CN104369868A - 一种自动检测破冰装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动检测破冰装置，包括FPGA、继电器控制电路、报警电路、电源电路、信号调理电路、AD采样电路、显示器、显示控制电路、键盘接口电路、状态灯指示电路、加热装置；其中FPGA分别与继电器控制电路、报警电路、电源电路、AD采样电路、显示器、显示控制电路、键盘接口电路、状态灯指示电路加热装置相连；所述AD采样电路还与信号调理电路相连；本发明根据需要循环监测各部位的温度状况，以便能够及早测出机身可能出现的结冰低温并向系统发出报警信号使飞机及时飞离结冰区域或开启除冰设计，从而达到保障飞行安全的目的。

Description

一种自动检测破冰装置

技术领域

本发明公开了一种自动检测破冰装置，属于信号处理技术领域。

背景技术

21世纪前十年世界各国都在大力发展各种用途的无人飞行器，目前，世界上32个国家已研制出了50多种无人机，有55个国家装备了无人机。无人机成为本世纪武器装备发展中的最大亮点。据报道，1993-2005年间，北约国家无人战斗兵器总数增加了1.7倍，2006年前，这一数量将达到11万架。美国、北约其他国家、以色列、南非都非常重视无人侦察机和多用途无人机的研制和生产。     

无人机可装配制导系统、机载雷达系统、传感器、摄像机等设备，用途广泛。2006年前，北约驻欧洲联合部队将大量装备各型无人机，仅中欧战区无人机数量就可达到6万架，其中约60%将是小型无人机。     

美国和北约正在前景计划框架内研制多用途无人机，根据机载设备装配情况的不同，分别执行空中侦察、无线电电子战、打击敌军纵深配置重要目标等任务。在新型无人机的研制中，特别重视造价相对廉价的小型多用途无人机的研制，如美国的“阿奎拉"、意大利的“奎宿九星”等，这些无人机能在执行侦察任务的同时，完成攻击任务，自动攻击被发现的目标。     在北约联合部队装备用于压制敌方防空系统的前景无人机后，可解放20%的有人驾驶飞机，能在中欧战区空中战役实施过程中遂行压制和火力摧毁地面目标的任务。

目前无人飞行器主要飞行于大气对流层和平流层低层区间。该区间大气温度变化复杂，大气环境的温度过低或过高都将直接影响无人飞行器控制系统的正常工作。由于无人飞行器机身需要检测温度的部位较多，监测目标比较分散，使用单一结构的温度传感器或结冰探测仪表难以实时、全面地掌握整个机身表而温度状况，无人飞行器高空飞行时机翼前缘等关键部位出现的结冰问题，影响其使用。

专利号为CN1547041A，专利名称为一种双增益多道脉冲幅度分析的方法，该专利针对现有技术中的信号精度和信号干扰进行了改进，但是该专利改进的效果并不是非常的大，且系统的稳定性并没有得到很大改善，仍存在一定的问题。

专利号为CN203705369U，专利名称为液体安检仪多道脉冲幅度分析器，该专利指出了现有技术的现有技术为了追求道数而增加了硬件电路的复杂度，从而导致一味的追求性能而导致并不实用的问题，该专利对该问题进行了相应的改善，但是该分析器的稳定性没有改进，其硬件结构决定了该专利的处理速度和效率不够高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种自动检测破冰装置，因此，本设计结合已有的民用多路测温技术，该系统可在无人飞行器飞行过程中，根据需要循环监测各部位的温度状况，以便能够及早测出机身可能出现的结冰低温并向系统发出报警信号使飞机及时飞离结冰区域或开启除冰设计，从而达到保障飞行安全的目的。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种自动检测破冰装置，包括FPGA、继电器控制电路、报警电路、电源电路、信号调理电路、AD采样电路、显示器、显示控制电路、键盘接口电路、状态灯指示电路、加热装置；

其中FPGA分别与继电器控制电路、报警电路、电源电路、AD采样电路、显示器、显示控制电路、键盘接口电路、状态灯指示电路加热装置相连；

所述AD采样电路还与信号调理电路相连；

电源电路通过FPGA为各个模块供电，信号调理电路将采集的电压信号发送给AD采样电路，AD采样电路将模拟信号转换为数字信号后送给FPGA进行处理，FPGA将处理后的数据发送给显示器显示，并与键盘接口电路设定的阈值进行对比，如果超出设定的阈值，FPGA启动报警电路进行报警，同时启动继电器控制电路，启动加热装置。

作为本发明的进一步优化方案，还包括放大器，所述信号调理电路通过放大器与AD采样电路相连，信号调理电路将采集的电压信号经过放大器放大后发送给AD采样电路。

作为本发明的进一步优化方案，所述信号调理电路采用铂电阻传感器。

作为本发明的进一步优化方案，所述FPGA的芯片型号为EP3C40。

作为本发明的进一步优化方案，AD采样电路的转换过程和数据采集过程通过CS和串行时钟SCLK进行控制，输入信号在CS的下降沿进行采样。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明利用FPGA并结合铂电阻传感器实现对无人机各部分尤其是机翼前缘等关键部位的温度巡检，当出现结冰现象时采用加热方式主动融冰；实测结果表明本方案所设计的无人飞行器温度巡检装置检测速度快，精度高，控温准确，有效解决了无人飞行器高空飞行时的结冰问题。

附图说明

图1是本发明的电路模块连接示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。

本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明的电路模块连接示意图如图1所示，包括FPGA、继电器控制电路、报警电路、电源电路、信号调理电路、AD采样电路、显示器、显示控制电路、键盘接口电路、状态灯指示电路、加热装置；

其中FPGA分别与继电器控制电路、报警电路、电源电路、AD采样电路、显示器、显示控制电路、键盘接口电路、状态灯指示电路加热装置相连；

所述AD采样电路还与信号调理电路相连；

电源电路通过FPGA为各个模块供电，信号调理电路将采集的电压信号发送给AD采样电路，AD采样电路将模拟信号转换为数字信号后送给FPGA进行处理，FPGA将处理后的数据发送给显示器显示，并与键盘接口电路设定的阈值进行对比，如果超出设定的阈值，FPGA启动报警电路进行报警，同时启动继电器控制电路，启动加热装置。

作为本发明的进一步优化方案，还包括放大器，所述信号调理电路通过放大器与AD采样电路相连，信号调理电路将采集的电压信号经过放大器放大后发送给AD采样电路。

作为本发明的进一步优化方案，所述信号调理电路采用铂电阻传感器。铂电阻传感器采用铂电阻传感器PT100，该传感器的探头产生的信号非常微弱，很容易受到噪声干扰，所以放大电路选择单运放构成的仪表放大器。仪表放大器拥有差分式结构，对共模噪声有很强的抑制作用，同时拥有较高的输入阻抗和较小的输出阻抗，非常适合对微弱信号的放大。

作为本发明的进一步优化方案，所述FPGA的芯片型号为EP3C40。

作为本发明的进一步优化方案，系统选用AD7476作为采样芯片。该芯片是12位低功耗逐次逼近型ADC，采用单电源工作，电源电压为2.35V至5.25V，最高吞吐速率可达1MSPS，完全满足本系统的采样精度和速度的要求。该芯片内置一个低噪声、宽带宽采样保持放大器，可处理6MHz以上的输入频率。

AD转换过程和数据采集过程通过CS和串行时钟SCLK进行控制，从而为器件与FPGA接口创造了条件。输入信号在CS的下降沿进行采样，而转换同时在此处启动，转换速率取决于SCLK的时钟频率。

本发明所设计的无人飞行器温度巡检装置利用FPGA快速性、可并行性、延时固定性等特点，能够快速，准确的检测无人机的各部件温度。通过实验验证，系统的最大误差不超过0.01度，完全满足无人飞行器对温度采集的要求。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动检测破冰装置，其特征在于：包括FPGA、继电器控制电路、报警电路、电源电路、信号调理电路、AD采样电路、显示器、显示控制电路、键盘接口电路、状态灯指示电路、加热装置；

其中FPGA分别与继电器控制电路、报警电路、电源电路、AD采样电路、显示器、显示控制电路、键盘接口电路、状态灯指示电路加热装置相连；

所述AD采样电路还与信号调理电路相连；

电源电路通过FPGA为各个模块供电，信号调理电路将采集的电压信号发送给AD采样电路，AD采样电路将模拟信号转换为数字信号后送给FPGA进行处理，FPGA将处理后的数据发送给显示器显示，并与键盘接口电路设定的阈值进行对比，如果超出设定的阈值，FPGA启动报警电路进行报警，同时启动继电器控制电路，启动加热装置。

2.如权利要求1所述的一种自动检测破冰装置，其特征在于：还包括放大器，所述信号调理电路通过放大器与AD采样电路相连，信号调理电路将采集的电压信号经过放大器放大后发送给AD采样电路。

3.如权利要求1所述的一种自动检测破冰装置，其特征在于：所述信号调理电路采用铂电阻传感器。

4.如权利要求3所述的一种自动检测破冰装置，其特征在于：所述FPGA的芯片型号为EP3C40。

5.如权利要求1所述的一种自动检测破冰装置，其特征在于：AD采样电路的转换过程和数据采集过程通过CS和串行时钟SCLK进行控制，输入信号在CS的下降沿进行采样。