CN111123814B - 脉冲编码调制帧结构可编程采编器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲编码调制帧结构可编程采编器，用于采集被测信号，对被测信号进行编码和组帧，并输出PCM数据流；包括帧结构设置模块和数据采集模块；所述帧结构设置模块可以设置不同的被测对象和帧格式参数，所述帧结构设置模块和数据采集模块配合实现对不同的被测对象进行信号采集，按照不同的帧格式参数对采集到的信号进行编码和组帧，并输出PCM数据流。本发明的脉冲编码调制帧结构可编程采编器采用灵活的设置方式使其能够适应不同的被测对象，适应性好，通用性强；兼顾长期发展的测试任务要求，能够随意设定编码和组帧格式；方便在各种场合的测试应用，还提高了设备的耐冲击性能。

Description

脉冲编码调制帧结构可编程采编器

技术领域

本发明属于遥测测量技术领域，具体而言，涉及一种脉冲编码调制帧结构可编程采编器。

背景技术

遥测测量技术是一种对被测对象的某些参数进行远距离检测，并把测得的数据传送到接收地点的技术。完整的遥测系统包括遥测采编器和遥测发射机两部分。PCM(PulseCode Modulation，脉冲编码调制)遥测采编器广泛应用于导弹、航天遥测系统，可实现对模拟信号、数字信号等采集、编码和组帧，并输出PCM数据流。

随着遥测测量技术的发展，遥测采编器需检测不同的测试对象，适应不同的测试环境，传统的PCM遥测采编器多属定制型，通用性差，且无法适应不同的测试环境，无法检测不同的测试对象，不能随意设定编码和组帧格式，无法应对高冲击、过载等恶劣条件。

发明内容

本发明的目的在于解决现有遥测类采编器属于定制型，检测不同的测试环境时通用性差，被测对象、编码和组帧格式固定，不能随意设定的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种脉冲编码调制帧结构可编程采编器，用于采集被测信号，对被测信号进行编码和组帧，并输出PCM数据流；所述脉冲编码调制帧结构可编程采编器包括帧结构设置模块和数据采集模块；所述帧结构设置模块可以设置不同的被测对象和帧格式参数，所述帧结构设置模块和数据采集模块配合实现对不同的被测对象进行信号采集，按照不同的帧格式参数对采集到的信号进行编码和组帧，并输出PCM数据流。

作为上述装置的一种改进，所述帧结构设置模块用于设置帧结构相关参数、发送参数和下载数据，所述帧结构设置模块包括参数设置单元、表格生成单元、参数发送单元和数据下载单元；

所述参数设置单元用于设置帧结构参数；

所述表格生成单元用于根据帧结构参数生成帧结构表格；

所述参数发送单元用于将帧结构参数和帧结构表格发送到数据采集模块；

所述数据下载单元用于下载数据。

作为上述装置的一种改进，所述帧结构参数包括被测对象和帧格式参数；

所述被测对象包括模拟信号、数字信号和开关信号；

所述帧格式参数包括码速率、波特率、同步字、子帧长、副帧长和子帧类型；

作为上述装置的一种改进，所述帧结构表格中的参数被映射成具体数值通过发送到数据采集模块。

作为上述装置的一种改进，所述数据采集模块，用于保存帧结构参数和帧结构表格，采集和接收被测对象的测量数据，按照设置的帧格式参数对采集到的信号进行编码和组帧，输出PCM数据和PCM时钟；

所述数据采集模块包括：参数存储单元、数据采集单元、主控单元和数据存储单元；

所述参数存储单元用于保存帧结构参数和帧结构表格；

所述数据采集单元用于采集数据，并将所述采集到的数据供主控单元读取；

所述主控单元用于读取参数存储单元中的帧结构参数和帧结构表格，读取数据采集单元采集的遥测数据；输出PCM数据和PCM时钟；并将所述遥测数据按照帧结构表格的格式保存在数据存储单元；

所述数据存储单元对主控单元的遥测数据按照帧格式进行存储，存储的数据可通过帧结构设置模块数据下载单元下载。

作为上述装置的一种改进，所述数据采集单元包括：模拟信号采集子单元，开关信号接收子单元和数字信号接收子单元；

所述模拟信号采集子单元主要由仪表放大器、模拟开关和模数转换器组成，用于完成对模拟信号采集、放大和模数转换，输出数字信号；

所述模拟信号首先进入仪表放大器，然后放大后的信号进入模拟开关，模拟开关按时选通一路进入模数转换器进行模数转换，转换完成后的数字信号存储在模拟信号采集子单元的数据缓存器内；

所述开关信号接收子单元用于接收开关信号，将开关信号经光耦隔离电路转换成数字信号后存储在开关信号接收子单元的数据缓存器内；

所述数字信号接收子单元用于接收RS422总线传来的数字信号，存储在数字信号接收子单元的数据缓存器内。

作为上述装置的一种改进，所述主控单元包括：帧格式RAM、码速率生成器、PCM编码子单元和遥测数据寄存器；

所述帧格式RAM用于存放帧结构表格；

所述码速率生成器用于依据码速率产生PCM时钟；

所述PCM编码子单元用于读取帧格式RAM内的数据，将索引出的数值按照映射关系所对应的具体数据输出给遥测数据寄存器；

所述遥测数据寄存器用于寄存PCM编码子单元输出的数据和按照PCM时钟用移位的方式输出PCM数据。

作为上述装置的一种改进，所述PCM编码子单元按地址索引读取帧格式RAM中的帧结构表格；

所述帧结构表格的每一个数据对应帧格式RAM中的一个索引地址；

所述PCM编码子单元读取某个索引地址的数值后，相应索引地址加1，获取下一个索引地址；

所述PCM编码子单元根据索引得到的数值所映射的被测对象，读取数据采集单元对应所述被测对象的采集子单元缓存的数据，发送给遥测数据存储单元；

所述PCM编码子单元将索引到的帧格式参数的数值所映射的数据发送给遥测数据存储单元。

作为上述装置的一种改进，所述遥测数据存储器为一个8bit的数据缓存器，按照PCM时钟用移位的方式，将数据的最高位依次输出，形成PCM数据。

作为上述装置的一种改进，所述数据采集模块设置于坚固式壳体内；

所述坚固式壳体，用于提高设备的耐冲击性能，采用加固式结构对内部的数据采集模块进行灌封，然后填充缓冲物；

所述坚固式壳体包括内坚固式壳体和外层结构体；

所述灌封后的内坚固式壳体设置于外层结构体内部，所述内坚固式壳体和外层结构体之间填充有缓冲材料；

外层结构体材料为航空铝合金。

本发明的优势在于：

1、本发明的脉冲编码调制帧结构可编程采编器采用灵活的设置方式使其能够适应不同的被测对象，适应性好，通用性强；

2、本发明的脉冲编码调制帧结构可编程采编器兼顾长期发展的测试任务要求，能够随意设定编码和组帧格式；方便在各种场合的测试应用；

3、本发明的脉冲编码调制帧结构可编程采编器提高了设备的耐冲击性能，坚固式壳体采用加固式结构设计，避免在高冲击过载环境下损坏采编器，增强采编器的适应性。

附图说明

图1本发明的脉冲编码调制帧结构可编程采编器数据采集模块示意图；

图2(a)本发明的脉冲编码调制帧结构可编程采编器坚固式壳体组成示意图；

图2(b)本发明的脉冲编码调制帧结构可编程采编器内层壳体示意图；

图2(c)本发明的脉冲编码调制帧结构可编程采编器外层壳体示意图；

图2(d)本发明的脉冲编码调制帧结构可编程采编器外盖示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。

本发明提出一种脉冲编码调制帧结构可编程采编器，包括数据采集模块以及帧结构设置模块；所述数据采集模块和帧结构设置模块配合实现了帧结构可编程功能，在不改动硬件的情况下，帧结构中所有的参数均可通过帧结构设置模块编程设置，增强了采编器的通用性。

所述数据采集模块由数据采集单元、主控单元、数据存储单元和参数存储单元构成；但不限于此。

具体的，所述数据采集模块的主控单元用于采集、接收并存储遥测数据，输出PCM数据，产生PCM时钟，和与外围功能模块进行通信。

所述数据采集单元包括模拟信号采集子单元，开关信号接收子单元和数字信号接收子单元；

所述模拟信号采集子单元用于完成对模拟信号的采集、放大和AD转换，输出数字信号至数据缓存器，供主控单元读取；

所述开关信号接收子单元用于完成开关信号的接收，并转换成数字信号至数据缓存器，供主控单元读取；

所述数字信号接收单元用于完成接收RS422总线的数字信号，并转换至数据缓存器，供主控单元读取。

所述主控单元包括码速率生成器、帧格式RAM、PCM编码子单元和遥测数据寄存器，但不限于此；

所述码速率生成器用于依据帧结构表格内的码速率产生PCM时钟；

所述帧格式RAM用于存放帧结构表格；

所述PCM编码子单元用于按照的帧结构表格索引帧格式RAM，按照帧格式参数接收数据采集单元发送的模拟信号、开关信号或数字信号数据，将所述模拟信号、开关信号或数字信号的数据按照帧格式参数，输出给遥测数据寄存器；

所述遥测数据寄存器用于按PCM时钟以移位的方式输出PCM数据；

所述主控单元还用于与外围功能模块进行通信；

所述参数存储单元用于存放帧结构表格和帧格式参数；

所述数据存储单元对主控单元的数据按照帧结构进行存储，存储的数据可下载；

所述帧结构设置模块，用于对脉冲编码调制帧结构可编程采编器所有的编程及设置，完成帧结构的设置、参数发送和数据下载等工作。

所述帧结构的设置包括测量对象的设置和帧格式参数的设置；被测对象的设置可从模拟信号，数字信号以及开关信号中任意选择，帧格式参数的设置包括所述帧格式参数包括码速率、波特率、同步字、子帧长、副帧长和子帧类型等的设置；

所述帧结构设置模块对帧结构的设置完成后，会自动生成一个帧结构表格，所述帧结构表格中的参数被映射成具体数值存储到数据采集模块。

主控单元对帧结构参数的读取是按帧索引的方式进行，从帧格式RAM中索引出的具体数值按照一定的映射关系从数据采集单元中输出对应的数据给遥测数据存储器。遥测数据存储器按照移位的方式将最高位MSB输出给PCM数据。

本发明的脉冲编码调制帧结构可编程采编器工作时，参数存储单元中的参数数据被读入主控单元；其中，所述主控单元利用设置的码速率控制码速率生成器产生PCM时钟；将生成的帧结构表格存放到帧格式RAM，然后PCM编码子单元取数是按帧索引的方式进行，读帧表格RAM地址加1，获取下一个帧索引，索引取到的数据赋给帧格式化后的遥测数据存储器，遥测数据存储器按照PCM时钟以移位的方式输出最高位MSB给PCM数据。主控单元还负责与外围功能模块的通信和控制。

为了提高设备的耐冲击性能，本发明的脉冲编码调制帧结构可编程采编器还采用了坚固式壳体结构。所述坚固式壳体采取强化灌封和填充缓冲材料的措施，避免在高冲击过载环境下损坏设备，提高设备的耐冲击性能，增强设备的适应性。

所述强化灌封就是对数据采集模块进行无孔整体包装，固化成模块。整体封装后，内部器件、连接线等在高冲击过载作用下不会产生相对错动，产生的弹性形变也显著降低，局部应力显著降低，抗冲击过载性能得到很大提高，提高了采集器的可靠性。所述填充缓冲材料就是在内外层结构间，安装缓冲垫，为内层电路提供冲击缓冲，缓冲作用于内部的冲击曲线，可为内部电路的抗冲击设计提供余量。

脉冲编码调制帧结构可编程采编器灵活的设置方式使其能够适应不同的测对象，坚固式壳体采用加固式结构设计，体积小、适应性好、通用性强。

脉冲编码调制帧结构可编程采编器在满足当前设计的前提下，同时又兼顾用户中长期发展的测试任务要求，方便用户在各种场合的测试应用。

实施例

如图1所示，脉冲编码调制帧结构可编程采编器的数据采集模块示意图。

所述数据采集单元中模拟信号采集子单元主要由仪表放大器、模拟开关和ADC模数转换器组成；

所述模拟信号首先进入仪表放大器，然后放大后的信号进入模拟开关，模拟开关按时选通一路进入ADC进行模数转换，转换完成后的数字信号可输出至模拟量存储器；

所述数字信号接收子单元采用专用RS422接口芯片接收数字信号并进行转换，转换完成的信号可输出至数字量存储器；

所述开关信号接收子单元接收到的开关信号经光耦隔离电路转换后输出，可直接输出至开关量存储器。

所述帧结构设置模块用于完成对整机系统的帧结构的设置、数据下载等工作。帧结构的设置包括测量对象的设置和帧格式参数的设置。被测对象可从模拟信号，数字信号以及开关信号中任意选择，帧格式参数包括波特率，同步字，子帧长，副帧长和子帧类型等。设置完成后，帧结构设置模块会生成帧结构表格，所述帧结构表格中的参数被映射成具体数值发送到参数存储单元。

映射关系如下：

模拟量：0x00～0x2F，0x00表示第1路，0x01表示第2路，...

数字量：0x70～0x7F，0x70表示第1路，0x71表示第2路，...

开关量：0x66，0x67，1～8路占据1个字节，9～16路占据一个字节；

子帧计数：0x60；

全帧计数：0x61；

0xF0/0xF1/0xF2/0xF3：表示帧同步字从低到高四个字节；

0xF6/0xF7/0xF8/0xF9：表示帧同步字反码从低到高四个字节；

本发明脉冲编码调制帧结构可编程采编器工作时，主控单元读取帧结构表格和帧格式参数，主控单元中码速率生成器根据码速率生成PCM时钟，帧结构表格存入帧格式RAM。

PCM编码子单元是按帧索引的方式读取帧格式RAM中的帧结构参数，PCM编码子单元每读一个参数数据，帧格式RAM地址加1，获取下一个帧索引；根据读取的参数数据映射的被测对象读取数据采集单元的对应的数据，输出给遥测数据寄存器；

所述遥测数据寄存器按照PCM时钟以移位的方式输出最高位MSB给PCM数据。

假如一个完整帧表格中存放的全帧的某一个子帧为如下表：

子帧计数

模拟量通道1

模拟量通道2

同步字高字节

同步字低字节

则这个子帧在帧表格RAM中按照帧格式依次存为：

0x60

0x00

0x01

0xF0

0xF1

取数时，假如某次地址加1后，索引到该子帧的0x60，则将子帧计数值给遥测数据存储器。地址再次加1，索引到0x00，则将模拟量第一通道的数据读出发送给遥测数据存储器，以此类推。

遥测数据存储器是一个8bit的数据缓存器，按照PCM时钟以移位的方式输出最高位MSB给PCM_DATA。例如，遥测数据存储器中存储的当前数据为0x55，0x55可用二进制表示为01010101，最高位MSB为0，0作为PCM_DATA输出，同时遥测数据存储器左移一位，后面补零，也就得到10101010，最高位MSB为1，1作为PCM_DATA输出。依次类推，按照PCM时钟将上面的每次移位得到的最高位MSB依次输出，就是PCM数据流输出。

所述数据存储单元对数据采集单元采集、接收的信号量按照帧格式进行存储，存储的数据可通过帧结构设置模块下载。

本发明所述脉冲编码调制帧结构可编程采编器运用了强化灌封和增加缓冲的措施，可以适应高冲击过载的工作环境，避免在高冲击过载环境下损坏设备。所述脉冲编码调制帧结构可编程采编器采用双层坚固式壳体设计即内坚固式壳体和外层结构体，所述数据采集模块安装于内坚固式壳体中，并用硅凝胶灌封。外层结构体材料为航空铝合金，标号7075，外层结构体及内坚固式壳体之间均填充有缓冲材料。

如图2(a)、图2(b)、图2(c)和图2(d)所示，将所述数据采集模块装于一个坚固式壳体内就组成完整的采编器设备。

为保证结构设计可靠性，利用有限元仿真软件对结构进行了力学分析。分析环境为连续加载1500g加速度场持续1s，截取0.8s瞬间的应力状态。经过分析仿真结果可知，结构最大应力约3.2MPa，远小于7075铝合金的屈服极限503MPa；结构最大应变远小于制造公差，机械变形对设备影响可以忽略不计同时内坚固式壳体在高过载下的应变大小也控制在机械公差范围内，没有对数据采集模块造成影响。整体应力应变水平远小于材料极限，说明本发明所述脉冲编码调制帧结构可编程采编器可以适应高冲击过载的测试环境。

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 (9)

1.一种脉冲编码调制帧结构可编程采编器，用于采集被测信号，对被测信号进行编码和组帧，并输出PCM数据流；其特征在于，所述脉冲编码调制帧结构可编程采编器包括帧结构设置模块和数据采集模块；所述帧结构设置模块可以设置不同的被测对象和帧格式参数，所述帧结构设置模块和数据采集模块配合实现对不同的被测对象进行信号采集，按照不同的帧格式参数对采集到的信号进行编码和组帧，并输出PCM数据流；

所述帧结构设置模块用于设置帧结构相关参数、发送参数和下载数据，所述帧结构设置模块包括参数设置单元、表格生成单元、参数发送单元和数据下载单元；

所述参数设置单元用于设置帧结构参数；

所述表格生成单元用于根据帧结构参数生成帧结构表格；

所述参数发送单元用于将帧结构参数和帧结构表格发送到数据采集模块；

所述数据下载单元用于下载数据。

2.根据权利要求1所述的脉冲编码调制帧结构可编程采编器，其特征在于，所述帧结构参数包括被测对象和帧格式参数；

所述被测对象包括模拟信号、数字信号和开关信号；

所述帧格式参数包括码速率、波特率、同步字、子帧长、副帧长和子帧类型。

3.根据权利要求1所述的脉冲编码调制帧结构可编程采编器，其特征在于，所述帧结构表格中的参数被映射成具体数值通过发送到数据采集模块。

4.根据权利要求1所述的脉冲编码调制帧结构可编程采编器，其特征在于，所述数据采集模块，用于保存帧结构参数和帧结构表格，采集和接收被测对象的测量数据，按照设置的帧格式参数对采集到的信号进行编码和组帧，输出PCM数据和PCM时钟；

所述数据采集模块包括：参数存储单元、数据采集单元、主控单元和数据存储单元；

所述参数存储单元用于保存帧结构参数和帧结构表格；

所述数据采集单元用于采集遥测数据，并将所述采集到的数据发送至主控单元；

所述主控单元用于读取参数存储单元中的帧结构参数和帧结构表格，读取数据采集单元采集的遥测数据；输出PCM数据和PCM时钟；并将所述遥测数据按照帧结构表格的格式保存在数据存储单元；

所述数据存储单元对主控单元的遥测数据按照帧格式进行存储，存储的数据可通过帧结构设置模块数据下载单元下载。

5.根据权利要求4所述的脉冲编码调制帧结构可编程采编器，其特征在于，所述数据采集单元包括：模拟信号采集子单元，开关信号接收子单元和数字信号接收子单元；

所述模拟信号采集子单元主要由仪表放大器、模拟开关和模数转换器组成，用于完成对模拟信号采集、放大和模数转换，输出数字信号；

所述模拟信号首先进入仪表放大器，然后放大后的信号进入模拟开关，模拟开关按时选通一路进入模数转换器进行模数转换，转换完成后的数字信号存储在模拟信号采集子单元的数据缓存器内；

所述开关信号接收子单元用于接收开关信号，将开关信号经光耦隔离电路转换成数字信号后存储在开关信号接收子单元的数据缓存器内；

所述数字信号接收子单元用于接收RS422总线传来的数字信号，存储在数字信号接收子单元的数据缓存器内。

6.根据权利要求4所述的脉冲编码调制帧结构可编程采编器，其特征在于，所述主控单元包括：帧格式RAM、码速率生成器、PCM编码子单元和遥测数据寄存器；

所述帧格式RAM用于存放帧结构表格；

所述码速率生成器用于依据码速率产生PCM时钟；

所述PCM编码子单元用于读取帧格式RAM内的数据，将索引出的数值按照映射关系所对应的具体数据输出给遥测数据寄存器；

所述遥测数据寄存器用于寄存PCM编码子单元输出的数据和按照PCM时钟用移位的方式输出PCM数据。

7.根据权利要求6所述的脉冲编码调制帧结构可编程采编器，其特征在于，所述PCM编码子单元按地址索引读取帧格式RAM中的帧结构表格；

所述帧结构表格的每一个数据对应帧格式RAM中的一个索引地址；

所述PCM编码子单元读取某个索引地址的数值后，相应索引地址加1，获取下一个索引地址；

所述PCM编码子单元根据索引得到的数值所映射的被测对象，读取数据采集单元对应所述被测对象的采集子单元缓存的数据，发送给遥测数据存储单元；

所述PCM编码子单元将索引到的帧格式参数的数值所映射的数据发送给遥测数据存储单元。

8.根据权利要求6所述的脉冲编码调制帧结构可编程采编器，其特征在于，所述遥测数据寄存器为一个8bit的数据缓存器，按照PCM时钟用移位的方式，将数据的最高位依次输出，形成PCM数据。

9.根据权利要求1所述的脉冲编码调制帧结构可编程采编器，其特征在于，所述数据采集模块设置于坚固式壳体内；

所述坚固式壳体，用于提高设备的耐冲击性能，采用加固式结构对内部的数据采集模块进行灌封，然后填充缓冲物；

所述坚固式壳体包括内坚固式壳体和外层结构体；

所述灌封后的内坚固式壳体设置于外层结构体内部，所述内坚固式壳体和外层结构体之间填充有缓冲材料；

外层结构体材料为航空铝合金。

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