基於fpga的機載傳感器數據採集系統的製作方法
2023-04-30 15:29:26 2
專利名稱：基於fpga的機載傳感器數據採集系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及數據採集系統，特別涉及基於FPGA的機載傳感器數據採集系統，主要應用於機載傳感器數據採集及數據共享。
背景技術：
現行的機載傳感器採集設備往往是一臺或多臺計算機連接各種類型的傳感器負責各路參數的分時採集，這對數據的可靠性、速度和性能方面都有一定影響，並不可避免的使機載電子設備體積變得十分龐大，成本也相對過高。採用ARNIC429數據總線，能夠為機載電子設備的數據通信提供可靠的保證，因而研製採用ARNIC429數據總線進行數據通信的機載傳感器數據採集系統對於減少機載電子設備體積，降低設備成本以及提高機載電子設備通信質量都具有重要的意義。目前國外對於此類數據採集系統有一定的研究，如美國CBL系統公司以L0NW0RKS技術為核心，研製開發了分布式機載數據採集裝置，該裝置支持 L0NW0RKS和SAE - AS-5370開放式協議標準，提供32路數據通道採集。此外還有美國DDC公司生產的DD-429XRP5-300型ARNIC429總線通信板和Dynamic Engineering公司生產的IP429系列ARINC429總線接口板等。但國外的研究方只提供產品而不提供技術，實行技術壟斷，這就迫使我國需要開發擁有自己智慧財產權的ARNIC429總線機載數據採集系統。國內方面，早期開發的機載數據採集系統受技術條件限制，不能保證系統的可靠性，且硬體電路比較複雜。現有的數據採集系統各具獨自特點，但現在的系統大多操作複雜，且多為某種機載總線的專用通信設備，通用性不高，兼容性差，在設計上不夠標準化，與國外先進技術還存在較大差距。
發明內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種實時、可靠的機載傳感器數據採集系統，並採用ARINC429數據總線實現機載傳感器檢測數據的共享。本實用新型為解決上述技術問題所採用的技術方案是一種基於FPGA的機載傳感器數據採集系統，其特徵在於，包括多路模擬開關，用於選擇多路現場傳感器信號中的一路進行採集；信號調理電路，用於濾除噪聲信號；放大電路，用於將微弱的傳感器檢測信號進行放大；電源電路，為各電路模塊提供合適的工作電源；信號處理晶片採用現場可編程邏輯門電路(FPGA)，所述的FPGA包括Block RAM高速緩存模塊、DCM時鐘管理單元、UART收發電路及ARINC429接口電路。其特徵在於，A/D轉換器將傳感器輸出的模擬電壓信號轉換成數字電壓信號送到FPGA進行處理，現場可編程門陣列產生兩路輸出，一路通過RS-422驅動電路接到上位機，實現同上位機的異步串行通信；另外一路通過總線接口晶片HS-3282接到ARINC429總線，實現同其他機載電子設備之間進行通信。本實用新型的有益效果本系統以FPGA技術為基礎，以ARINC429總線技術為核心，能夠實現機體運行過程中的速度、加速度、俯仰角、發動機溫度、風標信號等一些基本數據的採集和傳輸。數據採集和傳輸實時性好、可靠性高。該系統可以同時採集32路機載傳感器信號。該系統採用FPGA和高性能的通信協議晶片組HS3282/3182相結合來設計ARINC429通信接口，使得該部分硬體電路既簡單有效，又能嚴格保證數據通信的可靠性。同時系統與上位機的通信採用循環冗餘校驗，並在FPGA中實現，使系統具有智能糾錯功能。
圖I為本實用新型總體結構示意圖；圖2為本實用新型實施例I中數據採集算法流程圖。
具體實施方式
實施例I :如圖I所示，一種基於FPGA的機載傳感器數據採集系統，其特徵在於，包括多路模擬開關，用於選擇多路現場傳感器信號中的一路進行採集；信號調理電路，用於濾除噪聲信號；放大電路，用於將微弱的傳感器檢測信號進行放大；電源電路，為各電路模塊提供合適的工作電源；信號處理晶片採用現場可編程邏輯門電路(FPGA)，所述的FPGA包 括Block RAM高速緩存模塊、DCM時鐘管理單元、UART收發電路及ARINC429接口電路。本系統中通過多路選擇器選定多路傳感器信號中的一路進行採集，然後將採集到的模擬信號送入信號調理電路，濾除噪聲信號，之後進入放大電路，將比較微弱的傳感器檢測信號進行放大，接著送入A/D器件依次進行轉換，轉換完後的結果儲存到FPGA內部由Block RAM構建的高速緩存雙口 RAM中，從而完成了數據採集，並等待通信模塊的讀取，傳感器數據採集流程如圖2所示。通信接口部分一方面由UART收發電路通過RS-422驅動電路實現與上位機的RS-422異步串行通信，另一方面通過正確判斷上位機的命令信息，將雙口 RAM中存儲的傳感器信息通過ARINC429接口電路，並經高性能的通信協議晶片組(總線接口晶片)HS3282轉換成特定的格式後發送至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內部資源，用Verilog HDL硬體描述語言設計實現。時鐘信號處理部分主要完成所有模塊工作所需的時鐘信號的產生，用以支持各部分工作。
權利要求1.一種基於FPGA的機載傳感器數據採集系統，包括多路模擬開關，用於選擇多路現場傳感器信號中的一路進行採集；信號調理電路，用於濾除噪聲信號；放大電路，用於將微弱的傳感器檢測信號進行放大；電源電路，為各電路模塊提供合適的工作電源；其特徵在於，A/D轉換器將傳感器輸出的模擬電壓信號轉換成數字電壓信號送到現場可編程邏輯門陣列(FPGA)進行處理，現場可編程門陣列產生兩路輸出，一路通過RS-422驅動電路接到上位機，實現同上位機的異步串行通信；另外一路通過總線接口晶片HS-3282接到ARINC429總線，實現同其他機載電子設備之間進行通信。
2.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述系統採用FPGA為主控制器。
專利摘要本實用新型公開了一種基於現場可編程邏輯門陣列(FPGA)的機載傳感器數據採集系統，其特徵在於，包括多路模擬開關，用於選擇多路現場傳感器信號中的一路進行採集；信號調理電路，用於濾除噪聲信號；放大電路，用於將微弱的傳感器檢測信號進行放大；A/D轉換器，將傳感器輸出的模擬電壓信號轉換成數字電壓信號送到FPGA，FPGA產生兩路輸出，一路通過RS-422驅動電路接到上位機，實現同上位機的異步串行通信；另外一路通過總線接口晶片HS-3282接到ARINC429總線，實現同其他機載電子設備之間進行通信。該系統實現了機載傳感器數據的高速採集和傳輸，實現了ARINC429和RS-422兩種通信接口，並且採用相應的差錯控制使系統具有智能糾錯功能。
文檔編號G01D21/02GK202547697SQ20122020252
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月8日 優先權日2012年5月8日
發明者葉自清 申請人:中南林業科技大學