CN104570793A - 一种飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法，该方法利用模拟量单元采集电压和输出电压的时间间隙对模拟量单元的各个采集通道和输出通道进行检测。该自检测方法包括自检测模块接口电路，模拟量采集通道，模拟量输出通道，微处理器以及由FPGA做微处理器的最小系统等。其中模拟量采集通道为16路，包括调理电路、多路开关、AD转换器，模拟量输出通道为8路，包括DA转换开关和输出调理电路。自检测方法将输出通道输出的模拟量接到输入通道的之前的多路开关组上，通过开关来完成自检测模拟量信号和外部传感器信号的切换，数据经过FPGA处理后判断输入输出通道是否正常工作，在保证模拟量通道正常工作的前提下，大大提高了模拟量单元的可靠性。

Description

一种飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，特别是涉及一种飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法。

背景技术

现代飞行环境的复杂化使得对无人机的飞行性能的要求越来越高，也就是对无人机系统的要求越来越高。飞行控制系统是无人机系统中最重要的组成部分，实现了对无人机控制律解算以及无人机各个系统的管理功能。模拟量单元是飞行控制系统中必不可少的部分，负责对外部的模拟量信号的采集工作和输出模拟量信号，包括舵机，大气机以及内外环传感器等模拟信号，飞行控制计算机使用模拟量单元采集到的内外环传感器数据进行控制律解算工作，同时飞行控制计算机还通过模拟量单元输出模拟量信号控制外部舵机输出。所以模拟量单元能否正常工作决定了无人机能否完美的完成飞行任务，甚至是关系到无人机能否正常飞行。

模拟量单元作为飞行控制计算机中必不可少的部分，在对数据的采集和输出精度上已经比较成熟。目前，模拟量的输入输出精度已经得到了很大的提高，这使得模拟量单元的数据精度的可靠性有了较好的保证。但是，现代飞行环境日趋复杂，模拟量通道容易受到外界干扰，这就使得采集或者输出的信号的可靠性降低，导致无法判断该输入输出通道是否正常工作。这就迫切的需要我们寻求新的解决办法，对模拟量通道进行检测，提高模拟量单元的可靠性。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种飞行控制计算机的模拟量单元的自检测方法，该方法能够对16路模拟量输入通道和8路模拟量输出通道进行自动检测，可以不间断的对输入输出通道进行检测，提高了模拟量单元的可靠性。

本发明公开的一种飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法，包括以下步骤：

1）切换到外部模拟量信号采集模式，采集模拟量信号；

2）输出模拟量信号，保存各通道输出模拟量信号的值的大小；

3）判断时间是否到达设定时间，在模拟量采集通道空闲时间，切换开关到自检测模式，接入输出的模拟量信号；

4）在自检测模式下，采集模拟量自检测信号；

5）将采集得到的模拟量自检测信号与之前保存的模拟量输出信号的值进行比较，确定是否超过误差范围。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤5）判断自检测信号是否超过误差范围后，若超过误差范围则返回1，否则返回0。

用于上述技术方案所述的飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法的自检硬件模块，包括4个8选4开关，该多路开关组合的32路输入分为两组，每组为16组输入，通过一个使能信号选通采集模拟量信号和自检测信号。其中，外部模拟量信号连接到一组的16路输入，该组16路采集外部模拟量信号；另一组16路输入连接到模拟量单元的模拟量输出通道，该组16路采集自检测信号；模拟量单元中包括16选1多路开关，所述多路开关组合的16路输出接到模拟量单元输入通道的16选1多路开关上。通过多路开关的切换，实现采集外部模拟量和自检测功能的切换。

做为上述技术方案的进一步改进，所述多路开关组合的16路输入与模拟量单元的模拟量输出通道之间的连接，是模拟量输出通道的每1路输出连接多路开关组合的每2路输入。

做为上述技术方案的进一步改进，所述外部模拟量信号通过信号调理电路连接到对应的所述多路开关组合的那组的16路输入。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法，在飞行控制计算机正常工作的情况下，通过多路开关切换接入外部模拟量信号和输出通道输出的模拟量信号，完成了对模拟量输入输出通道的自我检测功能。软件封装完成，用户上电之后模拟量单元的自检测模块便开始以设定的自检测频率自检，同时自检测时间较短，只需要在用户采集模拟量的时间间隔进行检测即可。在飞行控制计算机模拟量单元精度得到保证的情况下，大大提高了模拟量单元的可靠性。

附图说明

图1是本发明的自检测硬件结构示意图；

图2是飞行控制计算机模拟量单元的模拟量采集通道硬件结构示意图；

图3是飞行控制计算机模拟量单元的模拟量输出通道硬件结构示意图；

图4是飞行控制计算机模拟量单元自检测多路开关组合硬件结构示意图；

图5是飞行控制计算机模拟量单元FPGA最小系统硬件结构示意图；

图6是本发明自检测方法软件实现流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及效果，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

如附图1所示，本发明的飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法的硬件实现，包括：（1）模拟量单元的模拟量采集通道；（2）模拟量单元的模拟量输出通道；（3）多路开关组；（4）FPGA最小系统。模拟量单元采集到外部模拟量信号或者自检测信号，将其转换成数字量信号传递给FPGA最小系统单元。FPGA最小系统单元将需要输出的模拟量信号的数字量输出给输出通道，输出通道将需要输出的数字量信号转换成模拟量信号输出。多路开关组完成自检测信号和外部传感器信号切换的功能，同时FPGA最小系统还向输入通道、多路开关组合、输出通道提供控制信号，完成时序控制和逻辑控制功能。模拟量采集通道硬件结构图如附图2所示，包括调理电路、16选1多路开关、AD转换芯片，其中调理电路由放大电路和抗混叠滤波器组成，16选1多路开关为ADG1206，AD转换芯片为16为分辨率的LTC1606。模拟量输出通道硬件结构图如附图3所示，包括DA转换芯片、调理电路，其中DA转换芯片为DEC7744，调理电路由放大电路和反相电路组成。多路开关组合硬件结构图如附图4所示，包括4个8选4多路开关，8选4多路开关为ADG1234。FPGA最小系统硬件结构图如附图5所示，包括FPGA以及外围电路，其中FPGA为Xilinx公司的Virtex-4系列，外围电路包括晶振，电源，Flash，PROM。模拟量单元的自检测方法硬件构建方法包括以下步骤：

步骤11）：将4个8选4开关多路开关组合的32路输入分为两组：

飞行控制计算机模拟量单元一共有16路模拟量信号采集，设计从多路开关组合前端开始对输入通道中的16选1多路开关和AD转换芯片进行检测，所以选择了4个8选4的模拟多路开关，一共32路输入，其中16路采集外部模拟量信号，16路采集自检测信号，通过一个使能信号选通采集模拟量信号和自检测信号。

步骤12）：将外部模拟量信号通过信号调理电路（抗混叠滤波）后接到多路开关组合的16路输入上；

由于在进行自检测时，产生信号的频率较快，调理电路中的抗混叠滤波器会对信号进行模拟量低通滤波，所以在模拟量采样通道的多路开关开始进行检测，外部模拟量信号经过调理电路后进入多路开关组合，而自检测信号直接进入多路开关组合。

步骤13）：将模拟量模块输出的8路模拟量信号，按照1路输出接2路输入的方式接到多路开关组合的另外16路输入上；

由于该飞行控制计算机的模拟量单元设计的输出只有8路，而输入却需要检测16路，所以在驱动能力满足的条件下，将一路输出接到两路自检测的输入上，完成了自检测电路的16路输入，这样就可以同时对输入输出通道进行检测。

步骤14）：将多路开关组合的16路输出接到模拟量单元输入通道的16选1多路开关上；

多路开关组通过选通A、B通道来切换16路模拟量采集和16路自检测功能，将多路开关组的16路输出接到模拟量输入通道的16选1多路开关上，该开关选通1路进行AD转换，将转换结果传递给FPGA最小系统。

2.飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法的实现。

如图6所示，飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法包括以下步骤：

步骤1）：将开关切换到外部模拟量信号采集，按照外部模拟量信号的频率，分别对16个通道进行模拟量采集。

多路开关组切换到采集外部模拟量信号时，采集到的是飞行控制计算机外部的传感器、舵机等模拟量信号，这些信号的频率往往不高，大概在十几或二十赫兹。采集模拟量时需要微处理器（在这里使用的是FPGA）对16选1多路开关进行切换，并完成AD采样芯片的时序操作，最后将采样得到的结果通过寄存器或者FIFO传给内核处理器。

步骤2）：按照外部对模拟量输出信号的要求输出模拟量信号，同时保存各通道输出模拟量信号的值的大小。

模拟量单元在进行模拟量信号采集的同时，还需要输出模拟量信号，外部对模拟量输出信号的频率要求为200Hz。内核通过寄存器或者FIFO将需要输出的模拟量的值发送给外部FPGA资源，FPGA通过逻辑门电路搭建好硬件逻辑，按照200Hz的频率输出模拟量信号。同时每次发送完成后保存当前发送的模拟量的值，作为自检测时判断的标准。

步骤3）：判断时间是否到达设定时间，在模拟量采集通道空闲时间，切换开关到自检测模式，接入输出的模拟量信号。

根据模拟量采集和模拟量输出的频率，选择1s进行一次自检测较为合适，自检测的时间选在模拟量采集和模拟量输出的空闲时间，最小空闲时间为5ms，足够完成对16个通道模拟量的自检测。

步骤4）：在自检测模式下，采集16路模拟量自检测信号；

切换到自检测模式下，FPGA操作16选1多路开关和AD转换芯片，实现对自检测信号的采集。

步骤5）：将采集得到的自检测信号与之前保存的输出信号的值进行比较，若在误差范围内则返回1，否则返回0；

飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法可通过构建软件实现，主要由模拟量采集，模拟量输出，自检测这三部分组成。

在步骤2）中输出模拟量信号时，对模拟量信号进行了保存，所以将自检测模式下采集的得到的模拟量的值与保存的值进行对比，在误差范围内返回1，超出误差范围返回0，通过寄存器将返回值传递给内核。

上述飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法的硬件模块和软件模块构成了完整的模拟量单元的自检测，飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法的实现步骤如附图6所示：1.上电复位；2.对各个自检测寄存器的返回值进行判断；3.如果返回值为1，工作正常；4.如果返回值为0，根据寄存器的位数判断某条输入和输出通道出现故障；5.重复步骤2）至步骤4），即可实现飞行控制计算机模拟量单元的自检测。

Claims (5)

1.一种飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）切换到外部模拟量信号采集模式，采集模拟量信号；

2）输出模拟量信号，保存各通道输出模拟量信号的值的大小；

3）判断时间是否到达设定时间，在模拟量采集通道空闲时间，切换开关到自检测模式，接入输出的模拟量信号；

4）在自检测模式下，采集模拟量自检测信号；

5）将采集得到的模拟量自检测信号与之前保存的模拟量输出信号的值进行比较，确定是否超过误差范围。

2.根据权利要求1所述的飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法，其特征在于：所述步骤5）判断自检测信号是否超过误差范围后，若超过误差范围则返回1，否则返回0。

3.用于权利要求1或2所述的飞行控制计算机模拟量单元的自检测方法的自检硬件模块，其特征在于：包括4个8选4开关，该多路开关组合的32路输入分为两组，每组为16组输入，其中，外部模拟量信号连接到一组的16路输入，另一组16路输入连接到模拟量单元的模拟量输出通道；模拟量单元中包括16选1多路开关，所述多路开关组合的16路输出接到模拟量单元输入通道的16选1多路开关上。

4.根据权利要求3所述的自检硬件模块，其特征在于：所述多路开关组合的16路输入与模拟量单元的模拟量输出通道之间的连接，是模拟量输出通道的每1路输出连接多路开关组合的每2路输入。

5.根据权利要求3所述的自检硬件模块，其特征在于：所述外部模拟量信号通过信号调理电路连接到对应的所述多路开关组合的那组的16路输入。