專利名稱：基于fpga的機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，特別涉及基于FPGA的機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要應(yīng)用于機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)共享。
背景技術(shù)：
現(xiàn)行的機(jī)載傳感器采集設(shè)備往往是一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接各種類型的傳感器負(fù)責(zé)各路參數(shù)的分時(shí)采集，這對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性、速度和性能方面都有一定影響，并不可避免的使機(jī)載電子設(shè)備體積變得十分龐大，成本也相對(duì)過(guò)高。采用ARNIC429數(shù)據(jù)總線，能夠?yàn)闄C(jī)載電子設(shè)備的數(shù)據(jù)通信提供可靠的保證，因而研制采用ARNIC429數(shù)據(jù)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)于減少機(jī)載電子設(shè)備體積，降低設(shè)備成本以及提高機(jī)載電子設(shè)備通信質(zhì)量都具有重要的意義。目前國(guó)外對(duì)于此類數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有一定的研究，如美國(guó)CBL系統(tǒng)公司以L0NW0RKS技術(shù)為核心，研制開(kāi)發(fā)了分布式機(jī)載數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置支持 L0NW0RKS和SAE - AS-5370開(kāi)放式協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，提供32路數(shù)據(jù)通道采集。此外還有美國(guó)DDC公司生產(chǎn)的DD-429XRP5-300型ARNIC429總線通信板和Dynamic Engineering公司生產(chǎn)的IP429系列ARINC429總線接口板等。但國(guó)外的研究方只提供產(chǎn)品而不提供技術(shù)，實(shí)行技術(shù)壟斷，這就迫使我國(guó)需要開(kāi)發(fā)擁有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ARNIC429總線機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)方面，早期開(kāi)發(fā)的機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)受技術(shù)條件限制，不能保證系統(tǒng)的可靠性，且硬件電路比較復(fù)雜。現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各具獨(dú)自特點(diǎn)，但現(xiàn)在的系統(tǒng)大多操作復(fù)雜，且多為某種機(jī)載總線的專用通信設(shè)備，通用性不高，兼容性差，在設(shè)計(jì)上不夠標(biāo)準(zhǔn)化，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)還存在較大差距。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種實(shí)時(shí)、可靠的機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并采用ARINC429數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)機(jī)載傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)的共享。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種基于FPGA的機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，包括多路模擬開(kāi)關(guān)，用于選擇多路現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)中的一路進(jìn)行采集；信號(hào)調(diào)理電路，用于濾除噪聲信號(hào)；放大電路，用于將微弱的傳感器檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大；電源電路，為各電路模塊提供合適的工作電源；信號(hào)處理芯片采用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門電路(FPGA)，所述的FPGA包括Block RAM高速緩存模塊、DCM時(shí)鐘管理單元、UART收發(fā)電路及ARINC429接口電路。其特征在于，A/D轉(zhuǎn)換器將傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)送到FPGA進(jìn)行處理，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列產(chǎn)生兩路輸出，一路通過(guò)RS-422驅(qū)動(dòng)電路接到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)同上位機(jī)的異步串行通信；另外一路通過(guò)總線接口芯片HS-3282接到ARINC429總線，實(shí)現(xiàn)同其他機(jī)載電子設(shè)備之間進(jìn)行通信。本實(shí)用新型的有益效果本系統(tǒng)以FPGA技術(shù)為基礎(chǔ)，以ARINC429總線技術(shù)為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)體運(yùn)行過(guò)程中的速度、加速度、俯仰角、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、風(fēng)標(biāo)信號(hào)等一些基本數(shù)據(jù)的采集和傳輸。數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性好、可靠性高。該系統(tǒng)可以同時(shí)采集32路機(jī)載傳感器信號(hào)。該系統(tǒng)采用FPGA和高性能的通信協(xié)議芯片組HS3282/3182相結(jié)合來(lái)設(shè)計(jì)ARINC429通信接口，使得該部分硬件電路既簡(jiǎn)單有效，又能嚴(yán)格保證數(shù)據(jù)通信的可靠性。同時(shí)系統(tǒng)與上位機(jī)的通信采用循環(huán)冗余校驗(yàn)，并在FPGA中實(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)具有智能糾錯(cuò)功能。

圖I為本實(shí)用新型總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例I中數(shù)據(jù)采集算法流程圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I :如圖I所示，一種基于FPGA的機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，包括多路模擬開(kāi)關(guān)，用于選擇多路現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)中的一路進(jìn)行采集；信號(hào)調(diào)理電路，用于濾除噪聲信號(hào)；放大電路，用于將微弱的傳感器檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大；電源電路，為各電路模塊提供合適的工作電源；信號(hào)處理芯片采用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門電路(FPGA)，所述的FPGA包 括Block RAM高速緩存模塊、DCM時(shí)鐘管理單元、UART收發(fā)電路及ARINC429接口電路。本系統(tǒng)中通過(guò)多路選擇器選定多路傳感器信號(hào)中的一路進(jìn)行采集，然后將采集到的模擬信號(hào)送入信號(hào)調(diào)理電路，濾除噪聲信號(hào)，之后進(jìn)入放大電路，將比較微弱的傳感器檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大，接著送入A/D器件依次進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完后的結(jié)果儲(chǔ)存到FPGA內(nèi)部由Block RAM構(gòu)建的高速緩存雙口 RAM中，從而完成了數(shù)據(jù)采集，并等待通信模塊的讀取，傳感器數(shù)據(jù)采集流程如圖2所示。通信接口部分一方面由UART收發(fā)電路通過(guò)RS-422驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的RS-422異步串行通信，另一方面通過(guò)正確判斷上位機(jī)的命令信息，將雙口 RAM中存儲(chǔ)的傳感器信息通過(guò)ARINC429接口電路，并經(jīng)高性能的通信協(xié)議芯片組(總線接口芯片)HS3282轉(zhuǎn)換成特定的格式后發(fā)送至ARINC429總線上，從而完成ARINC429通信。RS-422和ARINC429的接口電路都是利用FPGA內(nèi)部資源，用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。時(shí)鐘信號(hào)處理部分主要完成所有模塊工作所需的時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生，用以支持各部分工作。
權(quán)利要求1.一種基于FPGA的機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括多路模擬開(kāi)關(guān)，用于選擇多路現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)中的一路進(jìn)行采集；信號(hào)調(diào)理電路，用于濾除噪聲信號(hào)；放大電路，用于將微弱的傳感器檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大；電源電路，為各電路模塊提供合適的工作電源；其特征在于，A/D轉(zhuǎn)換器將傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)送到現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(FPGA)進(jìn)行處理，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列產(chǎn)生兩路輸出，一路通過(guò)RS-422驅(qū)動(dòng)電路接到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)同上位機(jī)的異步串行通信；另外一路通過(guò)總線接口芯片HS-3282接到ARINC429總線，實(shí)現(xiàn)同其他機(jī)載電子設(shè)備之間進(jìn)行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)采用FPGA為主控制器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(FPGA)的機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，包括多路模擬開(kāi)關(guān)，用于選擇多路現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)中的一路進(jìn)行采集；信號(hào)調(diào)理電路，用于濾除噪聲信號(hào)；放大電路，用于將微弱的傳感器檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大；A/D轉(zhuǎn)換器，將傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)送到FPGA，F(xiàn)PGA產(chǎn)生兩路輸出，一路通過(guò)RS-422驅(qū)動(dòng)電路接到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)同上位機(jī)的異步串行通信；另外一路通過(guò)總線接口芯片HS-3282接到ARINC429總線，實(shí)現(xiàn)同其他機(jī)載電子設(shè)備之間進(jìn)行通信。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)載傳感器數(shù)據(jù)的高速采集和傳輸，實(shí)現(xiàn)了ARINC429和RS-422兩種通信接口，并且采用相應(yīng)的差錯(cuò)控制使系統(tǒng)具有智能糾錯(cuò)功能。
文檔編號(hào)G01D21/02GK202547697SQ20122020252
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者葉自清 申請(qǐng)人:中南林業(yè)科技大學(xué)