CN104698909A - 水下航行器控制系统传感器的数据采集接口及其配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下航行器控制系统传感器的数据采集接口，所述的数据采集接口包括USB控制模块和CAN主控载板，所述USB控制模块的主控芯片的输出端通过USB接口与计算机连接，其输入端通过80PIN接插件与CAN主控载板连接，所述CAN主控载板通过RS485接口与CAN网络连接；基于上述水下航行器控制系统传感器的数据采集接口，本发明还涉及该数据采集接口的配置方法。该数据实时采集接口以USB作为接口连接方式，其具有体积小、即插即用、数据传输率高的特点，极大地改善了传统控制系统数据采集接口的性能。

Description

水下航行器控制系统传感器的数据采集接口及其配置方法

技术领域

本发明涉及控制系统传感器的技术领域，尤其涉及水下航行器控制系统传感器的数据采集接口及其配置方法。

背景技术

在现有技术中，一般的水下航行器控制系统传感器的数据实时采集接口是利用MCU主控模块从单个设备采集得到CAN总线的数据后，直接通过RS232接口将该数据输入计算机，许多传统设备均采用这一种通信协议。虽然此种传输方式的硬件、软件协议比较简单，但设备连接数少，数据传输率低，无法满足即插即用的功能，数据采集实时性差。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有技术中的水下航行器控制系统传感器的数据实时采集接口存在的上述技术问题，本发明提供一种水下航行器控制系统传感器的数据采集接口及其配置方法，该数据实时采集接口以USB作为接口连接方式，选用FT2232H作为USB主控芯片，其具有体积小、即插即用、数据传输率高的特点，极大地改善了传统控制系统数据采集接口的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种水下航行器控制系统传感器的数据采集接口，所述的数据采集接口包括USB控制模块和CAN主控载板，所述USB控制模块的主控芯片的输出端通过USB接口与计算机连接，其输入端通过80PIN接插件与CAN主控载板连接，所述CAN主控载板通过RS485接口与CAN网络连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述USB控制模块以FT2232H作为主控芯片。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的CAN主控载板采用LPC1768作为主控芯片。

作为上述技术方案的进一步改进，所述计算机的USB接口采用标准的USB2.0接口，计算机通过USB接口为USB控制模块提供5V电压。

作为上述技术方案的进一步改进，所述USB控制模块包括电源接口，所述计算机通过该电源接口为CAN网络中的传感器节点提供12V直流电压。

作为上述技术方案的进一步改进，所述USB控制模块还包括两个LED指示灯，其中一个指示灯用于显示USB连接及数据传输状态，其另一个指示灯用于显示12V直流电压的输入及CAN主控载板的连接状态。

作为上述技术方案的进一步改进，所述CAN主控载板采用TJA1042高速CAN收发器及WRB1205ZP-3W电源控制模块。

基于上述的水下航行器控制系统传感器的数据采集接口的配置方法，该配置方法包括：

步骤1）在所述的计算机上安装CDM20817驱动程序；

步骤2）启动所述的USB控制模块，将FT2232H中的PID、VID、设备驱动号及设备说明写入E2PROM存储器中，并按照一定的格式存储；

步骤3）利用FT_Prog_v2.4.2插件将FT2232H中的A通道和B通道分别设置为245FIFO通道和UART通道；

步骤4）所述的245FIFO通道和UART通道分别选用FT2232H提供的D2XX驱动程序和VCP驱动程序，UART通道用于设备的调试，245FIFO通道用于设备工作时数据的传输。

本发明的水下航行器控制系统传感器的数据采集接口及其配置方法的优点在于：数据实时采集接口以USB作为接口连接方式，选用FT2232H作为USB主控芯片，其具有体积小、即插即用、数据传输率高的特点，极大地改善了传统控制系统数据采集接口的性能；数据采集接口整体采用模块化的设计，方便CAN总线网络安装、开发、测试和维护；80PIN接插件用于连接USB控制模块和CAN主控载板，通过该接插件便可将USB控制模块的功能有效地进行扩展；CAN主控载板采用TJA1042高速CAN收发器及稳定性好的WRB1205ZP-3W电源控制模块，保证数据能够高速、稳定的传输。

附图说明

图1是本发明中的一种水下航行器控制系统传感器的数据采集接口的电路模块结构图。

图2是本发明中的CAN主控载板所搭载的嵌入式系统的工作流程图。

图3是本发明中的一种水下航行器控制系统传感器的数据采集接口的应用层程序的工作流程图。

图4是本发明应用层程序中的数据实时采集界面图。

图5是本发明应用层程序中的陀螺仪及加速度计数据显示界面图。

图6是本发明应用层程序中的温度计数据显示界面图。

图7是本发明应用层程序中的主轴转数及正负限位显示界面图。

图8是本发明应用层程序中的舵位指示数据显示界面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的结构进行进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的一种水下航行器控制系统传感器的数据采集接口包括USB控制模块和CAN主控载板。所述USB控制模块的主控芯片的输出端通过USB接口与计算机连接，其输入端通过80PIN接插件与CAN主控载板连接，所述CAN主控载板通过RS485接口与CAN网络连接。

在本实施例中，USB主控模块选用了FTDI公司推出的第5代USB-to-UART/FIFO器件FT2232H作为主控芯片，它支持480Mb/s的USB2.0高速规范，并可在各种工业标准的串行或并行接口(例如UART或FIFO)下配置，可提供两种可配置的接口，每个接口均可配置为UART、JTAG、SPI、I2C或带独立波特率发生器的位响应模式串口。此外，还可配置为双F1245FIFO、主机总线仿真模式、CPU接口FIFO模式或光隔离串行接口模式。

当不使用外部E2PROM存储器时，FT2232H默认为一个USB到双串口设备，添加一个外部93C46(93C56或93C66)E2PROM存储器可使每个器件的通道独立配置为一个串行UART(RS232)模式，并行FIFO(245)模式或高速串口(光电隔离)。外部E2PROM存储器也可用于存储FT2232H的USB VID、PID、设备驱动号和设备说明文字等信息。接口模式和USB描述字符可在外部EEPROM存储器中进行配置，还可以在FT2232H上通过USB接口对EEPROM存储器进行配置。

在本实施例中，所述USB控制模块包括电源接口，所述计算机通过该电源接口为CAN网络中的传感器节点提供12V直流电压。所述USB控制模块还包括两个LED指示灯，其中一个指示灯用于显示USB连接及数据传输是否正常，其另一个指示灯用于显示12V直流电压的输入及CAN主控载板的连接是否正常。如表1示出了两个LED指示灯的明亮指示情况：

表1LED指示灯的明亮指示情况列表

硬件电路板上一共有两个LED指示灯。其中，靠近USB接口的LED指示灯为D1，靠近12V直流电压输入接口的LED指示灯为D2。

基于上述的硬件电路外部接口的规格如表2所示：

表2硬件电路外部接口

序号	接口	备注
			1	LPC1768的JTAG下载线接口	【1】
2	USB接口	【2】
			3	靠近USB接口的LED状态指示灯	【2】
4	12V直流电压输入接口	【2】
			5	靠近12V直流电源输入接口的LED状态指示灯	【2】
6	RS485接口	【2】

其中，表2中的“【1】”表示用户不可用，“【2】”表示用户可以使用。

所述计算机的USB接口采用标准的USB2.0接口，计算机通过USB接口为USB控制模块提供5V电压。所述CAN主控载板可采用TJA1042高速CAN收发器及WRB1205ZP-3W电源控制模块，以提高数据传输的高速性和稳定性。

所述的CAN主控载板采用LPC1768作为主控芯片，内核ARM Cortex-M3是一个通用的32位微处理器，其具有高性能和超低功耗的特性，并在该CAN主控载板上搭载嵌入式系统。

另外，上述的80PIN接插件用于连接USB控制模块和CAN主控载板，通过该接插件便可将USB控制模块的功能有效地进行扩展，该接插件用于FIFO及UART数据的通信和自定义IO的设置，具体的定义如表1所示：

表180PIN接插件的引脚排列

基于上述的水下航行器控制系统传感器的数据采集接口，本发明还提供一种水下航行器控制系统传感器的数据采集接口的配置方法，该配置方法包括：

步骤1）在所述的计算机上安装CDM20817驱动程序；

步骤2）启动所述的USB控制模块，将FT2232H中的PID、VID、设备驱动号及设备说明写入E2PROM存储器中，并按照一定的格式存储；

步骤3）利用FT_Prog_v2.4.2插件将FT2232H中的A通道和B通道分别设置为245FIFO通道和UART通道；

步骤4）所述的245FIFO通道和UART通道分别选用FT2232H提供的D2XX驱动程序和VCP驱动程序，UART通道用于设备的调试，245FIFO通道用于设备工作时数据的传输。

基于上述的水下航行器控制系统传感器的数据采集接口及其配置方法，如图2示出了CAN主控载板所搭载的嵌入式系统的工作流程。该系统在运行过程中，首先需要将LPC1768的各个寄存器管脚进行功能配置，检查无误后，定时器及使能数据接收中断，其中定时器中断采用的是匹配方式，使能数据接收中断采用的是查询方式。

如图3示出了本发明中的一种水下航行器控制系统传感器的数据采集接口的应用层程序的工作流程。从图中可以看出，该应用层程序不仅能够将数据顺利的发送和接收，同时还可以将数据进行解析，方便测试工作的完成。基于数据采集接口整体采用模块化的设计原理，方便CAN总线网络安装、开发、测试和维护。

在本实施例中，通过C++Builder编写应用层程序的各个操作界面，使操作界面形象直观、便于操作。如图4所示，应用层程序中的数据实时采集界面可完成设备连接、基本设备参数设置、启动、复位；对控制节点进行启动、自检、清除数据、上传数据、请求数据、暂停接收等操作；此外还可通过发送指定命令操作舵驱转动方向及转速大小；并且可将操作信息实时显示在操作区，为用户操作提供了参考。

如图5-8中显示了水下航行器控制系统所得到的四个控制数据，根据所收到的数据的帧ID将数据进行解析，分别在不同的区域显示，通过设置绘图的采样频率，都可以将数据绘制出曲线，实时显示数据的变化趋势，并且将原始数据、解析数据实时显示，并且可以实现数据的保存及删减，方便对数据进行进一步的操作。其中，如图5示出了解析得到的陀螺仪及加速度计的数据，并可将三个轴分开的解析数据实时显示；如图6示出了解析得到的温度计的数据，还能以温度计的形式实时显示温度；如图7示出了解析得到的主轴转数及正负限位的数据，从图中可以形象直观的看到转速的指示及正负限位的LED显示；如图8示出了解析得到的三个方向的舵位指示数据，从图中可以直观的看到三个舵位的位置。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种水下航行器控制系统传感器的数据采集接口，其特征在于，所述的数据采集接口包括USB控制模块和CAN主控载板，所述USB控制模块的主控芯片的输出端通过USB接口与计算机连接，其输入端通过80PIN接插件与CAN主控载板连接，所述CAN主控载板通过RS485接口与CAN网络连接。

2.根据权利要求1所述的水下航行器控制系统传感器的数据采集接口，其特征在于，所述的USB控制模块以FT2232H作为主控芯片。

3.根据权利要求1所述的水下航行器控制系统传感器的数据采集接口，其特征在于，所述的CAN主控载板采用LPC1768作为主控芯片。

4.根据权利要求1所述的水下航行器控制系统传感器的数据采集接口，其特征在于，所述计算机的USB接口采用标准的USB2.0接口，计算机通过USB接口为USB控制模块提供5V电压。

5.根据权利要求1所述的水下航行器控制系统传感器的数据采集接口，其特征在于，所述USB控制模块包括电源接口，所述计算机通过该电源接口为CAN网络中的传感器节点提供12V直流电压。

6.根据权利要求5所述的水下航行器控制系统传感器的数据采集接口，其特征在于，所述USB控制模块还包括两个LED指示灯，其中一个指示灯用于显示USB连接及数据传输状态，其另一个指示灯用于显示12V直流电压的输入及CAN主控载板的连接状态。

7.根据权利要求1所述的水下航行器控制系统传感器的数据采集接口，其特征在于，所述CAN主控载板采用TJA1042高速CAN收发器及WRB1205ZP-3W电源控制模块。

8.基于权利要求1-7之一所述的水下航行器控制系统传感器的数据采集接口的配置方法，其特征在于，该配置方法包括：

步骤1）在所述的计算机上安装CDM20817驱动程序；

步骤2）启动所述的USB控制模块，将FT2232H中的PID、VID、设备驱动号及设备说明写入E2PROM存储器中，并按照一定的格式存储；

步骤3）利用FT_Prog_v2.4.2插件将FT2232H中的A通道和B通道分别设置为245FIFO通道和UART通道；

步骤4）所述的245FIFO通道和UART通道分别选用FT2232H提供的D2XX驱动程序和VCP驱动程序，UART通道用于设备的调试，245FIFO通道用于设备工作时数据的传输。