一種氫原子鐘監控系統的製作方法
2023-07-26 22:08:31 1
一種氫原子鐘監控系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種氫原子鐘監控系統，包括監控裝置和上位機平臺，該上位機包括故障診斷專家系統模塊，該專家系統模塊包括：人機互動接口，實現用戶或專家與故障診斷專家系統的信息交互；知識獲取器，將用戶或專家提供的信息轉換為相應的故障診斷知識；知識庫，接收並存儲故障診斷知識；資料庫，存儲氫原子鐘的各運行參數的實測值；推理機，根據各運行參數的實測值以及故障診斷知識進行分析推理，以獲取相應的診斷結論和解決方案；解釋機，對推理機獲取的診斷結論和解決方案進行解釋，並將解釋結果傳遞至人機互動接口進行顯示。本發明可及時、智能地診斷出氫原子鐘發生故障的部位和原因並給出相應的解決方案，因而大大提高了氫原子鐘的可靠性。
【專利說明】一種氫原子鐘監控系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及氫原子鐘故障診斷領域，尤其涉及一種氫原子鐘監控系統。
【背景技術】
[0002]氫原子鐘作為一種最穩定的頻率標準，是許多科學實驗室和生產部門廣泛使用一種精密的時鐘。我國自1972年研製成功第一臺實驗室型氫原子鐘，經過近半個世紀的改進工作，氫原子鐘頻率穩定性指標從初期的E-12量級水平已經邁進了 E-16量級的行列。但對氫原子鐘的可靠性而言，目前還有很大的改進空間，主要包括以下幾個方面:
[0003](I)氫原子鐘腔內溫度變化引起的腔頻率變化對鍾頻率的牽引效應是目前直接影響氫原子鐘頻率穩定度的主要因素，而現有的氫原子鐘溫控設計還是沿用老式的模擬電位器控溫模式，即，通過人工計算，手動調節電阻的方式來調整腔泡系統的溫度，顯然這種模式對溫度的控制是很難精確把握的。
[0004](2)現有氫原子鐘的頻率綜合器數值是經過多級電路板間數據處理然後輸出數據的，因而在任何一級出現故障都會造成輸出數據錯誤。
[0005](3)在電路設計方面，目前的氫原子鐘監控裝置的主控晶片仍採用51系列單片機，由於51單片機結構簡單、功能有限，所以在設計中需要連接很多的外圍電路來實現諸多設計功能，因此所設計出的電路臃腫、龐雜，存在很多故障點。就串口通信來說，出於產品對雙串口的需求，採用了 8251的串口擴展模式，從產品的運行狀況來看，串口通信出錯頻度居高不下，從而失去了對產品的遠程監控功能。
[0006](4)就現有上位機平臺監控方面而言，僅能實現對氫原子鐘的運行參數數據進行採樣，並對歷史數據進行繪圖、查詢的功能。出現故障後，並不能快速定位和診斷故障並給出解決方案，也不能對各個參數間的變化關係進行分析統計。
【發明內容】
[0007]針對上述現有技術的不足，本發明提供一種基於故障診斷專家系統的氫原子鐘監控系統，以滿足智能故障診斷的要求，從而提高氫原子鐘的可靠性。
[0008]為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案:
[0009]一種氫原子鐘監控系統，包括一監控裝置和一上位機平臺，其中該上位機平臺包括故障診斷專家系統模塊，該故障診斷專家系統模塊包括:
[0010]人機互動接口，其實現用戶或專家與故障診斷專家系統的信息交互；
[0011]連接至所述人機互動接口的知識獲取器，其將所述用戶或專家提供的信息轉換為相應的故障診斷知識；
[0012]連接至所述知識獲取器的知識庫，其接收並存儲所述故障診斷知識；
[0013]連接至所述監控裝置的資料庫，其存儲所述監控裝置檢測到的所述氫原子鐘的各運行參數的實測值；
[0014]連接至所述知識庫和資料庫的推理機，其根據所述各運行參數的實測值以及所述故障診斷知識進行分析推理，以獲取相應的診斷結論和解決方案，並將所述診斷結論、解決方案以及在推理過程中產生的中間數據存儲至所述資料庫中；以及
[0015]連接在所述人機互動接口與所述推理機之間的解釋機，其對所述推理機獲取的所述診斷結論和解決方案進行解釋，並將解釋結果傳遞至所述人機互動接口進行顯示。
[0016]進一步地，所述知識庫包括事件庫和規則庫，所述事件庫存儲基於所述氫原子鐘的所述各運行參數的故障事件，所述規則庫存儲根據所述故障事件診斷所述氫原子鐘的故障狀態的診斷規則。
[0017]優選地，所述事件庫至少包括以下事件:
[0018]事件B(Pi),表示所述氫原子鐘的第i個運行參數正常傳輸；
[0019]事件O(Pi)，表示所述氫原子鐘的第i個運行參數超出合理範圍；
[0020]事件M(Pi)，表示所述氫原子鐘的第i個運行參數發生突變；以及
[0021]事件R(Pi)，表示所述氫原子鐘的第i個運行參數發生大範圍波動。
[0022]優選地，所述推理機包括:
[0023]參數狀態推理單元，其根據所述各運行參數的實測值所觸發的相應所述事件來判斷所述各運行參數的狀態；
[0024]連接至所述參數狀態推理單元的故障診斷推理單元，其根據所述各運行參數的狀態以及所述診斷規則推理出所述氫原子鐘發生故障的原因和部位；以及
[0025]連接至所述故障診斷推理單元的解決方案推理單元，其根據所述發生故障的原因和部位推理出解決方案。
[0026]進一步地，所述監控裝置包括:
[0027]連接至所述上位機平臺的ARM主處理器；
[0028]分別連接至所述ARM主處理器的FPGA從處理器和頻率綜合器；以及
[0029]分別連接至所述FPGA從處理器的AD採樣模塊和溫度控制模塊。
[0030]進一步地，所述監控裝置還包括連接至所述ARM主處理器的液晶屏、以及分別連接至所述FPGA從處理器的LED顯示模塊、按鍵模塊和存儲器。
[0031]進一步地，根據權利要求5所述的氫原子鐘監控系統，其特徵在於，所述頻率綜合器採用DDS技術實現。
[0032]優選地，所述溫度控制模塊採用數位化溫度控制器實現。
[0033]優選地，所述監控裝置通過串口或網口連接至所述上位機平臺。
[0034]優選地，所述ARM主處理器通過FSMC總線連接至所述FPGA從處理器。
[0035]綜上所述，本發明通過在上位機平臺中集成故障診斷專家系統模塊，從而可以通過遠程手段及時、智能地診斷出氫原子鐘發生故障的部位和原因並給出相應的解決方案，因而大大提高了氫原子鐘的可靠性。此外，本發明通過採用ARM (Advanced RISC Machine,高級精簡指令集機器)、FPGA(Field — Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)替代原本功能單一、外圍複雜的51單片機，從而使監控裝置的電路集成度提高、外圍電路簡化、功能更加強大、性能更加穩定，確保了氫原子鐘監控系統在硬體電路方面的可靠性。同時，由於本發明的頻率綜合器模塊採用DDS技術實現，溫度控制模塊採用數位化溫度控制器實現，因而進一步提高了監控系統的穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖1為本發明的氫原子鐘監控系統的連接框圖；
[0037]圖2為本發明中的故障診斷專家系統模塊的連接框圖；
[0038]圖3為本發明中的推理機的連接框圖；
[0039]圖4為本發明中的推理機的工作原理圖；
[0040]圖5為本發明中的故障診斷專家系統模塊的一個實施例的工作流程圖。
[0041]附圖標記如下:
[0042]1、上位機平臺；11、故障診斷專家系統模塊；111、人機互動接口 ；112、知識獲取器；113、知識庫；114、資料庫；115、推理機；1151、參數狀態推理單元；1152、故障診斷推理單元；1153、解決方案推理單元；116、解釋機；2、監控裝置；21、ARM主處理器；22、FPGA從處理器；23、液晶屏；24、頻率綜合器；25、AD採樣模塊；26、溫度控制模塊；27、LED顯示模塊；28、按鍵模塊；29、存儲器。
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖，給出本發明的較佳實施例，並予以詳細描述。
[0044]本發明的氫原子鐘監控系統如圖1所示，包括一監控裝置2和一上位機平臺1，且該上位機平臺I包括一故障診斷專家系統模塊11。
[0045]圖2示出了故障診斷專家系統模塊11的一個實施例，其包括人機互動接口 111、連接至人機互動接口 111的知識獲取器112、連接至知識獲取器112的知識庫113、連接至監控裝置2的資料庫114、連接至知識庫113和資料庫114的推理機115、以及連接在人機互動接口 111與推理機115之間的解釋機116。其中，
[0046]人機互動接口 111用於實現用戶與故障診斷專家系統的信息交互，其一方面實現對知識庫113的擴充、修改和維護，另一方面為用戶提供菜單選擇和屏幕提示，從而可以方便地進行診斷、諮詢，直觀地了解診斷情況。
[0047]知識獲取器112是人機互動接口 111與知識庫113之間的接口，用於將人機互動接口 111輸出的信息轉換為相應的故障診斷知識後傳輸至知識庫113。
[0048]知識庫113是專家系統的關鍵部件之一，其用於存儲故障診斷知識，並且知識可以通過人機互動接口 111或自學習進行更新。在本實施例中，知識庫113包括事件庫和規則庫，事件庫存儲基於氫原子鐘的運行參數的故障事件，規則庫存儲根據故障事件診斷氫原子鐘的故障的診斷規則。
[0049]資料庫114採用SQL資料庫114進行設計，其主要功能是用於存儲監測模塊檢測到的氫原子鐘的各運行參數的實測值、以及推理機115輸出的診斷結論、解決方案以及在推理過程中產生的中間數據；
[0050]推理機115是專家系統的核心，其根據資料庫114中的各運行參數的實測值和知識庫113中的故障診斷知識進行分析推理，以獲取相應的診斷結論和解決方案，並將診斷結論、解決方案以及推理過程中產生的中間數據存儲至資料庫114中；
[0051]解釋機116用於對推理機115的診斷結論和解決方案進行解釋，並將解釋結果傳遞至人機互動接口 111進行顯示，以供用戶了解推理過程。這樣做可以使用戶更容易接受整個推理過程和所得出的結論，同時也為系統的維護和專家經驗的傳授提供了方便。
[0052]上述故障診斷專家系統模塊11主要執行知識獲取、推理診斷和結果顯示三大流程。其中，知識獲取是指氫原子鐘研發人員和系統維護人員將表徵氫原子鐘運行狀態的先驗知識通過人機互動接口 111抽象並錄入知識庫113，知識庫113也可以通過自學習方式進行知識的擴充；推理診斷是指推理機115根據氫原子鐘的運行參數實測值，採用知識庫113中的故障診斷知識進行推理分析並得出氫原子鐘的運行狀態，當推理出氫原子鐘發生故障時，則進一步分析出故障原因和故障部位並給出解決方案；結果顯示是指對推理的結果進行解釋並通過人機互動接口 111顯示，以供用戶了解推理過程。
[0053]在故障診斷專家系統的一個優選實施例中，知識庫113包含事件庫和規則庫。事件庫存儲基於氫原子鐘的運行參數的故障事件，規則庫存儲根據故障事件診斷氫原子鐘故障狀態的診斷規則。其中，事件庫中至少包括以下事件:事件B(Pi)，表示氫原子鐘的第i個運行參數正常傳輸；事件O(Pi)，表示氫原子鐘的第i個運行參數超出合理範圍；事件M(Pi)，表示氫原子鐘的第i個運行參數發生突變；以及事件R(Pi)，表示氫原子鐘的第i個運行參數發生大範圍波動。而根據氫原子鐘的工作原理和故障原因，可以生成不同的規則存儲於規則庫，從而為診斷推理提供依據。其中，診斷規則可以是由運行參數的實測值直接診斷出故障，也可以是經過推理得到的結果。例如，若氫原子鐘的離子泵電流1NI突然增大，即發生事件M(1NI)，且離子泵電壓1NV突然減小，即發生事件M(1NV)，則可診斷出氫原子鐘發生離子泵打火，該打火現象表示為F，這種方式即是由數據直接產生規則:Μ(Ι0ΝΙ) Λ M(1NV) 一> F ;若氫原子鐘的打火次數大幅度增加，即發生事件M(F)，則診斷為氫原子鐘的離子泵抽氣單元(C(TI))需要更換，這種方式即是由推理產生規則:M(MdONI) AM(1NV)) 一> C(TI)。通過這兩種方式即可建立較為全面的知識庫113，也可以在使用過程中讓知識庫113不斷充實。
[0054]另外，本發明中的故障診斷專家系統模塊11還可以實現如下現象的診斷:1、如果監控裝置2檢測到的離子泵電流1NI突然變大長時間不回復，離子泵電壓1NV突然變小，則診斷為微漏氣現象；2、通過檢測綜合器參數信息及氫原子鐘頻率穩定度的採樣數據，來判斷數據信息是否丟失，當數據信息丟失即彈出對話框，提示監測人員如何重新置入頻率綜合器24的數值；3、專家系統可以通過檢測一段時間參數的變化來檢測串口通信是否正常，並給出相關的可行性維護方案。
[0055]本發明的氫原子鐘優選採用圖3的所示的形式，其包括:參數狀態推理單元1151，其根據資料庫114中存儲的各運行參數的實測值所觸發的事件庫中的相應事件來判斷各運行參數的狀態；故障診斷推理單元1152，其根據各運行參數的狀態並結合診斷規則推理出氫原子鐘的運行狀態，若發生故障，則進一步推理出發生故障的原因和部位；以及解決方案推理單元1153，其根據發生故障的原因和部位推理出解決方案。該推理機115的工作原理如圖4所示，首先，根據資料庫114中存儲的各運行參數的實測值所觸發的事件庫中的相應事件來判斷各運行參數的狀態；然後，根據各運行參數的狀態並結合診斷規則推理出氫原子鐘是否發生故障，若發生故障，則進一步推理出發生故障的原因和部位；最後，根據發生故障的原因和部位推理出解決方案。可見，本發明採用前推啟發式推理機便於快速定位和診斷故障，診斷邏輯清晰，便於維護人員解決問題。
[0056]圖5示出了故障診斷專家系統模塊11的一個實施例的工作流程圖。從氫原子鐘上電開始，開啟上位機與監控裝置2之間的串口通信功能，開始對氫原子鐘的運行參數進行採集並在上位機上顯示，然後開始對採集到的各運行參數以及頻率綜合器24數值、時間信息進行正常工作與否的診斷，具體診斷步驟如圖5所示:首先，檢測時間信息是否更新，如果更新說明串口通信正常執行後續步驟，否則，給出診斷結論:串口硬體連接或軟體接口的配置有誤，同時提供解決方案:檢查串口硬體連接和軟體配置。然後，檢測頻率綜合器24的數值是否在OOOOOO?999999Hz範圍內(一般正常工作時數值在510000?519999)，如果在該範圍內則跳轉到下一步，否則給出診斷結構:頻率綜合器24故障，同時提供解決方案:通過上位機平臺I向監控裝置2發送頻率綜合器修改指令，以將其頻率值改為正常工作時數值或出廠原值。步驟S3，針對控制裝置採樣的各運行參數實測值的超限情況做出詳盡的分析判斷並給出可行性結論，圖中示例性的給出了以下三種故障情況:
[0057]第一種，當IFL(接收機中頻信號)變弱觸發事件M(IFL)時，首先判斷氫原子鐘內的光感傳感器電壓數值PSV (依據電離泡亮度轉化來的電壓值)是否在正常數值範圍內，即判斷電離泡是否變暗，若電離泡變暗(即觸發事件O(PSV))，則給出診斷結論:氫分子在射頻電場作用下電離出的氫原子變少，導致信號變弱，同時給出解決方案:調節相應可變電容的容值來調亮電離泡，以使IFL達到正常工作數值；如果電離泡未變暗，則判斷氫氣壓力傳感器的數值HPS (通過氫瓶氫氣多少來顯示的數值)是否在正常數值範圍內，即判斷氫氣是否用完，如果氫瓶沒氣了(即觸發事件O(HPS))，那麼給出診斷結論:氫氣用完，同時給出解決方案:更換氫瓶，如果氫氣未用完，則給出診斷結論:氫氣量不足，同時給出解決方案:增加氫氣流量。
[0058]第二種，在正常工作過程中，當離子泵電流1NI (參數數值變大(即觸發事件M(1NI))且離子泵電壓1NV變小(即觸發事件M(1NV))時，則進一步判斷1NI參數數值是否長時間不回復到正常數值，如果是，給出診斷結論:存在漏氣現象，同時給出解決方案:檢查與內部真空接口處，恢復真空系統；如果1NI參數數值短時間內即可恢復為正常數值，則給出結診斷論:發生真空鈦離子泵高壓打火現象，同時給出解決方案:更換鈦泵抽氣單元。其中，打火現象初期只是會引起工作流量以及離子泵高壓的變化，但是打火現象頻繁發生後會導致氫原子鐘鎖相系統瞬間失鎖，使氫原子鐘的輸出頻率發生變化，很可能沒有信號產生。
[0059]第三種，D10(自動調諧系統變容二極體端電壓)參數超出正常工作範圍(即觸發事件O(D1))時，那麼可以根據所檢測到數值的大小進行相應的修改。例如:如果D1數值為0，給出診斷結論:電壓數值太小了，同時給出解決方案:調小恆溫的BCD區電位器的電阻阻值以增大D1電壓值；如果D1數值為9，給出診斷結論:電壓數值太大了，同時給出解決方案:調大恆溫的BCD區電位器的電阻阻值以減小D1電壓值。
[0060]上述三種方案僅表示本發明的故障診斷專家系統模塊11的診斷示例，應該理解，本發明的專家系統還可以診斷其它多種故障案例。
[0061]再次參閱圖1可知，本發明的監控裝置2包括:通過串口或網口連接至上位機平臺I的ARM主處理器21、分別連接至ARM主處理器21的FPGA從處理器22、頻率綜合器24和液晶屏23模塊、以及分別連接至FPGA從處理器22的AD採樣模塊25、溫度控制模塊26、LED顯示模塊27和按鍵模塊28。其中，ARM主處理器21主要負責協議層處理工作，包括通信信息、人機互動設定、系統工作參數監測、報警數據設定和監測以及系統數據分析處理等多方面的工作，整體採用搶佔式進行多任務分配，提高CPU利用率以及系統魯棒性；FPGA從處理器22主要負責所有外圍硬體設備的底層驅動的書寫，FPGA與ARM的關係就相當於將FPGA當作ARM的一個外部擴展RAM來進行讀寫操作，所有FPGA採集、輸出的數據，均可通過ARM的可變靜態存儲控制器(Flexible Static Memory Controller, FSMC)總線讀寫;LED顯示模塊27用於顯示氫原子鐘的天時分秒等時間信息；液晶屏23模塊用於顯示氫原子鐘工作中重要運行參數的數據信息；頻率綜合器24用於輸出氫原子鐘頻率綜合器24數據信息；AD採樣模塊25用採集氫原子鐘物理部分的模擬量(例如前述的光感傳感器電壓、接收機中頻信號、氫氣壓力傳感器的數值、離子泵電流、離子泵電壓等)並進行模數轉換處理；溫度控制模塊26用於對氫原子鐘內爐溫度進行採集並採用數位化模式進行溫度控制設計；按鍵模塊28用於實現不同參數信息的輸入。
[0062]下面對本發明在監控裝置2的硬體方面的改進點進行詳細描述，主要包括如下改進:
[0063]1、關於主控制器的改進
[0064]通過採用ARM、FPGA結合的方式替代原本功能單一、外圍複雜的51單片機，從而使監控裝置2的電路集成度提高，外圍電路簡化，功能更加強大，性能更加穩定，從而確保了氫原子鐘監控系統在硬體電路方面的可靠性。
[0065]2、關於串口通信接口的改進
[0066]現有氫原子鐘監控系統的上位機平臺和監控裝置之間的串口通信設計為了滿足兩路串口通信的技術指標，採用的是AT89C52結合通用同步異步接收發送器8251A實現雙串口的擴展，從產品的運行狀況來看，串口通信出錯頻度居高不下。而本發明採用ADM3251E來解決多路串口的通信功能，ADM3251E是一款高速、2.5kV完全隔離、單通道RS-232/V.28收發器，採用5V單電源供電。由於其RIN和TOUT引腳提供高壓ESD保護，因此該器件非常適合在惡劣的電氣環境中或頻繁插拔RS-232電纜的場合工作。ADM3251E集成了具有isoPower隔離電源的雙通道數字隔離器，因而無需使用單獨的隔離DC-DC轉換器。ADI公司的晶片級變壓器iCoupler技術，能夠同時用於隔離邏輯信號和集成式DC-DC轉換器，因此該器件可提供整體隔離解決方案，使得串口通信不容易出錯。
[0067]3、關於AD採樣模塊的改進
[0068]現有氫原子鐘監控裝置中的AD採樣模塊採用兩片ADC0816晶片構成，ADC0816是逐次比較式16路8位A/D轉換器，其內部包含有一個8位A/D轉換器和16路的單端模擬信號多路轉換開關，轉換精度為1/2LSB，轉換時間為10us (時鐘頻率為640KHz)。
[0069]本發明的AD採樣模塊25採用AD7490實現，它是一款12位高速、低功耗逐次逼近型ADC。同時AD7490採用單電源工作，電源電壓為2.7V至5.25V，最高吞吐量可達1MSPS，其內置一個低噪聲、寬帶寬採樣/保持放大器，可處理IMHz以上的輸入頻率。轉換過程和數據採集過程通過CS和串行時鐘進行控制，從而為器件與微處理器接口創造了條件。輸入信號在CS的下降沿進行採樣，而轉換同時在此處啟動。該器件無流水線延遲。
[0070]4、關於溫度控制模塊的改進
[0071]溫度對於氫原子鐘來說是個很重要的因素，溫度控制不好會引起氫原子鐘穩定度變差；溫度失控會直接導致氫原子鐘無中頻信號輸出。因此在溫度控制模塊的設計中首先要保證可靠、穩定。現有的氫原子鐘溫度控制模塊採用模擬控制方式，多塊電路板各溫度區域獨立控制，其缺點在於當變容二極體參數數值不在正常工作範圍內之後，需要人為調整電路板的電位器，即通過改變電阻的模式來達到調整溫度的目的。
[0072]本發明的溫度控制模塊26採用數位化溫度控制器實現，在數位化溫度控制器設計中採用了 AD7792晶片，AD7792具有兩個高精度的可編程恆流激勵源，內置有可編程的儀表放大器，可以對不同的輸入信號選擇相對應的放大倍數，實現信號的匹配。它內置16位ADC，採用SPI串行接口與FPGA連接，容易實現光耦隔離，簡化了電路。此晶片具有低電源、低噪聲的特點，有三路差分模擬輸入，可以滿足設計中分別對內爐頂、上、底三部分溫度進行採集的設計要求。
[0073]AD7792為適應高精度測量應用的低功耗、低噪聲、完整模擬前端，內置一個低噪聲、帶有三個差分模擬輸入的16位Σ-Λ型ADC。它還集成了片內低噪聲儀表放大器，因而可直接輸入小信號。內置一個精密低噪聲、低漂移內部帶隙基準電壓源，而且也可採用一個外部差分基準電壓。
[0074]5、關於頻率綜合器的改進
[0075]現有氫原子鐘的頻率綜合器數值是經過多級電路板間數據處理然後輸出數據的，因而在任何一級出現故障都會造成輸出數據錯誤。
[0076]本發明中的頻率綜合器24 可選取 AD9956 等 DDS (Direct Digital Synthesizer,直接數字式頻率合成器)技術實現，使用DDS技術直接從監控板輸出所需的頻率信號，AD9956是由美國Analog Device公司推出的高性能的DDS晶片，提供速度高達400MHz的內部時鐘，可合成頻率高達160MHz，支持2.7GHz的時鐘輸入(可選2，4或8分頻)、內部集成14位的D/A轉換器，具備快速頻率轉換、精細頻率解析度和低相位噪聲輸出的性能，適用於快速跳頻頻率合成器的設計，本設計DDS輸出頻率信號可以根據鍵盤鍵入的頻率值不同而輸出不同的頻率值。
[0077]6、關於存儲器的設計改進
[0078]氫原子鐘監控裝置必需具有對時間以及對所監測數據實時保存的功能。然而外部存儲器的選擇也是多種多樣的，目前應用最多的仍是SRAM、EEPROM及NVRAM這三種方案。
[0079]現有監控裝置中的存儲器主要採用的是SRAM加後備電池的模式，型號62256，它是組織結構為32K*8位字長的高性能CMOS靜態RAM。在設備掉電的情況下，存儲數據易丟失；同時SRAM加後備電池的方法增加了硬體設計的複雜性，降低了系統的可靠性。另外，EEPROM方式可擦寫次數較少(約10萬次)，且寫操作時間較長(約1ms);而NVRAM的價格問題又限制了它的普遍應用。因此越來越多的設計者將目光投向了新型的非易失性鐵電存儲器(FRAM)。鐵電存儲器具有以下幾個優點:可以總線速度寫入數據，而且在寫入後不需要任何延時等待；有近乎無限次擦寫壽命；數據保持45年不丟失；具有較低的功耗。
[0080]本發明存儲器29採用的FM25L16是串行FRAM。其內部存儲結構形式為2kX 8位，地址範圍為0000H?07FFH，FM25L16支持SPI方式O和方式3。具有先進的防寫設計，包括硬體保護和軟體保護雙重保護功能。FM25L16的數據讀寫速度能達到18MHz，可與當前高速的RAM相媲美。
[0081]以上所述的，僅為本發明的較佳實施例，並非用以限定本發明的範圍，本發明的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據本發明申請的權利要求書及說明書內容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發明專利的權利要求保護範圍。
【權利要求】
1.一種氫原子鐘監控系統，包括一監控裝置和一上位機平臺，其特徵在於，該上位機平臺包括故障診斷專家系統模塊，該故障診斷專家系統模塊包括: 人機互動接口，其實現用戶或專家與故障診斷專家系統的信息交互； 連接至所述人機互動接口的知識獲取器，其將所述用戶或專家提供的信息轉換為相應的故障診斷知識； 連接至所述知識獲取器的知識庫，其接收並存儲所述故障診斷知識； 連接至所述監控裝置的資料庫，其存儲所述監控裝置檢測到的所述氫原子鐘的各運行參數的實測值； 連接至所述知識庫和資料庫的推理機，其根據所述各運行參數的實測值以及所述故障診斷知識進行分析推理，以獲取相應的診斷結論和解決方案，並將所述診斷結論、解決方案以及在推理過程中產生的中間數據存儲至所述資料庫中；以及 連接在所述人機互動接口與所述推理機之間的解釋機，其對所述推理機獲取的所述診斷結論和解決方案進行解釋，並將解釋結果傳遞至所述人機互動接口進行顯示。
2.根據權利要求1所述的氫原子鐘監控系統，其特徵在於，所述知識庫包括事件庫和規則庫，所述事件庫存儲基於所述氫原子鐘的所述各運行參數的故障事件，所述規則庫存儲根據所述故障事件診斷所述氫原子鐘的故障狀態的診斷規則。
3.根據權利要求2所述的氫原子鐘監控系統，其特徵在於，所述事件庫至少包括以下事件: 事件B(Pi)，表示所述氫原子鐘的第i個運行參數正常傳輸； 事件O(Pi)，表示所述氫原子鐘的第i個運行參數超出合理範圍； 事件M(Pi)，表示所述氫原子鐘的第i個運行參數發生突變；以及 事件R(Pi)，表示所述氫原子鐘的第i個運行參數發生大範圍波動。
4.根據權利要求2所述的氫原子鐘監控系統，其特徵在於，所述推理機包括: 參數狀態推理單元，其根據所述各運行參數的實測值所觸發的相應所述事件來判斷所述各運行參數的狀態； 連接至所述參數狀態推理單元的故障診斷推理單元，其根據所述各運行參數的狀態以及所述診斷規則推理出所述氫原子鐘發生故障的原因和部位；以及 連接至所述故障診斷推理單元的解決方案推理單元，其根據所述發生故障的原因和部位推理出解決方案。
5.根據權利要求1所述的氫原子鐘監控系統，其特徵在於，所述監控裝置包括: 連接至所述上位機平臺的ARM主處理器； 分別連接至所述ARM主處理器的FPGA從處理器和頻率綜合器；以及 分別連接至所述FPGA從處理器的AD採樣模塊和溫度控制模塊。
6.根據權利要求5所述的氫原子鐘監控系統，其特徵在於，所述監控裝置還包括連接至所述ARM主處理器的液晶屏、以及分別連接至所述FPGA從處理器的LED顯示模塊、按鍵模塊和存儲器。
7.根據權利要求5所述的氫原子鐘監控系統，其特徵在於，所述頻率綜合器採用DDS技術實現。
8.根據權利要求5所述的氫原子鐘監控系統，其特徵在於，所述溫度控制模塊採用數位化溫度控制器實現。
9.根據權利要求1所述的氫原子鐘監控系統，其特徵在於，所述監控裝置通過串口或網口連接至所述上位機平臺。
10.根據權利要求5所述的氫原子鐘監控系統，其特徵在於，所述ARM主處理器通過FSMC總線連接至所述FPGA從處理器。
【文檔編號】G05B23/02GK104407605SQ201410720293
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月2日 優先權日:2014年12月2日
【發明者】李錫瑞 申請人:中國科學院上海天文臺