CN108731668B - 一种稳定平台惯导模拟系统及其数据传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种稳定平台惯导模拟系统，包括：信号发生模块、信号传输模块、信号调理模块、信号处理模块、电机驱动模块、电机以及稳定平台，所述信号发生模块包括：信号输入模块，用于设定惯导参数信息；信号显示模块，用于接收并呈现信号输入模块的惯导数据；所述信号传输模块包括：串口转换模块，用于接收信号输入模块的惯导数据，并将其转化为差分输出信号；差分长线驱动模块，用于接收、传递串口转换模块的差分信号，并将其转换为单端输出。本系统适用于多种稳定平台状态监测，试验成本低；数据传输方法便捷，可用芯片搭建硬件电路，也可在EPLD或FPGA搭建软件电路，使用器件种类少、工作可靠。

Description

一种稳定平台惯导模拟系统及其数据传输方法
技术领域
本发明涉及SINS和GNSS/INS仿真系统技术领域，尤其是一种稳定平台惯导模拟系统及其数据传输方法。
背景技术
捷联惯导系统是一种依靠固联在载体上的惯性器件来获得绝对加速度，然后通过两次积分得到载体在一个相对坐标系中的位置，从而达到导航目的的一种“自主式导航系统”。
目前，国内涉及惯导模拟系统的发明专利有96项，实用新型专利有14件，内容包括惯导误差模型仿真方法、基于单片机的平台惯导模拟器、船载惯导组合导航系统、惯导空中初始位置对准方法等。与稳定平台惯导模拟系统及其数据传输方法的专利有2件，分别是“一种基于捷联惯导系统的双AD信号采集方法及电路(CN200810305871.9)”、“一种捷联惯导系统中及速度计信号转换装置(CN201210036336.4)”。其中，前者“一种基于捷联惯导系统的双AD信号采集方法及电路”设计了高精度、高速的A//D转换器，将导弹的角运动参数和线运动参数转化为数字信号，经过误差补偿后稳定控制。而后者“一种捷联惯导系统中及速度计信号转换装置”主要利用积分电路、A/D转换器、FPGA完成加速度计信号的转换。上述两个专利并没有传输信号的波特率及传送数据帧数进行详细地研究。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种利用时钟匹配模块匹配传输信号的波特率，利用数据寄存模块匹配数据帧数，将惯导数据按字节顺序逐一传送至CPU控制模块，进而对电机进行控制的稳定平台惯导模拟系统。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种稳定平台惯导模拟系统，包括：信号发生模块、信号传输模块、信号调理模块、信号处理模块、电机驱动模块、电机以及稳定平台，其中：
所述信号发生模块包括：
信号输入模块，用于设定惯导参数信息；
信号显示模块，用于接收并呈现信号输入模块的惯导数据；
所述信号传输模块包括：
串口转换模块，用于接收信号输入模块的惯导数据，并将其转化为差分输出信号；
差分长线驱动模块，用于接收、传递串口转换模块的差分信号，并将其转换为单端输出；
所述信号调理模块包括：
时钟匹配模块，用于分频晶振信号，产生与惯导信号波特率相符的第一时钟信号；用于八分频第一时钟信号，产生第二时钟信号；
数据寄存模块，用于接收时钟匹配模块的第一时钟信号，将差分长线驱动模块输出的串行信号转换为并行信号；
数据锁存模块，用于接收时钟匹配模块的第二时钟信号，依次锁存数据寄存模块的输出信号；
数据缓冲模块，用于缓存数据锁存模块的输出信号；
所述信号处理模块包括：
CPU控制模块，用于读取数据缓冲模块中的惯导信号，并与设定的位置、速度求差，根据差值获取补偿数字信息；
D/A转换模块，将补偿数字信息转换为补偿模拟信息；
所述电机驱动模块包括：
PID控制模块，用于接收D/A转换模块输出的补偿模拟信息，将位置、速度的PID控制信号配置于功率放大模块；
保护模块，用于监控电路中的电流值与短路现象；
功率放大模块，用于放大PID控制信号的功率，以驱动电机运转，修正稳定平台位置状态。
所述数据寄存模块中寄存器的数量与一帧数据的字节数相同。
本发明的另一目的在于提供一种稳定平台惯导模拟系统的数据传输方法，该方法包括下列顺序的步骤：
（1）开始，设定第一时钟信号与第二时钟信号；
（2）设定并显示惯导数据；
（3）将惯导信号差分输入、单端输出至数据寄存模块的数据输入端；
（4）由低到高将8位数据即1个字节从数据寄存模块并行输出；
（5）数据锁存模块中锁存器的时钟引脚得到上升沿信号，将1字节数据传至下一个锁存器的输入端；
（6）后一帧的第一个字节进行传输后，前一帧的第一个字节数据传至数据缓冲模块中缓冲器的输入端；
（7）CPU控制模块输出读指令，作为缓冲器使能信号，读取惯导数据；
（8）与设定的位置、速度求差，获取补偿数字信息；
（9）将补偿数字信息转换为补偿模拟信息；
（10）依次配置位置、速度的PID控制信号；
（11）将控制信号反馈给电机，修正电机的运动，调整稳定平台位置状态。
由上述技术方案可知，本发明的优点在于：第一，时钟匹配模块的设计可适用于各种波特率的数据传输；第二，数据寄存模块的设计可适用于各帧数据的传输，第三，本系统适用于多种稳定平台状态监测，试验成本低；第四，数据传输方法便捷，可用芯片搭建硬件电路，也可在EPLD或FPGA搭建软件电路，使用器件种类少、工作可靠。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种稳定平台惯导模拟系统，包括：信号发生模块、信号传输模块、信号调理模块、信号处理模块、电机驱动模块、电机以及稳定平台，其中：
所述信号发生模块包括：
信号输入模块，用于设定惯导参数信息；
信号显示模块，用于接收并呈现信号输入模块的惯导数据；
所述信号传输模块包括：
串口转换模块，用于接收信号输入模块的惯导数据，并将其转化为差分输出信号；
差分长线驱动模块，用于接收、传递串口转换模块的差分信号，并将其转换为单端输出；
所述信号调理模块包括：
时钟匹配模块，用于分频晶振信号，产生与惯导信号波特率相符的第一时钟信号；用于八分频第一时钟信号，产生第二时钟信号；
数据寄存模块，用于接收时钟匹配模块的第一时钟信号，将差分长线驱动模块输出的串行信号转换为并行信号；
数据锁存模块，用于接收时钟匹配模块的第二时钟信号，依次锁存数据寄存模块的输出信号；
数据缓冲模块，用于缓存数据锁存模块的输出信号；
所述信号处理模块包括：
CPU控制模块，用于读取数据缓冲模块中的惯导信号，并与设定的位置、速度求差，根据差值获取补偿数字信息；
D/A转换模块，将补偿数字信息转换为补偿模拟信息；
所述电机驱动模块包括：
PID控制模块，用于接收D/A转换模块输出的补偿模拟信息，将位置、速度的PID控制信号配置于功率放大模块；
保护模块，用于监控电路中的电流值与短路现象；
功率放大模块，用于放大PID控制信号的功率，以驱动电机运转，修正稳定平台位置状态。
所述数据寄存模块中寄存器的数量与一帧数据的字节数相同。
如图2所示，本方法包括下列顺序的步骤：
（1）开始，设定第一时钟信号与第二时钟信号；
（2）设定并显示惯导数据；
（3）将惯导信号差分输入、单端输出至数据寄存模块的数据输入端；
（4）由低到高将8位数据即1个字节从数据寄存模块并行输出；
（5）数据锁存模块中锁存器的时钟引脚得到上升沿信号，将1字节数据传至下一个锁存器的输入端；
（6）后一帧的第一个字节进行传输后，前一帧的第一个字节数据传至数据缓冲模块中缓冲器的输入端；
（7）CPU控制模块输出读指令，作为缓冲器使能信号，读取惯导数据；
（8）与设定的位置、速度求差，获取补偿数字信息；
（9）将补偿数字信息转换为补偿模拟信息；
（10）依次配置位置、速度的PID控制信号；
（11）将控制信号反馈给电机，修正电机的运动，调整稳定平台位置状态。
如图2所示，首先，利用时钟匹配模块设定第一时钟信号与第二时钟信号；通过信号输入模块、信号显示模块设定并显示惯导数据,将惯导信号差分输入、单端输出至移位寄存器模块数据输入端；其次，由低到高将8位数据即1字节从数据寄存模块中的寄存器并行输出，数据锁存模块中的锁存器时钟引脚得到上升沿信号，将1字节数据传至下一个锁存器的输入端；后一帧的第一个字节进行传输后，前一帧的第一个字节数据传至数据缓冲模块中的缓冲器的输入端；再次，CPU控制模块输出读指令，作为缓冲器使能信号，读取惯导数据；与设定的位置、速度求差，获取补偿数字信息；将补偿数字信息转换为补偿模拟信息；依次配置位置、速度的PID控制信号；最后，将控制信号反馈给电机，修正电机的运动。
综上所述，本发明中的时钟匹配模块的设计可适用于各种波特率的数据传输；数据寄存模块的设计可适用于各帧数据的传输，本系统适用于多种稳定平台状态监测，试验成本低；数据传输方法便捷，可用芯片搭建硬件电路，也可在EPLD或FPGA搭建软件电路，使用器件种类少、工作可靠。

Claims (3)

1.一种稳定平台惯导模拟系统，其特征在于：包括：信号发生模块、信号传输模块、信号调理模块、信号处理模块、电机驱动模块、电机以及稳定平台，其中：
所述信号发生模块包括：
信号输入模块，用于设定惯导参数信息；
信号显示模块，用于接收并呈现信号输入模块的惯导数据；
所述信号传输模块包括：
串口转换模块，用于接收信号输入模块的惯导数据，并将其转化为差分输出信号；
差分长线驱动模块，用于接收、传递串口转换模块的差分信号，并将其转换为单端输出；
所述信号调理模块包括：
时钟匹配模块，用于分频晶振信号，产生与惯导信号波特率相符的第一时钟信号；用于八分频第一时钟信号，产生第二时钟信号；
数据寄存模块，用于接收时钟匹配模块的第一时钟信号，将差分长线驱动模块输出的串行信号转换为并行信号；
数据锁存模块，用于接收时钟匹配模块的第二时钟信号，依次锁存数据寄存模块的输出信号；
数据缓冲模块，用于缓存数据锁存模块的输出信号；
所述信号处理模块包括：
CPU控制模块，用于读取数据缓冲模块中的惯导信号，并与设定的位置、速度求差，根据差值获取补偿数字信息；
D/A转换模块，将补偿数字信息转换为补偿模拟信息；
所述电机驱动模块包括：
PID控制模块，用于接收D/A转换模块输出的补偿模拟信息，将位置、速度的PID控制信号配置于功率放大模块；
保护模块，用于监控电路中的电流值与短路现象；
功率放大模块，用于放大PID控制信号的功率，以驱动电机运转，修正稳定平台位置状态。
2.根据权利要求1所述的稳定平台惯导模拟系统，其特征在于：所述数据寄存模块中寄存器的数量与一帧数据的字节数相同。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的稳定平台惯导模拟系统的数据传输方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
（1）开始，设定第一时钟信号与第二时钟信号；
（2）设定并显示惯导数据；
（3）将惯导信号差分输入、单端输出至数据寄存模块的数据输入端；
（4）由低到高将8位数据即1个字节从数据寄存模块并行输出；
（5）数据锁存模块中锁存器的时钟引脚得到上升沿信号，将1字节数据传至下一个锁存器的输入端；
（6）后一帧的第一个字节进行传输后，前一帧的第一个字节数据传至数据缓冲模块中缓冲器的输入端；
（7）CPU控制模块输出读指令，作为缓冲器使能信号，读取惯导数据；
（8）与设定的位置、速度求差，获取补偿数字信息；
（9）将补偿数字信息转换为补偿模拟信息；
（10）依次配置位置、速度的PID控制信号；
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