CN115866441A - 一种基于soc的数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SOC的数据采集装置，包括接口模块、信号采集模块、收发电路模块以及SOC处理器，接口模块包括信号采集接口和多个通讯接口；信号采集接口的输出端连接信号采集模块，用于接收机载设备输入的第一信号；信号采集通道的输出端连接SOC处理器，将采集的第一信号输出至SOC处理器进行处理；收发电路模块与其对应的接口模块用于采集机载设备的第二信号并将其输出至SOC处理器，或将经过SOC处理器处理后的第一信号通过收发电路模块输出至终端系统。本发明能够实时采集和监测机载设备的运行状态，并实现了各机载设备的同步运行控制。

Description

一种基于SOC的数据采集装置

技术领域

本发明属于飞机测试与控制技术领域，特别是涉及一种基于SOC的数据采集装置。

背景技术

在飞行控制系统中，数据采集装置作为整个任务系统的关键，其作用是对任务系统中各个组件的状态监控和数据交互。目前飞行控制系统中对各个组件进行数据采集和状态检测时需要配置多种测量设备，用于各种信号的采集与处理，这种方式不仅效率低，成本高，而且实用性不强。

SOC(system on chip)称为片上系统，能在一个单芯片上集成高密集数据处理电路、模拟电路、各类输入输出通讯接口以及专用算法、协议的片上控制微系统，能够在一个芯片内处理声、光、电、磁等信号，从而使整个系统集成度更高、功能更强、功耗更低，具有更高的可靠性。集成化的处理器以其绝对的优势，在控制系统中占据重要的一角。关于基于SOC的采集系统的应用在国内还比较少。

为了使数据采集装置能在功能、体积、重量上进一步优化，需要用一种智能化、小型化、模块化的数据采集装置对飞行控制系统系统的各个组件进行状态检测与数据交互。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于SOC的数据采集装置，该装置可以对多种机载设备的状态信息采样、数据通讯、数据交互与控制。

本发明提供了一种基于SOC的数据采集装置，包括：接口模块、信号采集模块、收发电路模块以及SOC处理器，所述接口模块包括信号采集接口和多个通讯接口；

所述信号采集接口的输出端连接信号采集模块，用于接收机载设备输入的第一信号；

所述信号采集模块包括依次连接的通道选择模块和多路信号采集通道，所述通道选择模块在SOC处理器发送的控制信号下控制对应的信号采集通道导通，使所述信号采集通道对第一信号进行采集；所述信号采集通道的输出端连接SOC处理器，将采集的第一信号输出至SOC处理器进行处理；

所述收发电路模块中每个收发电路的一端与对应的一个通讯接口双向连接，另一端与SOC处理器双向连接，所述收发电路模块与其对应的接口模块用于采集机载设备的第二信号并将其输出至SOC处理器，或将经过SOC处理器处理后的第一信号通过收发电路模块输出至终端系统。

优选的，所述第一信号包括离散量输入信号和模拟量输入信号；所述多路信号采集通道包括至少一路离散量信号采集通道和模拟量信号采集通道。

优选的，所述收发电路模块采集的第二信号用于对所述第一信号进行组帧处理的时钟和频率基准信号，使机载设备根据所述第二信号保持时间和频率同步。

优选的，所述离散量信号采集通道的输出端连接高速光耦合器，用于对实现对离散量输入信号进行隔离采集。

优选的，所述模拟量信号采集通道的输出端连接隔离运算放大器；输入端连接有分压网络，用于对采集的模拟量信号进行分压和滤波，所述模拟量输入信号依次经过分压网络、通道选择模块后进入模拟量信号采集通道。

优选的，所述通道选择模块包括若干个继电器，每个继电器控制一路信号采集通道的导通或断开。

优选的，所述通讯接口包括RS422通讯接口、CAN通讯接口、以太网接口，所述RS422通讯接口与机载设备连接，所述CAN通讯接口与机载设备连接；所述以太网接口与终端系统连接。

优选的，所述收电路模块包括RS422隔离收发电路；所述RS422收发电路一端与所述SOC处理器连接，另一端与所述RS422通讯接口连接，用于采集机载设备的第二信号并将其传输至SOC处理器，或将经过SOC处理器处理后的第一信号通过RS422隔离收发电路输出至终端系统。

优选的，所述收发电路模块还包括CAN隔离收发电路；所CAN隔离收发电路一端与所述SOC处理器连接，另一端与所述CAN通讯接口连接，用于SOC处理器与机载设备之间的通讯。

优选的，所述以太网接口与终端系统相连，用于将所述第一信号与第二信号发送至终端系统，以及将终端系统的指令通过所述SOC处理器输送至机载设备。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的基于SOC的数据采集装置，利用SOC处理器通过对多种机载设备的多路模拟量信号、离散量信号进行并行数据采集，可实现对任务系统中多种机载设备的工作状态信息进行采集，并实现对各机载设备的同步或异步运行控制；采用SOC处理器的可编辑逻辑控制程序控制通道选择模块对同一采集接口输出端连接的不同信号采集通道进行切换，实现了两种输入信号采集接口的复用，有效节省了接口数量，保证了信号采集的精度。

(2)本发明提供的基于SOC的数据采集装置，SOC处理器与多个收发电路模块连接，采集机载设备的第二信号并将其输出至SOC处理器，或将经过SOC处理器处理后的第一信号通过收发电路模块输出至外部系统，实现了机载设备与外部系统之间多样化的通信方式，其功能丰富，数据传输速率快，通讯方式丰富，采集状态多样，小型化，还具备良好的开放性、通用性和系统扩展性。

(3)本发明提供的基于SOC的数据采集装置，采集机载设备的第二信号并将其输出至SOC处理器，第二信号用于对第一信号进行组帧处理的时钟和频率基准信号，使任务系统中不同机载设备保持时间和频率同步，实现了对各机载设备的同步运行控制。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于SOC的数据采集装置示意图；

图2是本发明实施例提供的分压网络和通道选择模块示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本申请提供一种基于SOC的数据采集装置，图1为本申请实施例提供的一种基于SOC的数据采集装置的结构示意图，请参阅图1，该装置包括：接口模块、信号采集模块、多个收发电路模块以及SOC处理器，接口模块包括信号采集接口和多个通讯接口；

信号采集接口的输出端连接信号采集模块，用于接收机载设备输入的第一信号；信号采集模块包括依次连接的通道选择模块和多路信号采集通道，通道选择模块在SOC处理器发送的控制信号下控制对应的信号采集通道开启，使所述信号采集通道对第一信号进行采集；信号采集通道的输出端连接SOC处理器，将采集的第一信号输出至SOC处理器进行处理；

多个收发电路模块中每个模块的一端与对应的一个通讯接口双向连接，另一端均与所述SOC处理器双向连接，收发电路模块与其对应的接口模块用于采集机载设备的第二信号并将其传输至SOC处理器，或将经过SOC处理器处理后的第一信号通过收发电路模块输出至终端系统。

具体的，第一信号包括离散量输入信号和模拟量输入信号；多路信号采集通道包括至少一路离散量信号采集通道和模拟量信号采集通道，用于对离散量信号和模拟量信号的采集。利用SOC处理器通过对多种机载设备的多路模拟量信号、离散量信号进行并行数据采集，可实现对任务系统中多种机载设备的进行状态信息采集，通过采集各机载设备的工作状态信息，实现对各机载设备的同步或异步运行控制。

具体的，离散量信号采集通道的输出端连接高速光耦合器，用于对实现对离散量输入信号进行隔离采集。

具体的，模拟量信号采集通道的输出端连接隔离运算放大器；输入端连接有分压网络，用于对采集的输入信号进行分压和滤波，所述模拟量输入信号依次经过分压网络、通道选择模块后进入模拟量信号采集通道。

在一个具体实施例中，分压网络的结构如图2所示，分压网络由2个精密电阻R509和R512串联分压，滤波电感L501串接在输入端和电阻R509之间，滤波电容C501接在输出端与地之间组成，起到分压与滤波的作用，以适应SOC与模拟量信号采集通道的输入电压。

具体的，通道选择模块包括若干个继电器，每个继电器控制一路信号采集通道的导通或断开，通过通道继电器控制多路信号采集通道的导通或断开，来分别切换对离散量信号和模拟量信号的采集，实现模拟量信号与离散量信号复用于同一信号采集接口。

在一个具体的实施例中，图2是通道选择模块的示意图，如图2所示，包括若干个继电器，每个继电器的输入端连接信号采集接口，输出端连接不同的信号采集通道KCB1、KCB2、KCB3，其中KCB1的输出端连接离散量采集通道，KCB2的输出端连接模拟量通道，KCB3为备用通道，当输入信号为模拟量信号时，模拟量输入信号在经过分压网络之后，通过SOC处理器的控制程序使KCB1为高电平，模拟采集通道导通；当输入信号为离散量信号时，通SOC处理器的控制程序使KCB2为高电平，离散量信号采集通道导通，从而实现模拟量AD1+与离散量DI5的接口复用。

在一个具体的实施例中，通讯接口包括RS422通讯接口、CAN通讯接口、以太网接口，所述RS422通讯接口与机载设备连接，所述CAN通讯接口与机载设备连接；所述以太网接口与终端系统连接。

SOC处理器内部集成UART总线控制器、CAN总线控制器、以太网控制器，在一个具体的实施例中，收电路模块包括RS422隔离收发电路；RS422收发电路一端与所述SOC处理器中的UART总线控制器连接，另一端与所述RS422通讯接口连接，用于采集机载设备的第二信号并将其传输至SOC处理器，或将经过SOC处理器处理后的第一信号通过RS422隔离收发电路输出至终端系统。

具体的，RS422收发电路采集的第二信号用于第一信号进行组帧处理的时钟和频率基准信号，使机载设备根据所述第二信号保持时间和频率同步，从而实现对各机载设备的同步运行控制。

RS422隔离收发电路通讯的主要功能是实现对任务系统中各机载设备的时间和频率同步，同时可输出各个机载设备的工作状态信息，并通过任务系统软件终端对任务系统的各机载设备进行功能配置。

在另一个具体的实施例中，收发电路模块还包括CAN隔离收发电路；CAN隔离收发电路一端与所述SOC处理器中的CAN总线控制器连接连接，另一端与CAN通讯接口连接，CAN隔离收发电路通讯可以实现任务系统与外部系统之间的数据传输功能。

另一个具体的实施例中，还包括以太网通讯，通过以太网接口依次连接网络变压器和PHY芯片，形成10M/100M/1000M自适应以太网，另一端与SOC处理器中的以太网控制器连接，用于SOC处理器与终端系统之间的相互通讯，将采集的第一信号、第二信号传输至终端系统，从而实时监测机载设备工作状态数据，并且将终端系统的指令通过SOC处理器输送至待机载设备。

另一个具体的实施例中，还包括存储模块，存储模块连接SOC控制器，用于对SOC中采集的数据信息和通讯数据信息进行存储或缓存，包括第一信号数据、第二信号数据、通信接口数据等。具体的，内存模块选用DDR3SDRAM芯片和SPI FLASH芯片，分别可以提供4GB和256M容量的内存。

下面对本实施例提供的基于SOC的数据采集装置工作过程进行简要说明。

信号采集接口接收机载设备输入的第一信号，第一信号包括离散量信号和模拟量信号，SOC单元中控制程序检测信号采集接口接收的第一信号类型，根据第一信号类型发送控制信号给通道选择模块控制对应的信号采集通道导通，当输入信号为模拟量信号时，控制信号控制通道选择模块中与模拟量采集通道对应的继电器导通，使模拟量信号经过分压网络进入模拟采集通道，模拟量输入信号通过隔离放大器和运算放大电路对信号放大后输入SOC控制器中；当输入信号为离散量信号时，控制信号控制通道选择模块中与离散量采集通道对应的继电器导通，使离散量信号进入离散量采集通道，离散量信号通过高速光耦合器进行采集后输入到SOC控制器，实现模拟量信号与离散量信号复用于同一信号采集接口进行信号采集。

同时还通过RS422收发电路采集机载设备的第二信号并将第二信号传输至SOC处理器，SOC控制器以第二信号的时钟和频率为基准对采集的第一信号进行组帧处理，使不同的机载设备根据第二信号保持时间和频率同步，实现对各机载设备的同步运行控制。

第一信号在SOC控制器中进行处理后，根据需求通过不同的收发电路发送到终端系统，实现与外部的通讯。通过RS422隔离收发电路和RS422通讯接口与外部进行通讯；经过SOC处理器处理后的第一信号通过RS422隔离收发电路输出至终端系统。通过CAN隔离收发电路；所CAN隔离收发电路一端与所述SOC处理器连接，另一端与所述CAN通讯接口连接，将经过SOC处理器处理后的第一信号通过CAN隔离收发电路输出至终端系统。

本发明提供的基于SOC的数据采集装置，利用SOC处理器通过对多种机载设备的多路模拟量信号、离散量信号进行并行数据采集，可实现对任务系统中多种机载设备的工作状态信息进行采集，实现对各机载设备的同步或异步运行控制；采用SOC处理器的可编辑逻辑控制程序控制通道选择模块对同一采集接口输出端连接的不同信号采集通道进行切换，实现了两种输入信号采集接口的复用，有效节省了接口数量，保证了信号采集的精度。本发明应用于对任务系统多种机载设备进行并行数据采集与分析处理，同时接收机载设备的第二信号，以此为基准对采集到的数据进行组帧处理，实现了任务系统中不同机载设备时间和频率的同步，并可通过RS422接口或以太网接口等多种通讯方式将数据发送至任务终端系统。其功能丰富，数据传输速率快，通讯方式丰富，采集状态多样，小型化，还具备良好的开放性、通用性和系统扩展性。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于SOC的数据采集装置，其特征在于，包括：接口模块、信号采集模块、收发电路模块以及SOC处理器，所述接口模块包括信号采集接口和多个通讯接口；

所述信号采集接口的输出端连接信号采集模块，用于接收机载设备输入的第一信号；

所述信号采集模块包括依次连接的通道选择模块和多路信号采集通道，所述通道选择模块在SOC处理器发送的控制信号下控制对应的信号采集通道导通，使所述信号采集通道对第一信号进行采集；所述信号采集通道的输出端连接SOC处理器，将采集的第一信号输出至SOC处理器进行处理；

所述收发电路模块中每个收发电路的一端与对应的一个通讯接口双向连接，另一端与SOC处理器双向连接，所述收发电路模块与其对应的接口模块用于采集机载设备的第二信号并将其输出至SOC处理器，或将经过SOC处理器处理后的第一信号通过收发电路模块输出至终端系统。

2.如权利要求1所述的于SOC的数据采集装置，其特征在于，所述第一信号包括离散量输入信号和模拟量输入信号；所述多路信号采集通道包括至少一路离散量信号采集通道和模拟量信号采集通道。

3.如权利要求1所述的基于SOC的数据采集装置，其特征在于，所述收发电路模块采集的第二信号用于对所述第一信号进行组帧处理的时钟和频率基准信号，使机载设备根据所述第二信号保持时间和频率同步。

4.如权利要求2所述的基于SOC的数据采集装置，其特征在于，所述离散量信号采集通道的输出端连接高速光耦合器，用于对实现对离散量输入信号进行隔离采集。

5.如权利要求2所述的基于SOC的数据采集装置，其特征在于，所述模拟量信号采集通道的输出端连接隔离运算放大器；输入端连接有分压网络，用于对采集的模拟量信号进行分压和滤波，所述模拟量输入信号依次经过分压网络、通道选择模块后进入模拟量信号采集通道。

6.如权利要求1所述的基于SOC的数据采集装置，其特征在于，所述通道选择模块包括若干个继电器，每个继电器控制一路信号采集通道的导通或断开。

7.如权利要求1所述的基于SOC的数据采集装置，其特征在于，所述通讯接口包括RS422通讯接口、CAN通讯接口、以太网接口，所述RS422通讯接口与机载设备连接，所述CAN通讯接口与机载设备连接；所述以太网接口与终端系统连接。

8.如权利要求1所述的基于SOC的数据采集装置，其特征在于，所述收电路模块包括RS422隔离收发电路；所述RS422收发电路一端与所述SOC处理器连接，另一端与所述RS422通讯接口连接，用于采集机载设备的第二信号并将其传输至SOC处理器，或将经过SOC处理器处理后的第一信号通过RS422隔离收发电路输出至终端系统。

9.如权利要求1所述的基于SOC的数据采集装置，其特征在于，所述收发电路模块还包括CAN隔离收发电路；所CAN隔离收发电路一端与所述SOC处理器连接，另一端与所述CAN通讯接口连接，用于SOC处理器与机载设备之间的通讯。

10.如权利要求7所述的基于SOC的数据采集装置，其特征在于，所述以太网接口与终端系统相连，用于将所述第一信号与第二信号发送至终端系统，以及将终端系统的指令通过所述SOC处理器输送至机载设备。

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