CN109407591A - 一种塔康导航设备的控制系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塔康导航设备的控制系统的实现方法，系统由ARM处理器、RTC芯片、AD芯片、FRAM闪存、USB接口、I2C总线、网转光模块、CAN接口、232串口、LVDS接口构成；系统构建了linux嵌入式系统，其软件在linux嵌入式系统下进行开发，控制系统软件由引导程序、内核及DTB、文件系统、驱动程序、应用程序组成。系统应用程序分为显示进程和控制进程，具有网络通信功能、CAN通信功能、串口通信功能、IO控制采集功能、AD采集功能、显示功能。系统通用性好、可扩展性好、稳定性强、通信速率高、响应快、体积小，其接口多，功能全，可满足232、422、CAN、SPI、网络、光纤等多种通信方式。

Description

一种塔康导航设备的控制系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种塔康导航设备的控制系统及实现方法，用于塔康导航设备及DME等设备的通信和控制。

背景技术

近年来，随着国内外机场导航设备的日益增加，对设备的要求也越来越高。上一代的塔康设备控制系统的控制电路为单片机+FPGA架构，通信速率低，通信响应慢，对外接口为串口和IO，并且接插件复杂，体积大，软件为前后台程序，实时性差，且容易受到干扰，这样就限制了产品的后续开发和功能升级。针对目前设备的这种情况，相关研发人员一直在研究如何去解决和优化。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本发明一种塔康导航设备的控制系统及实现方法，该系统通用性好、可扩展性好、稳定性强、通信速率高，通信响应快、体积小、抗干扰性强。

本发明所采取的技术方案是：一种塔康导航设备的控制系统，包括DC/DC电源模块、遥控器、监测器、发射机、接收机、液晶屏、罗盘模块、北斗模块、无线模块、蜂鸣器、金属按键和指示灯；其特征在于：所述控制系统由ARM处理器、RTC芯片、AD芯片、FRAM闪存、USB接口、I2C总线、网转光模块、CAN接口、232串口、LVDS接口构成；

所述ARM处理器为系统核心，进行处理、计算功能，ARM处理器分别与RTC芯片、AD芯片、FRAM闪存、USB接口、网转光模块连接，ARM处理器通过CAN接口分别与发射机、接收机以及监测器相连，ARM处理器通过232串口与罗盘模块、北斗模块、无线模块相连，ARM处理器通过LVDS接口连接液晶屏，ARM处理器通过I2C总线扩展了多路的GPIO与蜂鸣器、金属按键和指示灯连接；所述AD芯片连接AC/DC电源模块；

AD芯片进行模拟数据的采集；

网转光模块将网络信号转为光纤信号，通过光纤连接遥控器实现远程控制；

ARM处理器通过RTC芯片来控制时钟；

ARM处理器通过FRAM闪存来存储系统的参数；

ARM处理器采用ATMEL公司的ARM Cortex-A5工业级宽温芯片，外部扩展2片64M*16DDR2芯片共256MB来作为系统运行内存，其中每片为16位宽，两片组合成32位宽，一片挂接在低16位数据总线上，另一片挂接在高16位数据总线上。256M*8bit SLC NandFlash芯片来存储相关程序；

系统的网卡芯片通过变压器后连接以太网，通过网口和电脑端的网口相连，电脑端的维护软件就能够与系统进行通信，达到控制目的。

一种塔康导航设备的控制系统的实现方法，其特征在于，所述系统构建了linux嵌入式系统，系统软件在linux嵌入式系统下进行开发，控制系统软件由引导程序、内核及DTB、文件系统、驱动程序、应用程序组成，步骤如下：

（1）运行系统检测代码，系统组件烧写在NandFlash中，上电后系统从NandFlash启动；

（2）加载引导程序，系统引导程序分为一级以及二级引导程序；

（3）运行设备树；

（4）运行内核；

（5）运行文件系统；

（6）加载应用程序，应用程序分为显示进程和控制进程，分别负责显示部分和通信控制部分，其中通信控制进程分为网络通信线程、CAN通信线程、AD采集线程、I/O控制采集线程、串口通信线程；

系统应用程序中的控制进程各部分主要功能为：

1）网络通信线程主要完成网络通信功能，控制系统具有完整的TCP/IP协议栈，支持当前主流的网络协议，作为TCP/UDP的服务器或者客户端接入网络，在塔康和测距设备中采用网络通信功能与维护软件进行通信，方便调试和维护；

控制系统从各工作单元板获取各工作单元的工作状态即正常或故障信息，从各电源输出获取各电源工作状态信息，采集各电源的电压，这些信息通过维护软件和液晶屏显示查询，同时通过维护软件向系统设置参数；

控制系统通过网转光模块实现与遥控器之间的数据通信，实现远程遥控设备对本机设备的状态控制及本机设备状态信息的读取，在不连接光纤的情况下，用无线模块与遥控器进行通信；

2）CAN通信线程的主要功能是通过CAN接口与监测器、接收机和发射机编码单元进行通信，控制系统通过CAN总线向接收机、监测器、发射机编码单元发送控制、查询或者设置指令并且显示，同时实时接收CAN总线上监测器传来的各项监测参数并及时进行响应，包括告警LED灯显示、告警声响的操作；

3）串口通信线程，控制系统进行RS232的串行通信，能够根据具体应用编写通信协议，实现完整的串行通信功能，在设备中与罗盘模块、北斗模块及无线模块实现串口的通信；

4）I/O控制采集线程，控制系统通过I2C总线扩展的输入输出单元进行数字量的输入采集和输出控制，最大IO的数量达到256路，监测器的告警和旁路、发射机的开关机信号、蜂鸣器、金属按键和指示灯信息采用的是此种信号；

5）AD采集线程，模拟输入上，使用AD芯片AD7992进行模拟数据的采集，输入分辨率为12比特，配合外扩芯片最大达到19路的模拟信号采集功能，即12路外部AD加内部7路AD，并进行滤波处理，最终根据应用需要来实现报警、输出、存储功能；

系统应用程序中的显示进程主要完成显示任务，把相关的内容进行显示，系统具有显示接口，外扩了一块液晶屏进行显示，接口为LVDS接口。

本发明所产生的有益效果是：本发明的控制系统是设备各单元协调配合的调度中枢，兼有信息采集、信息处理、信息传输和信息存储的功能。上一代的控制系统，需要专门的外围芯片来实现，这就占用了大量的资源。

该控制系统可扩展性好，控制逻辑清晰，通信速度快、方式多，性能好，串口通信速率和CAN口通信速率相比上代都有了提升。

该系统提供了良好的人机界面，并且通过遥控器可以实现塔康系统的远距离操控。上代的控制系统并没有遥控器，不能实现远距离操控。

系统成本缩减，所选用原材料均为市面上稳定可靠的工业级器件，使得采购周期、生产周期均缩短，比上代的控制系统成本缩减近30%。由于元器件的优化升级，系统的体积也缩小，更加便于安装调试和维护。

系统研发成功以后，迅速用到塔康设备中，更加适应了环境的要求，在一些复杂的环境中也得到了应用，比上代的控制系统更能适应低温下的长时间工作。

总之，本控制系统应用程序分为显示进程和控制进程，具有网络通信功能、CAN通信功能、串口通信功能、IO控制采集功能、AD采集功能、显示功能。本控制系统通用性好、可扩展性好、稳定性强、通信速率高，通信响应快、体积小、抗干扰性强，可用于塔康、DME等多种导航设备，其接口多，功能全，可满足232、422、CAN、SPI、网络、光纤等多种通信方式。

本控制系统还可用于其它导航设备中。

附图说明

图1为本发明的电路连接框图；

图2为本发明的控制逻辑流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细叙述。

参照图1，一种塔康导航设备的控制系统，包括DC/DC电源模块、遥控器、监测器、发射机、接收机、液晶屏、罗盘模块、北斗模块、无线模块、蜂鸣器、金属按键和指示灯；其特征在于：所述控制系统由ARM处理器、RTC芯片、AD芯片、FRAM闪存、USB接口、I2C总线、网转光模块、CAN接口、232串口、LVDS接口构成。

ARM处理器为系统核心，进行处理、计算功能，ARM处理器分别与RTC芯片、AD芯片、FRAM闪存、USB接口、网转光模块连接，ARM处理器通过CAN接口分别与发射机、接收机以及监测器相连，ARM处理器通过232串口与罗盘模块、北斗模块、无线模块相连，ARM处理器通过LVDS接口连接液晶屏，ARM处理器通过I2C总线扩展了多路的GPIO与蜂鸣器、金属按键和指示灯连接，AD芯片连接AC/DC电源模块。

AD芯片进行模拟数据的采集；

网转光模块将网络信号转为光纤信号，通过光纤连接遥控器实现远程控制；

ARM处理器通过RTC芯片来控制时钟；

ARM处理器通过FRAM闪存来存储系统的参数；

ARM处理器采用ATMEL公司的ARM Cortex-A5工业级宽温芯片，外部扩展2片64M*16DDR2芯片共256MB来作为系统运行内存，其中每片为16位宽，两片组合成32位宽，一片挂接在低16位数据总线上，另一片挂接在高16位数据总线上。256M*8bit SLC NandFlash芯片来存储相关程序；

系统的网卡芯片通过变压器后连接以太网，通过网口和电脑端的网口相连，电脑端的维护软件就能够与系统进行通信，达到控制目的。

参照图2，一种塔康导航设备的控制系统的实现方法，所述系统构建了linux嵌入式系统，系统软件在linux嵌入式系统下进行开发，控制系统软件由引导程序、内核及DTB、文件系统、驱动程序、应用程序组成，步骤如下：

（1）运行系统检测代码，系统组件烧写在NandFlash中，上电后系统从NandFlash启动；

（2）加载引导程序，系统引导程序分为一级以及二级引导程序；

（3）运行设备树；

（4）运行内核；

（5）运行文件系统；

（6）加载应用程序，应用程序分为显示进程和控制进程，分别负责显示部分和通信控制部分，其中通信控制进程可分为网络通信线程、CAN通信线程、AD采集线程、I/O控制采集线程、串口通信线程；

系统应用程序中的控制进程各部分主要功能为：

1）网络通信线程主要完成网络通信功能，控制系统具有完整的TCP/IP协议栈，支持当前主流的网络协议，作为TCP/UDP的服务器或者客户端接入网络，在塔康和测距设备中采用网络通信功能与维护软件进行通信，方便调试和维护；

控制系统从各工作单元板获取各工作单元的工作状态即正常或故障信息，可以从各电源输出获取各电源工作状态信息，可采集各电源的电压，这些信息可通过维护软件和液晶屏显示查询，同时可以通过维护软件向系统设置参数；

控制系统通过网转光模块实现与遥控器之间的数据通信，实现远程遥控设备对本机设备的状态控制及本机设备状态信息的读取，在不连接光纤的情况下，可用无线模块与遥控器进行通信；

2）CAN通信线程的主要功能是通过CAN接口与监测器、接收机和发射机编码单元进行通信，控制系统通过CAN总线向接收机、监测器、发射机编码单元发送控制、查询或者设置指令并且显示，同时实时接收CAN总线上监测器传来的各项监测参数并及时进行响应，包括告警LED灯显示、告警声响的操作；

3）串口通信线程，控制系统进行RS232的串行通信，能够根据具体应用编写通信协议，实现完整的串行通信功能，在设备中与罗盘模块、北斗模块及无线模块实现串口的通信；

4）I/O控制采集线程，控制系统通过I2C总线扩展的输入输出单元进行数字量的输入采集和输出控制，最大IO的数量可以达到256路，监测器的告警和旁路、发射机的开关机信号、蜂鸣器、金属按键和指示灯信息采用的是此种信号；

5）AD采集线程，模拟输入上，使用AD芯片AD7992进行模拟数据的采集，输入分辨率为12比特，配合外扩芯片最大可以达到19路的模拟信号采集功能，即12路外部AD加内部7路AD，并进行滤波处理，最终根据应用需要来实现报警、输出、存储功能；

系统应用程序中的显示进程主要完成显示任务，把相关的内容进行显示，系统具有显示接口，外扩了一块液晶屏进行显示，接口为LVDS接口。

Claims (2)

1.一种塔康导航设备的控制系统，包括DC/DC电源模块、遥控器、监测器、发射机、接收机、液晶屏、罗盘模块、北斗模块、无线模块、蜂鸣器、金属按键和指示灯；其特征在于：所述控制系统由ARM处理器、RTC芯片、AD芯片、FRAM闪存、USB接口、I2C总线、

网转光模块、CAN接口、232串口、LVDS接口构成；

所述ARM处理器为系统核心，进行处理、计算功能，ARM处理器分别与RTC芯片、AD芯片、FRAM闪存、USB接口、网转光模块连接，ARM处理器通过CAN接口分别与发射机、接收机以及监测器相连，ARM处理器通过232串口与罗盘模块、北斗模块、无线模块相连，ARM处理器通过LVDS接口连接液晶屏，ARM处理器通过I2C总线扩展了多路的GPIO与蜂鸣器、金属按键和指示灯连接；所述AD芯片连接AC/DC电源模块；

AD芯片进行模拟数据的采集；

网转光模块将网络信号转为光纤信号，通过光纤连接遥控器实现远程控制；

ARM处理器通过RTC芯片来控制时钟；

ARM处理器通过FRAM闪存来存储系统的参数；

ARM处理器采用ATMEL公司的ARM Cortex-A5工业级宽温芯片，外部扩展2片64M*16DDR2芯片共256MB来作为系统运行内存，其中每片为16位宽，两片组合成32位宽，一片挂接在低16位数据总线上，另一片挂接在高16位数据总线上；256M*8bit SLC NandFlash芯片来存储相关程序；

系统的网卡芯片通过变压器后连接以太网，通过网口和电脑端的网口相连，电脑端的维护软件就能够与系统进行通信，达到控制目的。

2.一种采用权利要求1所述的塔康导航设备的控制系统的实现方法，其特征在于，所述系统构建了linux嵌入式系统，系统软件在linux嵌入式系统下进行开发，控制系统软件由引导程序、内核及DTB、文件系统、驱动程序、应用程序组成，步骤如下：

（1）运行系统检测代码，系统组件烧写在NandFlash中，上电后系统从NandFlash启动；

（2）加载引导程序，系统引导程序分为一级以及二级引导程序；

（3）运行设备树；

（4）运行内核；

（5）运行文件系统；

（6）加载应用程序，应用程序分为显示进程和控制进程，分别负责显示部分和通信控制部分，其中通信控制进程分为网络通信线程、CAN通信线程、AD采集线程、I/O控制采集线程、串口通信线程；

系统应用程序中的控制进程各部分主要功能为：

1）网络通信线程主要完成网络通信功能，控制系统具有完整的TCP/IP协议栈，支持当前主流的网络协议，作为TCP/UDP的服务器或者客户端接入网络，在塔康和测距设备中采用网络通信功能与维护软件进行通信，方便调试和维护；

控制系统从各工作单元板获取各工作单元的工作状态即正常或故障信息，从各电源输出获取各电源工作状态信息，采集各电源的电压，这些信息通过维护软件和液晶屏显示查询，同时通过维护软件向系统设置参数；

控制系统通过网转光模块实现与遥控器之间的数据通信，实现远程遥控设备对本机设备的状态控制及本机设备状态信息的读取，在不连接光纤的情况下，用无线模块与遥控器进行通信；

2）CAN通信线程的主要功能是通过CAN接口与监测器、接收机和发射机编码单元进行通信，控制系统通过CAN总线向接收机、监测器、发射机编码单元发送控制、查询或者设置指令并且显示，同时实时接收CAN总线上监测器传来的各项监测参数并及时进行响应，包括告警LED灯显示、告警声响的操作；

3）串口通信线程，控制系统进行RS232的串行通信，能够根据具体应用编写通信协议，实现完整的串行通信功能，在设备中与罗盘模块、北斗模块及无线模块实现串口的通信；

4）I/O控制采集线程，控制系统通过I2C总线扩展的输入输出单元进行数字量的输入采集和输出控制，最大IO的数量达到256路，监测器的告警和旁路、发射机的开关机信号、蜂鸣器、金属按键和指示灯信息采用的是此种信号；

5）AD采集线程，模拟输入上，使用AD芯片AD7992进行模拟数据的采集，输入分辨率为12比特，配合外扩芯片最大达到19路的模拟信号采集功能，即12路外部AD加内部7路AD，并进行滤波处理，最终根据应用需要来实现报警、输出、存储功能；

系统应用程序中的显示进程主要完成显示任务，把相关的内容进行显示，系统具有显示接口，外扩了一块液晶屏进行显示，接口为LVDS接口。