CN109347954A - 一种基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置 - Google Patents

Abstract

一种基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，包括信号采集模块、信号隔离调理模块、模数转换模块、一个FPGA和单板机；信号采集模块用于采集弹箭的测试信号；信号隔离调理模块与信号采集模块连接，用于将信号采集模块采集到的模拟信号和数字信号进行隔离和转换电压处理；模数转换模块用于将其输出的模拟信号转变成对应的数字信号存储,并发送至单片机；一个FPGA与信号隔离调理模块连接，对信号隔离调理模块发送的数字信号进行缓存以及预处理并将预处理结果通过USB总线发送单板机；单板机对一个FPGA的预处理结果和模数转换模块转换过的数字信号进行分析处理得到处理结果并将其输出。装置结构简单，功能齐全，便于携带，并且更适合非固定场合的应用。

Description

一种基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置

技术领域

本发明涉及导弹火箭测试技术领域，特别涉及一种基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置。

背景技术

导弹和运载火箭的测试信号类型和数量众多，主要包括以下几种：模拟信号、脉冲计数信号、时串信号和不带电触点信号。其中时串信号和不带电触点信号均为高低电平交替变换的数字信号，在测试时需要高精度地获取其电平发生变化的时间值。

导弹和运载火箭的测试信号类型和数量众多导致测试设备种类繁多，目前广泛应用于航天测试领域的测试设备包含了笔录仪、GPIB、CAMAC、VXI等，众多的数量和复杂的类型在导弹和运载火箭的测试过程中，带来了诸多不足与缺陷：

首先，导弹和运载火箭部分分系统在测试过程中经常使用两种甚至两种以上测试设备，使得地面设备规模庞大，其本身的复杂性带来了可靠性的降低，测试过程中测试设备的故障时有发生，延误测试周期。

其次，繁多的测试设备还对日常操作以及新操作手的学习带来了难度，增加了误操作的可能性。

再次，目前的测试设备价格昂贵，且不易维护。

此外，各测试设备获取到的数据格式繁杂，难于处理与有效利用，自动分析判读能力差，判读工作极大程度的依赖人力。

现有技术的弹箭信号采集处理装置需要使用多个FPGA，没有充分发挥FPGA的数字处理功能，资源消耗大,并且使用数字I/O卡等硬件设备，占地面积大，且不易移动。

发明内容

本发明的目的是提供一种能充分发挥FPGA的数字处理功能，并且便携性高的。

为实现上述目的，本发明的提供了一种基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，包括信号采集模块、信号隔离调理模块、模数转换模块、一个FPGA和单板机；信号采集模块用于采集弹箭的测试信号；信号隔离调理模块与信号采集模块连接用于将信号采集模块采集到的模拟信号和数字信号进行隔离和转换电压处理；模数转换模块用于将其接收的模拟信号转变成与其对应的数字信号并存储，并将储存的信息发送至单片机；一个FPGA与信号隔离调理模块连接，用于对信号隔离调理模块发送的数字信号进行缓存以及预处理并将预处理结果通过USB总线发送单板机；单板机对一个FPGA的预处理结果和模数转换模块转换过的数字信号进行分析处理得到处理结果，并将其输出。

进一步地，上述的基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，还包括传输模块和后端计算机；传输模块分别与单板机和后端计算机连接，用于将处理结果传输至后端计算机；后端计算机用于对单板机的处理过程进行远程监测控制，对处理结果进行实时显示、存储、判断分析和事后回放，当某一信号超出预设范围，则突出显示该信号，并发出报警。

进一步地，传输模块为Zigbee无线模块，将单板机的处理结果，经加密后无线发送至后端计算机，使其按不同权限通过Zigbee无线模块实现测试流程的远程无线监测与控制。

进一步地，信号隔离调理模块包括模拟信号调理单元和数字信号调理单元；模拟信号调理单元包括至少一路模拟信号隔离调理电路；至少一路模拟信号隔离调理电路用于将其采集到的模拟信号进行隔离调理和转换电压处理；数字信号调理单元包括至少一路时串信号隔离调理电路、至少一路触点信号隔离调理电路和至少一路脉冲信号隔离调理电路，分别用于将其采集到的时串信号、触点信号和脉冲信号进行隔离调理和转换电压处理。

进一步地，模数转换模块为A/D采集卡，与至少一路模拟信号隔离调理电路连接，用于将其输出的模拟信号转变成与其对应的数字信号并存储，当A/D采集卡的FIFO中存储的数据量达到设定值时，将存储的数据通过cPCI总线发送至单板机。

进一步地，至少一路时串信号隔离调理电路将其采集到的模拟信号进行隔离调理和转换电压处理包括：将输入电压范围为-40V～40V的所述模拟信号进行隔离调理，并将隔离调离后的所述模拟信号调理衰减到所述A/D采集卡所需的–5V～+5V的范围内。

进一步地，至少一路时串信号隔离调理电路用于将输入电压范围为20V～40V的时串信号进行隔离调理。

进一步地，至少一路触点信号隔离调理电路用于将触点信号进行隔离调理，并将隔离调离后的触点信号转换成0～+5V电压信号。

进一步地，至少一路脉冲信号隔离调理电路用于将脉冲信号进行隔离调理，并将隔离调离后的脉冲信号转换成5V的同频率计数脉冲。

进一步地，一个FPGA对数字信号进行预处理包括：一个FPGA每隔第一预设时间采样一次至少一路时串信号隔离调理电路输出的时串信号，并将当前采样到的数据与前第一预设时间采样到的数据进行比较，如果某一路或某几路所述时串信号隔离调理电路的数据发生变化，则产生一个锁存/输出标志信号，同时将新的数据重新锁存到一个FPGA对应的FIFO中并输出，如果在第二预设时间内所有数据均没有发生变化，则一个FPGA输出当前测试数据值，确认弹箭是否处于工作的状态；和/或，一个FPGA每隔第三预设时间采样一次至少一路触点信号隔离调理电路输出的触点信号，采样后的数据锁存于一个FPGA对应的FIFO中，每隔第四预设时间输出一次；和/或，一个FPGA每隔第五预设时间锁存一次至少一路脉冲信号输出的脉冲信号于一个FPGA对应的FIFO中，每个数据帧中均包含时间、地址、数据信息，每隔第六预设时间输出一次。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)使用一个FPGA对时串信号、触点信号和脉冲信号3种数字信号进行进行缓存以及预处理，充分利用FPGA的数据处理功能。

(2)使用Zigbee无线模块来完成单板机和后端计算机在数据上的连通，避免了有线连接，无需单板机和后端计算机之间的数据交换设备，占地面积小，连接便捷，无需为了走线而进行额外的工作，节省人力物力。

附图说明

图1是本发明的基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1是本发明的基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置的结构示意图。

如图1所示，一种基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，包括信号采集模块、信号隔离调理模块、模数转换模块、一个FPGA和单板机；信号采集模块用于采集弹箭的测试信号；信号隔离调理模块与信号采集模块连接用于将信号采集模块采集到的模拟信号和数字信号进行隔离和转换电压处理；模数转换模块用于将其接收的模拟信号转变成与其对应的数字信号并存储，并将储存的信息发送至单片机；一个FPGA与信号隔离调理模块连接，用于对数字信号进行缓存以及预处理并将预处理结果通过USB总线发送单板机；单板机对一个FPGA的预处理结果和模数转换模块转换过的数字信号进行分析处理得到处理结果，并将其输出。完成对弹箭多类型信号的采集处理，整个装置结构简单，功能齐全，并且使用一个FPGA对信号隔离调理模块隔离调理过的数字信号进行缓存的预处理，无需使用数字I/O卡等硬件设备，不依赖固定的工程化cPCI机箱，使整个装置简单轻便、便于携带，并且更适合非固定场合的应用。

可选地，单板机可替换为单片机。

优选地，上述的基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，还包括传输模块和后端计算机；传输模块分别与单板机和后端计算机连接，用于将处理结果传输至后端计算机；后端计算机用于对单板机的处理过程进行远程监测控制，对处理结果进行实时显示、存储、判断分析和事后回放，当某一信号超出预设范围，则突出显示该信号，并发出报警。

优选地，后端计算机还包括报警装置，当某一信号超出预设范围时，后端计算机给报警装置一个报警信号，报警装置包括蜂鸣器和报警灯，当接收到报警信号后蜂鸣器响起，报警灯闪烁，提醒工作人员某一信号有问题。

进一步优选地，后端计算机检测到不同信号出现不同问题时，可发送不同的报警信号给报警装置，报警装置接收到不同的报警信号后产生不同的报警信息，例如蜂鸣器响起的频率和/或声音大小不同，报警灯闪烁的频率和/或光强不同，以使工作人员在第一时间分辨出弹箭的出问题的信号种类，和问题级别，以提高工作效率。

优选地，传输模块为Zigbee无线模块，将单板机的处理结果，经加密后无线发送至后端计算机，使其按不同权限通过Zigbee无线模块实现测试流程的远程无线监测与控制。使用Zigbee无线模块来完成单板机和后端计算机在数据上的连通，避免了有线连接，无需单板机和后端计算机之间的数据交换设备，占地面积小，连接便捷，无需为了走线而进行额外的工作，节省人力物力。

具体地，Zigbee无线模块将单板机中不同部分的信息进行加密处理后发送至后端计算机，后端计算机有多个，每个后端计算机储存有不同部分的信息的密匙，可对Zigbee无线模块传输的信息的一部分进行解密后，处理不同部分的信息，将不同部分的信息分成多个后端计算机进行处理，加快了后端计算机处理信息的速度，并能对不同部分的信息有针对性的处理和显示，能够更有效地处理信息。

优选地，模数转换模块为A/D采集卡，与至少一路模拟信号隔离调理电路连接，用于将其输出的模拟信号转变成与其对应的数字信号并存储，当A/D采集卡的FIFO中存储的数据量达到设定值时，将存储的数据通过cPCI总线发送至单板机。

具体地，信号隔离调理模块包括模拟信号调理单元和数字信号调理单元；模拟信号调理单元包括至少一路模拟信号隔离调理电路；至少一路模拟信号隔离调理电路用于将其采集到的模拟信号进行隔离调理和转换电压处理；数字信号调理单元包括至少一路时串信号隔离调理电路、至少一路触点信号隔离调理电路和至少一路脉冲信号隔离调理电路，分别用于将其采集到的时串信号、触点信号和脉冲信号进行隔离调理和转换电压处理。至少一路时串信号隔离调理电路将其采集到的模拟信号进行隔离调理和转换电压处理包括：将输入电压范围为-40V～40V的所述模拟信号进行隔离调理，并将隔离调离后的所述模拟信号调理衰减到所述A/D采集卡所需的–5V～+5V的范围内。采样周期可以根据用户要求和测试精度进行更改，不同通道的采样率设置可以不同。至少一路时串信号隔离调理电路用于将输入电压范围为20V～40V的时串信号进行隔离调理。至少一路触点信号隔离调理电路用于将触点信号进行隔离调理，并将隔离调离后的触点信号转换成0～+5V电压信号。至少一路脉冲信号隔离调理电路用于将脉冲信号进行隔离调理，并将隔离调离后的脉冲信号转换成5V的同频率计数脉冲。

具体地，一个FPGA对数字信号进行预处理包括：一个FPGA对数字信号进行预处理包括：一个FPGA每隔第一预设时间采样一次至少一路时串信号隔离调理电路输出的时串信号，并将当前采样到的数据与前第一预设时间采样到的数据进行比较，如果某一路或某几路所述时串信号隔离调理电路的数据发生变化，则产生一个锁存/输出标志信号，同时将新的数据重新锁存到一个FPGA对应的FIFO中并输出，如果在第二预设时间内所有数据均没有发生变化，则一个FPGA输出当前测试数据值，确认弹箭是否处于工作的状态；和/或，一个FPGA每隔第三预设时间采样一次至少一路触点信号隔离调理电路输出的触点信号，采样后的数据锁存于一个FPGA对应的FIFO中，每隔第四预设时间输出一次；和/或，一个FPGA每隔第五预设时间锁存一次至少一路脉冲信号输出的脉冲信号于一个FPGA对应的FIFO中，每个数据帧中均包含时间、地址、数据信息，每隔第六预设时间输出一次。

具体地，第一预设时间的范围是0.1～0.3ms，具体时间可根据用户要求和测试需求而定，优选为0.2ms。第二预设时间的范围是0.5～2s，具体时间可根据用户要求和测试需求而定，优选为1s。第三预设时间的范围是0.5～2ms，具体时间可根据用户要求和测试需求而定，优选为1ms。第四预设时间的范围是0.5～2ms，具体时间可根据用户要求和测试需求而定，优选为1ms。第五预设时间的范围是20～60ms，具体时间可根据用户要求和测试需求而定，优选为40ms。第六预设时间的范围是20～60ms，具体时间可根据用户要求和测试需求而定，优选为40ms。

具体地，后端计算机和单板机也可以对在其之前的信号或模块进行反向控制，例如，后端计算机向单板机发送开始(或停止)命令，单板机开始(或停止)接收FPGA和A/D采集卡发送的信息。可选的，后端计算机向单板机发送改变数字信号采样周期(或传输周期)的命令，单板机根据该命令控制FPGA改变数字信号采样的周期(或传输周期)。

本发明旨在保护一种基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，前端部分，使用一个FPGA对信号隔离调理模块隔离调理过的数字信号进行缓存的预处理，无需使用数字I/O卡等硬件设备，不依赖固定的工程化cPCI机箱，使整个装置简单轻便、便于携带，并且更适合非固定场合的应用。前端与后端的连接使用Zigbee无线模块，避免了有线连接，无需单板机和后端计算机之间的数据交换设备，占地面积小，连接便捷，无需为了走线而进行额外的工作，节省人力物力。后端计算机有多个，每个后端计算机储存有不同部分的信息的密匙，可对Zigbee无线模块传输的信息的一部分进行解密后，处理不同部分的信息，将不同部分的信息分成多个后端计算机进行处理，加快了后端计算机处理信息的速度，并能对不同部分的信息有针对性的处理和显示，能够更有效地处理信息。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，其特征在于，包括：信号采集模块、信号隔离调理模块、模数转换模块、一个FPGA和单板机；

所述信号采集模块用于采集弹箭的测试信号；

所述信号隔离调理模块与所述信号采集模块连接，用于将所述信号采集模块采集到的模拟信号和数字信号进行隔离和转换电压处理；

所述模数转换模块用于将其接收的所述模拟信号转变成与其对应的数字信号并存储，并将储存的信息发送至所述单片机；

所述一个FPGA与所述信号隔离调理模块连接，用于对所述信号隔离调理模块发送的所述数字信号进行缓存以及预处理并将所述预处理结果通过USB总线发送所述单板机；

所述单板机对所述一个FPGA的预处理结果和所述模数转换模块转换过的数字信号进行分析处理得到处理结果，并将其输出。

2.根据权利要求1所述的基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，其特征在于，还包括传输模块和后端计算机；

所述传输模块分别与所述单板机和所述后端计算机连接，用于将所述处理结果传输至所述后端计算机；

所述后端计算机用于对所述单板机的处理过程进行远程监测控制，对处理结果进行实时显示、存储、判断分析和事后回放，当某一信号超出预设范围，则突出显示该信号，并发出报警。

3.根据权利要求2所述的基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，其特征在于，所述传输模块为Zigbee无线模块，将所述单板机的处理结果，经加密后无线发送至所述后端计算机，使其按不同权限通过所述Zigbee无线模块实现测试流程的远程无线监测与控制。

4.根据权利要求1所述的基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，其特征在于，所述信号隔离调理模块包括模拟信号调理单元和数字信号调理单元；

所述模拟信号调理单元包括至少一路模拟信号隔离调理电路，所述至少一路模拟信号隔离调理电路用于将其采集到的模拟信号进行隔离调理和转换电压处理；

所述数字信号调理单元包括至少一路时串信号隔离调理电路、至少一路触点信号隔离调理电路和至少一路脉冲信号隔离调理电路，分别用于将其采集到的时串信号、触点信号和脉冲信号进行隔离调理和转换电压处理。

5.根据权利要求4所述的基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，其特征在于，所述模数转换模块为A/D采集卡，与至少一路模拟信号隔离调理电路连接，当所述A/D采集卡的FIFO中存储的数据量达到设定值时，将存储的数据通过cPCI总线发送至所述单板机。

6.根据权利要求5所述的基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，其特征在于，所述至少一路时串信号隔离调理电路将其采集到的模拟信号进行隔离调理和转换电压处理包括：

将输入电压范围为-40V～40V的所述模拟信号进行隔离调理，并将隔离调离后的所述模拟信号调理衰减到所述A/D采集卡所需的–5V～+5V的范围内。

7.根据权利要求4所述的基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，其特征在于，所述至少一路时串信号隔离调理电路，用于将输入电压范围为20V～40V的所述时串信号进行隔离调理。

8.根据权利要求4所述的基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，其特征在于，所述至少一路触点信号隔离调理电路，用于将所述触点信号进行隔离调理，并将隔离调离后的触点信号转换成0～+5V电压信号。

9.根据权利要求4所述的基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，其特征在于，所述至少一路脉冲信号隔离调理电路，用于将所述脉冲信号进行隔离调理，并将隔离调离后的所述脉冲信号转换成5V的同频率计数脉冲。

10.根据权利要求1-9所述的基于多种总线的弹箭多类型信号采集处理装置，其特征在于，所述一个FPGA对所述数字信号进行预处理包括：

所述一个FPGA每隔第一预设时间采样一次所述至少一路时串信号隔离调理电路输出的所述时串信号，并将当前采样到的数据与前第一预设时间采样到的数据进行比较，如果某一路或某几路所述时串信号隔离调理电路的数据发生变化，则产生一个锁存/输出标志信号，同时将新的数据重新锁存到所述一个FPGA对应的FIFO中并输出，如果在第二预设时间内所有数据均没有发生变化，则所述一个FPGA输出当前测试数据值，确认弹箭是否处于工作状态；和/或，

所述一个FPGA每隔第三预设时间采样一次所述至少一路触点信号隔离调理电路输出的所述触点信号，采样后的数据锁存于所述一个FPGA对应的FIFO中，每隔第四预设时间输出一次；和/或，

所述一个FPGA每隔第五预设时间锁存一次所述至少一路脉冲信号输出的所述脉冲信号于所述一个FPGA对应的FIFO中，每个数据帧中均包含时间、地址、数据信息，每隔第六预设时间输出一次。