CN110267304A - 一种机载无线网络汇聚装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机载无线网络汇聚装置，由机箱、主控制器模块以及若干个WIFI无线汇聚模块组成，其中，机箱包含电源变换模块、滤波储能模块和背板总线；主控制器模块通过背板总线与WIFI汇聚模块进行数据和指令通信；WIFI汇聚模块负责与无线子网汇集节点进行通信，接收无线子网汇集节点数据，并向无线子网汇集节点转发控制命令和配置要求。该装置采用基于大小周期的网络数据包发送方式，避免网络拥塞，充分利用带宽，提高了网络传输性能；通过基于INET标准的无线网络包封装方式，实现无线汇聚装置与机载测试系统兼容。

Description

一种机载无线网络汇聚装置
技术领域
本发明属于机载测试技术领域，涉及一种机载无线网络汇聚装置。
背景技术
在飞行试验中，传统有线方式的机载测试系统布线复杂、测试效率低下。为了高效获取不同工况下飞行试验数据，建立无线传感测试网络，降低测试装置的复杂性，节约试验成本，实现集程度高，配置灵活、兼容基于inet标准的无线汇聚装置，对于机载测试具有十分重要的工程意义。
发明内容
发明目的
为改善现有技术的问题，本发明采用智能无线传感网络技术研制一种全新的可用于飞行器试飞测试分布式机载无线网络汇聚装置。
发明技术解决方案
机载无线网络数据汇聚装置是基于aNTS1-UD1000网络化机载通用数据采集器(下文简称UD1000采集器)平台的数据采集功能模块，该装置针对嵌入式机载无线多源传感器测试网络系统需求，可通过wifi网络与无线传感器数据汇聚节点(下文简称无线汇聚节点)连接，并接收其发来包含有多个无线传感器采集参数的网络数据包。无线汇聚装置将上述网络数据包进行解包、采集，将数据送入机载采集器背板总线。机载采集器将多个无线汇聚装置经背板总线发来的数据再次组包，通过百兆以太网输出至机载记录和遥测设备，进行实时记录和监控。
机载无线网络数据汇聚装置由机箱、主控模块以及若干个WIFI无线汇聚模块组成。其中，机箱包含电源变换、储能模块和背板总线。主控模块通过背板总线与多个WIFI汇聚模块进行数据和指令通信。其中WIFI汇聚模块负责与无线子网汇集节点进行通信，接收子网数据，并向子网转发控制命令和配置要求。
优选的，主控制器模块包括微控制器电路模块、网络接口电路模块、背板总线桥电路模块、PCM编码电路模块和同步时钟产生电路模块。
优选的，微控制器电路模块包括处理器、Flash存储器和程序/数据存储器；其中处理器芯片是整个主控制器模块的核心，在主控制器模块上电时配置功能寄存器、查询连接在背板总线上的从设备的状态；在正常工作状态下，调度整个主控制器模块工作，通过以太网与上位机进行命令和数据交互，通过背板总线控制其它从设备，实现进行命令和数据交互，并且控制PCM编码器电路模块的工作；Flash存储器用于固化嵌入式实时操作系统VxWorks内核及其文件系统、应用软件和系统配置文件；程序/数据存储器作为内存，在系统运行时作为程序和数据存储器使用。
优选的，背板总线桥电路模块、PCM编码电路模块、同步时钟产生电路模块集成在单片FPGA中，实现同步时钟产生、PCM编码器和总线接口功能。
优选的，PCM编码电路模块包括：输出电路、并/串转换器、寄存器、控制电路和处理器总线接口，输出电路产生差分输出和TTL输出，输出信号包括：数据、位时钟、字时钟、子帧时钟和主帧时钟；并/串转换器将并行PCM字转换为串行PCM，寄存器由控制器插件写入PCM字，控制电路读取寄存器，产生位时钟、字时钟、子帧时钟和主帧时钟。
优选的，背板总线为自定义的模块互联总线，是一个与处理器无关的标准总线，背板总线为开放式松耦合结构，主控制器模块、WIFI汇聚模块之间按基本的约定传送数据；背板总线上的数据传送是由各种总线信号具体实现的，除了中断和复位信号外，数据信号都与总线时钟同步，都在时钟的上升沿处采样；背板总线上的数据传送是基于猝发传送的机制，一个猝发发送由一个地址相和一个或多个数据相组成。
优选的，主控制器模块上还扩展了RS232C接口，用于下载Vxworks系统的Uboot和软件程序。
优选的，电源变换模块为机载无线网络汇聚装置提供+5V，+3.3V，±12V共四种电源，输入供电电压为28V机载直流电压，电源变换模块采用隔离DC/DC模块设计。
优选的，滤波储能模块由EMI滤波电路和储能电路组成，EMI滤波电路要求能满足GJB151A-97所要求的RE102、CE102、RS103、CS101四项电磁兼容要求；储能电路在系统掉电时，继续为汇聚装置提供一定时间的持续供电。
优选的，WIFI无线汇聚模块包括WIFI网络接口电路模块、网络数据解析电路模块、采集控制电路模块、背板总线桥电路模块；网络数据解析电路模块、采集控制电路模块、背板总线桥电路模块集成在单片FPGA芯片中，FPGA芯片扩展外部数据存储器，实现网络数据解析、模块工作控制、总线接口功能。本发明的优点
本发明的优点在于：采用基于大小周期的网络数据包发送方式，避免网络拥塞，充分利用带宽，提高了网络传输性能；通过基于INET标准的无线网络包封装方式，实现无线汇聚装置与机载测试系统兼容。
附图说明
图1为本发明的机载无线网络数据汇聚装置组成框图。
图2为主控制器模块组成框图。
图3为PCM编码器组成框图。
图4为WIFI无线汇聚模块组成框图。
具体实施方式
结合发明内容概述和附图，详细说明本发明的具体实施方式。
一种机载无线网络数据汇聚装置，由机箱、主控制器模块以及若干个WIFI无线汇聚模块组成，如图1所示。其中，机箱包含电源变换模块、滤波储能模块和背板总线。主控制器模块通过背板总线与多个WIFI汇聚模块进行数据和指令通信。其中WIFI汇聚模块负责与无线子网汇集节点进行通信，接收子网数据，并向子网转发控制命令和配置要求。
1)主控制器模块
主控制器模块包括微控制器电路模块、网络接口电路模块、背板总线桥电路模块、PCM编码电路模块和同步时钟产生电路模块。主控制器模块组成框图如图2所示。
微控制器电路模块包括处理器、Flash存储器(FLASH-ROM)和程序/数据存储器(SDRAM)。其中处理器芯片是整个主控制器模块的核心，在主控制器模块上电时配置其他芯片的功能寄存器、查询连接在背板总线上的从设备的状态等。在正常工作状态下，调度控制主控制器模块工作，通过以太网与上位机进行命令和数据交互，通过背板总线控制其它从设备，实现进行命令和数据交互，并且控制PCM编码电路模块的工作。
Flash存储器用于固化嵌入式实时操作系统VxWorks内核及其文件系统、应用软件和系统配置文件。SDRAM作为内存，在系统运行时作为程序和数据存储器使用。
背板总线桥电路模块和PCM编码电路模块、同步时钟产生电路模块集成在单片FPGA中，实现同步时钟产生、PCM编码器和总线接口(HOST/背板桥)功能。PCM编码电路模块主要包括：输出电路、并/串转换器、寄存器、控制电路和处理器总线接口等，其组成框图如图3所示。输出电路产生差分输出和TTL输出，输出信号包括：数据、位时钟、字时钟、子帧时钟和主帧时钟。并/串转换器将并行PCM字转换为串行PCM，寄存器由控制器插件写入PCM字，控制电路读取寄存器，产生位时钟、字时钟、子帧时钟和主帧时钟。
背板总线为自定义的模块互联总线，是一个小尺寸、与处理器无关的标准总线，背板总线为开放式松耦合结构，主控制器模块、WIFI汇聚模块之间按基本的约定传送数据。背板总线上的数据传送是由各种总线信号具体实现的，除了中断和复位信号外，其余数据信号与总线时钟同步，都在时钟的上升沿处采样。背板总线上的数据传送是基于猝发传送的机制，一个猝发发送由一个地址相和一个或多个数据相组成。
此外，为了便于调试，主控制器模块上还扩展了RS232C接口，用于下载Vxworks系统的Uboot和软件程序。
2)电源变换和滤波储能模块设计
电源变换模块为汇聚装置提供+5V，+3.3V，±12V共四种电源，输入供电电压为28V机载直流电压，电源变换模块采用隔离DC/DC模块设计。滤波储能模块由EMI滤波电路和储能电路组成，EMI滤波电路要求能满足GJB151A-97所要求的RE102、CE102、RS103、CS101四项电磁兼容要求。储能电路主要是在系统掉电时，继续为汇聚装置提供一定时间的持续供电。
3)WIFI无线汇集模块设计
无线汇聚模块主要包括WIFI网络接口电路模块、网络数据解析电路模块、采集控制电路模块、背板总线桥电路模块。网络数据解析电路模块、采集控制电路模块、背板总线桥电路模块集成在单片FPGA芯片中，FPGA芯片扩展外部数据存储器(SDRAM)，实现网络数据解析、模块工作控制、总线接口(HOST/背板桥)功能。无线汇聚模块组成框图如图4所示。

Claims (10)

1.一种机载无线网络汇聚装置，其特征在于，由机箱、主控制器模块以及若干个WIFI无线汇聚模块组成，其中，机箱包含电源变换模块、滤波储能模块和背板总线；主控制器模块通过背板总线与WIFI汇聚模块进行数据和指令通信；WIFI汇聚模块负责与无线子网汇集节点进行通信，接收无线子网汇集节点数据，并向无线子网汇集节点转发控制命令和配置要求。
2.如权利要求1所述的一种机载无线网络汇聚装置，其特征在于，主控制器模块包括微控制器电路模块、网络接口电路模块、背板总线桥电路模块、PCM编码电路模块和同步时钟产生电路模块。
3.如权利要求2所述的一种机载无线网络汇聚装置，其特征在于，微控制器电路模块包括处理器、Flash存储器和程序/数据存储器；其中处理器芯片是整个主控制器模块的核心，在主控制器模块上电时配置功能寄存器、查询连接在背板总线上的从设备的状态；在正常工作状态下，调度整个主控制器模块工作，通过以太网与上位机进行命令和数据交互，通过背板总线控制其它从设备，实现进行命令和数据交互，并且控制PCM编码器电路模块的工作；Flash存储器用于固化嵌入式实时操作系统VxWorks内核及其文件系统、应用软件和系统配置文件；程序/数据存储器作为内存，在系统运行时作为程序和数据存储器使用。
4.如权利要求2所述的一种机载无线网络汇聚装置，其特征在于，背板总线桥电路模块、PCM编码电路模块、同步时钟产生电路模块集成在单片FPGA中，实现同步时钟产生、PCM编码器和总线接口功能。
5.如权利要求2所述的一种机载无线网络汇聚装置，其特征在于，PCM编码电路模块包括：输出电路、并/串转换器、寄存器、控制电路和处理器总线接口，输出电路产生差分输出和TTL输出，输出信号包括：数据、位时钟、字时钟、子帧时钟和主帧时钟；并/串转换器将并行PCM字转换为串行PCM，寄存器由控制器插件写入PCM字，控制电路读取寄存器，产生位时钟、字时钟、子帧时钟和主帧时钟。
6.如权利要求1所述的一种机载无线网络汇聚装置，其特征在于，背板总线为自定义的模块互联总线，是一个与处理器无关的标准总线，背板总线为开放式松耦合结构，主控制器模块、WIFI汇聚模块之间按基本的约定传送数据；背板总线上的数据传送是由各种总线信号具体实现的，数据信号与总线时钟同步，都在时钟的上升沿处采样；背板总线上的数据传送是基于猝发传送的机制，一个猝发发送由一个地址相和一个或多个数据相组成。
7.如权利要求1所述的一种机载无线网络汇聚装置，其特征在于，主控制器模块上还扩展了RS232C接口，用于下载Vxworks系统的Uboot和软件程序。
8.如权利要求1所述的一种机载无线网络汇聚装置，其特征在于，电源变换模块为机载无线网络汇聚装置提供+5V，+3.3V，±12V共四种电源，输入供电电压为28V机载直流电压，电源变换模块采用隔离DC/DC模块设计。
9.如权利要求1所述的一种机载无线网络汇聚装置，其特征在于，滤波储能模块由EMI滤波电路和储能电路组成，EMI滤波电路要求能满足GJB151A-97所要求的RE102、CE102、RS103、CS101四项电磁兼容要求；储能电路在系统掉电时，继续为汇聚装置提供一定时间的持续供电。
10.如权利要求1所述的一种机载无线网络汇聚装置，其特征在于，WIFI无线汇聚模块包括WIFI网络接口电路模块、网络数据解析电路模块、采集控制电路模块、背板总线桥电路模块；网络数据解析电路模块、采集控制电路模块、背板总线桥电路模块集成在单片FPGA芯片中，FPGA芯片扩展外部数据存储器，实现网络数据解析、模块工作控制、总线接口功能。
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