陀螺儀是一種既古老而又很有生命力的儀器，從臺真正實用的陀螺儀器問世以來已有大半個世紀，但直到現(xiàn)也，陀螺儀仍在吸引著人們對它進行研究，這是由于它本身具有的特性所決定的。陀螺儀主要的基本特性是它的穩(wěn)定性和進動性。人們從兒童玩的地陀螺中早就發(fā)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺可以豎直不倒而保持與地面垂直，這就反映了陀螺的穩(wěn)定性。研究陀螺儀運動特性的理論是繞定點運動剛體動力學(xué)的一個分支，它以物體的慣性為基礎(chǔ)，研究旋轉(zhuǎn)物體的動力學(xué)特性。對嚴格測試其動態(tài)測試具有重要的意義。

　　傳統(tǒng)的測試設(shè)備和手段復(fù)雜且效率低，為了便于對陀螺儀進行機內(nèi)測試，改善測量效果，運用當(dāng)今主要工業(yè)控制計算機技術(shù)--嵌入式PC/104總線結(jié)構(gòu)來搭建測試系統(tǒng)，其獨特的堆?？偩€擴展方式，可使其具有體積小、功耗低、可靠性高等特點；其次，利用美國NI公司開發(fā)的虛擬儀器LabVIEW,為開發(fā)平臺設(shè)計軟件，使其人機界面友好、功能強大、開發(fā)效率高、可維護性強，且測試和可靠性能得到充分保證。

　　1 測試系統(tǒng)硬件組成

　　該測試系統(tǒng)由PC/104工控計算機、DMM-32-AT多功能數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理模塊組成。其測試系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

　?。?）PC/104工控計算機。采用DIGITAL-LOG-IC AG公司的MSMP3SEV,它是一個基于PC/104（ISA總線）和PC104/Plus（PCI總線）的高可靠ALL-IN-ONE CPU模塊，主板主要集成了256 MB內(nèi)存、256 KB二級高速緩存、2個RS 232C 串口、1個LPT1并口、EIED硬盤接口、標(biāo)準軟盤接口、CRT顯示器接口、平板顯示器接口、鼠標(biāo)接口、1個USB接口、看門狗計數(shù)/定時電路等。

　?。?）DMM-32-AT多功能數(shù)據(jù)采集卡。4路12位D/A模擬輸出，16位差分或32位單端16位模擬輸入，24路數(shù)字I/O端口，采樣速率為200 Mb/s.該多功能采集卡主要用于激勵信號的產(chǎn)生，測試信號的采集以及控制信號的產(chǎn)生。

　?。?）信號調(diào)理模塊。主要是將計算機給定的電壓控制信號變換為電壓或電流信號，對動態(tài)測試的激勵信號進行整形、放大、濾波，以及對測試信號進行濾波，再由數(shù)據(jù)采集卡進行采集和處理。

　　系統(tǒng)的工作原理為：由PC/104控制，通過DMM-32-AT的D/A端口產(chǎn)生測試信號，經(jīng)過調(diào)理，對陀螺儀力矩器施加指令電流信號，以模擬陀螺儀輸入軸的角運動，使力矩器產(chǎn)生一個力矩，引起陀螺儀自轉(zhuǎn)軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這時信號器輸出一個電壓，經(jīng)放大器后轉(zhuǎn)換成一個電流輸入到力矩器，使力矩器內(nèi)原來外加電流減小到零，使轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸處于平衡狀態(tài)。通過信號調(diào)理模塊對信號器上的電壓進行變換，由A/D采樣模塊進行采樣，輸入到PC/104工控機，系統(tǒng)再對采集數(shù)據(jù)進行處理、判斷和顯示。這整個過程是由程序控制自動完成的。

　　2 軟件設(shè)計

　　LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在 LabVIEW中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW [2]的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。

　　陀螺儀的動態(tài)測試軟件采用LabVIEW軟件進行設(shè)計，LabVIEW不僅是軟件開發(fā)環(huán)境，而且是一個編程軟件，它是一種適合應(yīng)用于任何編程任務(wù)，具有擴展函數(shù)庫的通用編程語言。它定義了數(shù)據(jù)模型、結(jié)構(gòu)類型和模塊調(diào)用語法規(guī)則等編程語言的基本要素，在功能完整性和應(yīng)用靈活性上不亞于任何語言。Lab- VIEW提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析和存儲庫函數(shù)以及包括DAQ,GPIB,PXI,VXI,RS 232在內(nèi)的各種儀器通信總線標(biāo)準的所有功能函數(shù)。但是LabVIEW所提供的功能僅能驅(qū)動NI公司支持的數(shù)據(jù)采集卡，DMM-32-AT是第三方數(shù)據(jù)采集模塊，它需要用戶自己設(shè)計開發(fā)驅(qū)動程序。

　　2.1 DMM-32-AT驅(qū)動程序的實現(xiàn)

　　LabVlEW提供了對外部代碼調(diào)用的接口庫函數(shù)。其中，調(diào)用庫函數(shù)（Call Library Function,CLF）節(jié)點使得用戶可以方便地調(diào)用標(biāo)準共享庫和自定義庫函數(shù)。在此，設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是通過LabVIEW提供的。CLF實現(xiàn)對動態(tài)連接庫（Dynamic Link Library,DLL）調(diào)用的方法。完成對第三方數(shù)據(jù)采集模塊的驅(qū)動，實現(xiàn)LabVIEW與普通數(shù)據(jù)采集模塊的結(jié)合。

　　使用VC++生成一個dmm32driver.dll的動態(tài)鏈接庫，通過CLF節(jié)點對其調(diào)用，以實現(xiàn)該數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動，該程序?qū)崿F(xiàn)的主要源代碼為：

　　需要注意的是，在頭文件中加入extcode.h,以便在DLL程序中使用LabVIEW中的數(shù)據(jù)類型，避免在傳遞參數(shù)和返回值時沖突。其次，需要在導(dǎo)出的函數(shù)原型前添加_declspec（dllexport）關(guān)鍵字，指出函數(shù)的出口。由此，可從一個動態(tài)鏈接庫文件中輸出數(shù)據(jù)、函數(shù)、類以及類成員函數(shù)而不需要。def文件。

　　2.2 數(shù)據(jù)采集流程

　　數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個接口。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛引用在各個領(lǐng)域。比如攝像頭，麥克風(fēng)，都是數(shù)據(jù)采集工具。被采集數(shù)據(jù)是已被轉(zhuǎn)換為電訊號的各種物理量，如溫度、水位、風(fēng)速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。采集一般是采樣方式，即隔一定時間（稱采樣周期）對同一點數(shù)據(jù)重復(fù)采集。采集的數(shù)據(jù)大多是瞬時值，也可是某段時間內(nèi)的一個特征值。準確的數(shù)據(jù)量測是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)量測方法有接觸式和非接觸式，檢測元件多種多樣。不論哪種方法和元件，均以不影響被測對象狀態(tài)和測量環(huán)境為前提，以保證數(shù)據(jù)的正確性。數(shù)據(jù)采集含義很廣，包抱對面狀連續(xù)物理量的采集。在計算機輔助制圖、測圖、設(shè)計中，對圖形或圖像數(shù)字化過程也可稱為數(shù)據(jù)采集，此時被采集的是幾何量（或包括物理量，如灰度）數(shù)據(jù)。

　　該測試系統(tǒng)采用如圖2所示的單線程循環(huán)軟件架構(gòu)。采用單線程結(jié)構(gòu)可以保證每個任務(wù)在數(shù)據(jù)采集循環(huán)中都能得到有效執(zhí)行，既能滿足數(shù)據(jù)的實時采集，又能保證數(shù)據(jù)的完整存儲，增強了測試的可靠性。與此同時，采用單線程結(jié)構(gòu)也簡化了流程控制，避免了多線程結(jié)構(gòu)中各個任務(wù)之間的調(diào)度與控制的復(fù)雜問題。

　　2.3 系統(tǒng)程序設(shè)計

　　虛擬測試系統(tǒng)的主要功能是實時接收數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理（如濾波，F(xiàn)FT變換等）、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)實時顯示。操作者根據(jù)數(shù)據(jù)判斷測試指標(biāo)是否合格。

　　程序設(shè)計的數(shù)據(jù)采集過程為：在開始數(shù)據(jù)采集后，DAQ卡不斷地采集數(shù)據(jù)，并將它們存貯在指定的緩沖區(qū)中；然后LabVIEW每隔一段時間，將一批數(shù)據(jù)送入計算機進行處理。如果緩沖區(qū)存放已滿，DAQ卡就會又重新從內(nèi)存起始地址寫入新數(shù)據(jù)，覆蓋原來的數(shù)據(jù)。這個過程一直持續(xù)，直到采集到了指定數(shù)目的數(shù)據(jù)點，或者中止采集過程。程序方框圖如圖3所示。在對陀螺輸出信號進行測量時，采用了多次采樣取平均值的方法，以減小誤差。

　　3 結(jié) 語

　　在此，提出一種基于PC/104的陀螺儀動態(tài)測試系統(tǒng)，并分析該測控系統(tǒng)的軟/硬件基本構(gòu)成。在系統(tǒng)組建過程中，由于利用了可靠的PC/104工控機和數(shù)據(jù)采集卡，以及高性能的虛擬儀器編程軟件，使得系統(tǒng)組建效率高，性能可靠，而且可以方便地對測試結(jié)果進行判斷，簡單易用。