是外界电信号与计算机之间的桥梁。它把从外界获取的各种电信号转换为统一的数字信号传递给计算机。并接收计算机传送的数字或控制信号，将模拟或数字信号传递给外设。其过程如图1所示。

    图1从左到右的过程即为数据采集过程．是由PCL-818HG卡的A／D转换器完成的。PCL-818HG卡有16个模拟量输入通道．可构成16路单端输入或8路差分输入。最大A／D采样频率可达100 kHz。另外。PCL-818HG还具有一个用于读取微弱输入信号的高增益可编程放大器．无需外部信号放大器就能获得微弱的输入信号．可对每个输入通道的增益进行编程设置。．PCL-818HG不同输入方式的增益如表1所示。

2．2 数据采集系统
    基于PCL-818HG型数据采集卡的火灾后混凝土结构损伤测试系统主要测量火灾后混凝土结构的荷载、位移、应变及加速度等参数．为其修复工程提供科学可靠的原始数据。PCL一818HG内部框图及其扩展框图如图2所示。PCL－818HG通过PCLD－8115型端子板外接各种能够测量火灾后混凝土结构损伤参数的传感器．它与上位机PC相连．通过控制界面控制各个采集通道并显示各种实时采集的数据。数据采集系统框图如图3所示。

2．3 高速数据采集系统的工作过程
    高速数据采集系统的工作过程分为“初始化”、“高速采集”和“数据处理”。“初始化”通过在控制界面上手动设置各种硬件参数来完成；“高速采集”为软件核心部分．整个采集过程均在内存中通过上位机PC与采集前端PCL－818HG之间的高速交互通信实现．采集周期可达1 ms以下；“数据处理”分预处理和后处理。预处理由采集卡预处理功能完成，后处理要根据传感器参量间的关系和方程来实现。

3 软件设计
3．1 软件开发环境
    利用PCL-818HG进行Windows应用程序开发有以下3种方法。

    (1)利用“研华”光盘中附带的GeniDAQ Devel-opment开发环境。这是研华公司针对PCL系列板提供的标准开发环境．其优点是针对性强，其缺点为不是通用的开发环境．程序移植性较差；

    (2)由用户自行开发针对底层硬件的驱动程序。这种方法灵活性最大．代码执行效率也高，可以充分发挥硬件的性能，但是要求开发者具有相当的计算机软、硬件设计水平；

    (3)采用通用的开发环境(Visual Studio、Delphi等)．调用“研华”提供的标准动态链接库文件和第三方制作的AetiveX控件。采用这种方法可以在一定程度上降低程序开发难度．具有较高的灵活性和更好的可移植性。因此，在实际中较多采用的是第三种开发方法。本系统使用Visual c++6．0语言编程。

    PCL一818HG提供了一个基于Windows的标准开发环境．还提供了标准Windows动态链接库文件。动态链接库DLL是一种基于Windows的程序模块．它是在运行时被装入和连接的。动态链接库中只包含应用程序运行时装入该DLL的有关信息，并非是源代码的复制．因此使用动态链接库可以使多个应用程序之间共享代码和资源．提高运行速率。研华公司的“Advanteeh DLL Driver”软件支持PCL一818HG等多种型号板卡的设备驱动，它提供了“ad-sapi32ldll”动态链接库。其中包含一系列能对PCL一818HG相关地址进行读写操作的函数。Visual C++6．0能够像使用Visual C++6．0自身的函数一样调用这些DLL函数。

3．2 动态链接库DLL
    Advanteeh DLL都有如下共同的形式：
    status=FUNCTION—Name(arameter 1，param-eter 2……parameter n)

    当n≥0时．每一个函数在各种不同的状态下返回一个值．如表2所示。暗示函数执行成功与否。

3．3 软件设计
    综上所述，Visual C++6．0环境下，通调用动态链接库中的函数很容易对硬件设备进行底层I／O口操作。程序流程图如图4所示。

4  结束语
    相对于传统的使用单片机开发的数据采集系统而言．采用PCL一818HG型数据采集板可以降低开发难度，缩短周期，明显提高采样频率和速度。以Visual C++6．0作为软件开发平台。可以充分利用Visual C++6．0界面友好的优势和PCL一818HG丰富的资源．在短时间内开发出功能强大的数据采集系统软件。PCL一818HG提供给用户很大的开发自由度和灵活性．且能在很大程度上兼容不同数据采集对象的特性．实现一个系统的重复利用。