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摘要：本文介绍了一个基于PXI总线的电池放电测试系统，主要功能任务是计算机通过电子负载控制电池放电曲线，并测量电池放电过程中放电电流、电池电压、点火电流等参数，提供衡量电池质量的依据。该系统具有多路采集、实时显示、存储管理等功能。
使用16位精度的PXI-6020并行数据采集模块，最高数据采集速率可以达到250KSPS，系统可以用于中高速数据采集场合。
关键字：PXI总线 数据采集 放电测试
1.引言：
PXI （PCI eXtensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展） 是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台。PXI结合了PCI的电气总线特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范。PXI规范将台式PC的性能价格比优势与PCI总线面向仪器领域的必要扩展完美地结合起来，形成一种主流的虚拟仪器测试平台。这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。
在测试过程中，需要对放电电流、电压、点火电流等参数，进行自动记录、与回读处理，便于提取出、分析试验数据，对电池的质量进行评判。
2.系统原理：
通过放电测试系统专用的软件，编辑相应的放电时间曲线，使负载模拟实际工作中用电设备的耗电过程，从而判断电池在实际使用过程中的带载能力，电池能否达到设计时所要求的供电能力，即供电电压、供电持续的时间。
本PXI放电测试系统中，待采集、调理的信号有放电回路电压信号、放电回路电流信号、点火回路电流信号。一个V/I调理箱，该调理箱主要实现以几个功能：
a.大电流到小电流，大电压到小电压的转换，涉及到电流传感器和精密电阻的选择；
b.分档电压测量、高电压继电器的选择；
c.输入输出接口的设计，要考虑体积、安装以及过大电压和大电流。
对于电压测试，在本系统中对电压的测试选用不同的分压电阻来设定不同的测量量程的办法。
对于电流测试，被测电流经传感器输出为一小电流信号，小电流信号经取样电阻变换为一电压信号，经放大器缓冲或放大后输出到数据采集卡。
2.1电压测试原理
电压测量的原理是先通过大功率精密电阻分压采样，然后根据采样的大小计算出原电压值。分为了3个档位，0～10V，0～100V，0～1000V，待测电压为0～10V时，直接输入到数据采集卡内，待测电压为0～100V时，则分压电阻比例选为1/10，得到1～10V电压输入到输入采集卡内，待测电压为0～1000V时，则分压电阻比例选为1/100，得到1～10V电压输入到输入采集卡内。每次试验针对不同的电压范围，通过PXI-5010模块控制继电器以切换不同采样通道。每组采样电阻通过多个电阻的串并联组合实现，以降低每个电阻的功耗和发热来降低温漂对测量精度的影响。电压采样连接示意图如下：
在电压的测量中，选用不同的分压电阻来设定不同的测量量程，分压电阻的选择通过外部的数字信号控制对应的继电器。被测电压信号经分压电路变换为一电压信号Vom（V1om、V2om、V3om），经滤波后输入到数据采集卡PXI-6020。
电路中采样值是由分压电阻得到，因此电阻会影响测试精度。所用的电阻均是大功率精密电阻，加精密电位器进行调节，经滤波后输出，最后得到较高的精度。
继电器的控制信号由PXI-5010發出，控制信号经过驱动电路驱动继电器，原理框图如下：
PXI-5010产生的开关控制信号控制继电器产生通断，选择某一路开关的分压电路，得到精确的电压测试结果。
2.2电流测试原理
为工业及测控系统中高达数十安培乃至数百安培的电流构建高精度的基于计算机的虚拟仪器测试系统的通行做法为，首先通过电流传感器将被测电流转换为较小的电流或电压信号，然后由数据采集模块完成A/D变换，获得的数据送入计算机交由后端软件处理。
本系统被测电流有不同的测试量程，但是测试原理是相同的，不同的是具体选用的器件有所区别，如下图所示，本系统电流测试原理框图：
待测电流经过电流传感器转换为小电流，根据欧姆定律U=IR，可以将电流信号转换为电压信号，将电压信号经过运算放大器滤波输入到数据采集卡PXI-6020中，得到电流采样值，经过后续运算得到待测电流值的大小。
3.系统构造：
本套放电测试系统主要由PXI测控系统、待测电池、电子负载、直流电源、信号调理箱、传感器箱、电压衰减箱以及其它配套设备组成。
本系统采用成都欧开科技有限公司的基于PXI的测量与控制系统硬件平台完成相应的功能要求
PXI-2020是PCI至CPCI/PXI或CPCI/PXI至CPCI/PXI的扩展模块，起一个透明的PCI-PCI桥寄存器组的作用。
PXI-4031是8通道的串口模块，用于与电子负载以及程控电源通信，读取相关数值，并实现程控。
PXI-5010是96通道的I/O模块，用于输出开关信号控制开关控制箱继电器工作，从而控制点火回路的启动、停止工作状态。
PXI-7018输出0～10V模拟信号至电子负载，并控制电子负载对输入波形进行跟随输出。
PXI-6020是8通道16位并行采集模块，用于采集经信号调理箱调理输出后的电压信号。
被测电气回路中4台放电回路电子负载（IT8831H）、1台点火回路电子负载（IT8816）、直流稳压稳流电源均采用艾德克斯系列产品，可以并联工作，也能独立工作。
4.系统工作过程： 运行系统专用软件，根据电池型号，编辑实际工作放电曲线与工作模式，将被测电池的点火回路、放电回路与传感器箱、电压衰减箱、调理箱正确连接。
准备就绪后，运行软件开始进行放电测试。
将被测电池串联在点火电源与点火电子负载之间，通过软件控制继电器通断，以打开或关闭点火回路，产生电流以激活被测电池。
当电池激活以后，计算机通过软件的运行对放电负载进行程控，按预先编辑的工作模式、曲线参数拉载，对电池进行消耗放电。
电流传感器串联在放电回路中，传感器将相应电流的值通过转换成电压信号的方式，将所测信号发送到调理机箱中，信号再经调理箱被数据采集模块所捕获。
数据采集板卡同时开始采集本次的试验数据，反应给试验人员的结果就是软件开始记录放电过程中电流、电压的波形变化，即采集到的数值，并能记录电池激活后持续工作的时间等情况。
5.应用软件
如果说硬件子系统是测控系统的基础，那么软件子系统就是测控系统的灵魂。硬件子系统为满足不同的实际需求，可能有很大差别。然而，软件子系统，如果设计一个很好的框架，在改动很少甚至不用改动的情况就能满足不同的需求。
采用标准C/C++语言，并且应用面向对象的程序设计方法，使得软件结构稳定、重用性好，便于维护与扩充，增强了软件的复用性，极大的提高了编程效率。
开发工具选用Microsoft Visual Studio 与NI.Measurement.Studio组件相结合，能够高效快速的构建基于windows操作系统的测控系统。
6.结束语：
放电测试系统所涉及到的技术重点在以下几个方面：
1）采集精度要求高
2）工作模式与放电曲线多变
3）电压、电流测试范围广
通过构建PXI放电测试系统硬件平台，与现代软件工程、面向对象编程等技术有机结合，可以设计出很好的，通用的测控系统来满足高测试精度、大测试范围，快速灵活的响应时间等要求。
PXI总线技术，作为前沿的技术，其應用是广泛的，而且也可以做得很小。
参考文档：
1、徐征；徐赟；朱君；；PXI技术的回顾、现状和展望[J]；电子产品世界；2010年11期
2、吴林平；基于虚拟仪器技术的逻辑分析仪的研究[D]；东南大学；2004年
3、方鹏；赵秀才；；自动测试系统中的仪器可互换技术及其应用[A]；2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集（一）[C]；2007年
4、魏平，赵克，马红光；仪器与自动测试系统总线[J]；国外电子测量技术；2004年03期
使用16位精度的PXI-6020并行数据采集模块，最高数据采集速率可以达到250KSPS，系统可以用于中高速数据采集场合。
关键字：PXI总线 数据采集 放电测试
1.引言：
PXI （PCI eXtensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展） 是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台。PXI结合了PCI的电气总线特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范。PXI规范将台式PC的性能价格比优势与PCI总线面向仪器领域的必要扩展完美地结合起来，形成一种主流的虚拟仪器测试平台。这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。
在测试过程中，需要对放电电流、电压、点火电流等参数，进行自动记录、与回读处理，便于提取出、分析试验数据，对电池的质量进行评判。
2.系统原理：
通过放电测试系统专用的软件，编辑相应的放电时间曲线，使负载模拟实际工作中用电设备的耗电过程，从而判断电池在实际使用过程中的带载能力，电池能否达到设计时所要求的供电能力，即供电电压、供电持续的时间。
本PXI放电测试系统中，待采集、调理的信号有放电回路电压信号、放电回路电流信号、点火回路电流信号。一个V/I调理箱，该调理箱主要实现以几个功能：
a.大电流到小电流，大电压到小电压的转换，涉及到电流传感器和精密电阻的选择；
b.分档电压测量、高电压继电器的选择；
c.输入输出接口的设计，要考虑体积、安装以及过大电压和大电流。
对于电压测试，在本系统中对电压的测试选用不同的分压电阻来设定不同的测量量程的办法。
对于电流测试，被测电流经传感器输出为一小电流信号，小电流信号经取样电阻变换为一电压信号，经放大器缓冲或放大后输出到数据采集卡。
2.1电压测试原理
电压测量的原理是先通过大功率精密电阻分压采样，然后根据采样的大小计算出原电压值。分为了3个档位，0～10V，0～100V，0～1000V，待测电压为0～10V时，直接输入到数据采集卡内，待测电压为0～100V时，则分压电阻比例选为1/10，得到1～10V电压输入到输入采集卡内，待测电压为0～1000V时，则分压电阻比例选为1/100，得到1～10V电压输入到输入采集卡内。每次试验针对不同的电压范围，通过PXI-5010模块控制继电器以切换不同采样通道。每组采样电阻通过多个电阻的串并联组合实现，以降低每个电阻的功耗和发热来降低温漂对测量精度的影响。电压采样连接示意图如下：
在电压的测量中，选用不同的分压电阻来设定不同的测量量程，分压电阻的选择通过外部的数字信号控制对应的继电器。被测电压信号经分压电路变换为一电压信号Vom（V1om、V2om、V3om），经滤波后输入到数据采集卡PXI-6020。
电路中采样值是由分压电阻得到，因此电阻会影响测试精度。所用的电阻均是大功率精密电阻，加精密电位器进行调节，经滤波后输出，最后得到较高的精度。
继电器的控制信号由PXI-5010發出，控制信号经过驱动电路驱动继电器，原理框图如下：
PXI-5010产生的开关控制信号控制继电器产生通断，选择某一路开关的分压电路，得到精确的电压测试结果。
2.2电流测试原理
为工业及测控系统中高达数十安培乃至数百安培的电流构建高精度的基于计算机的虚拟仪器测试系统的通行做法为，首先通过电流传感器将被测电流转换为较小的电流或电压信号，然后由数据采集模块完成A/D变换，获得的数据送入计算机交由后端软件处理。
本系统被测电流有不同的测试量程，但是测试原理是相同的，不同的是具体选用的器件有所区别，如下图所示，本系统电流测试原理框图：
待测电流经过电流传感器转换为小电流，根据欧姆定律U=IR，可以将电流信号转换为电压信号，将电压信号经过运算放大器滤波输入到数据采集卡PXI-6020中，得到电流采样值，经过后续运算得到待测电流值的大小。
3.系统构造：
本套放电测试系统主要由PXI测控系统、待测电池、电子负载、直流电源、信号调理箱、传感器箱、电压衰减箱以及其它配套设备组成。
本系统采用成都欧开科技有限公司的基于PXI的测量与控制系统硬件平台完成相应的功能要求
PXI-2020是PCI至CPCI/PXI或CPCI/PXI至CPCI/PXI的扩展模块，起一个透明的PCI-PCI桥寄存器组的作用。
PXI-4031是8通道的串口模块，用于与电子负载以及程控电源通信，读取相关数值，并实现程控。
PXI-5010是96通道的I/O模块，用于输出开关信号控制开关控制箱继电器工作，从而控制点火回路的启动、停止工作状态。
PXI-7018输出0～10V模拟信号至电子负载，并控制电子负载对输入波形进行跟随输出。
PXI-6020是8通道16位并行采集模块，用于采集经信号调理箱调理输出后的电压信号。
被测电气回路中4台放电回路电子负载（IT8831H）、1台点火回路电子负载（IT8816）、直流稳压稳流电源均采用艾德克斯系列产品，可以并联工作，也能独立工作。
4.系统工作过程： 运行系统专用软件，根据电池型号，编辑实际工作放电曲线与工作模式，将被测电池的点火回路、放电回路与传感器箱、电压衰减箱、调理箱正确连接。
准备就绪后，运行软件开始进行放电测试。
将被测电池串联在点火电源与点火电子负载之间，通过软件控制继电器通断，以打开或关闭点火回路，产生电流以激活被测电池。
当电池激活以后，计算机通过软件的运行对放电负载进行程控，按预先编辑的工作模式、曲线参数拉载，对电池进行消耗放电。
电流传感器串联在放电回路中，传感器将相应电流的值通过转换成电压信号的方式，将所测信号发送到调理机箱中，信号再经调理箱被数据采集模块所捕获。
数据采集板卡同时开始采集本次的试验数据，反应给试验人员的结果就是软件开始记录放电过程中电流、电压的波形变化，即采集到的数值，并能记录电池激活后持续工作的时间等情况。
5.应用软件
如果说硬件子系统是测控系统的基础，那么软件子系统就是测控系统的灵魂。硬件子系统为满足不同的实际需求，可能有很大差别。然而，软件子系统，如果设计一个很好的框架，在改动很少甚至不用改动的情况就能满足不同的需求。
采用标准C/C++语言，并且应用面向对象的程序设计方法，使得软件结构稳定、重用性好，便于维护与扩充，增强了软件的复用性，极大的提高了编程效率。
开发工具选用Microsoft Visual Studio 与NI.Measurement.Studio组件相结合，能够高效快速的构建基于windows操作系统的测控系统。
6.结束语：
放电测试系统所涉及到的技术重点在以下几个方面：
1）采集精度要求高
2）工作模式与放电曲线多变
3）电压、电流测试范围广
通过构建PXI放电测试系统硬件平台，与现代软件工程、面向对象编程等技术有机结合，可以设计出很好的，通用的测控系统来满足高测试精度、大测试范围，快速灵活的响应时间等要求。
PXI总线技术，作为前沿的技术，其應用是广泛的，而且也可以做得很小。
参考文档：
1、徐征；徐赟；朱君；；PXI技术的回顾、现状和展望[J]；电子产品世界；2010年11期
2、吴林平；基于虚拟仪器技术的逻辑分析仪的研究[D]；东南大学；2004年
3、方鹏；赵秀才；；自动测试系统中的仪器可互换技术及其应用[A]；2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集（一）[C]；2007年
4、魏平，赵克，马红光；仪器与自动测试系统总线[J]；国外电子测量技术；2004年03期