CN208000134U - 一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置，包括电源模块、采编模块、发射模块和记录模块；采编模块与记录模块相交互，电源模块用于对采编模块、记录模块和发射模块提供工作电压；采编模块包括用于对进行遥测数据组帧和调制并输送的FPGA控制芯片，FPGA控制芯片的输入端与多路数据采集电路连接，FPGA控制芯片的输出端依次连接数模转换芯片和用于将差分信号转化为单端信号的运放芯片，运放芯片通过板间连接器与发射模块连接。该遥测装置可完成对56路模拟信号的调理采集和两路隔离数字信号的数据收发。

Description

一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置

技术领域

本实用新型涉及遥测信息技术应用领域，具体为一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置。

背景技术

遥测技术广泛应用于飞机、火箭、导弹和航天器试验，随着通信理论、通信技术和半导体技术的发展，遥测技术在调制体制、传输距离、数据容量、测量精度以及设备小型化的方面取得了很大的发展。伴随遥测技术的发展，其显著特点是：遥测设备集成化、固态化、模块化和计算机化。

遥测设备利用无线电工作原理、数据记录原理、完成制导弹药或机载设备飞行试验过程中环境参数、各分系统的工作参数的遥测和备份记录。遥测数据由通用遥测站实时记录、显示、存储及处理；试验结束回收备份数据存储部件，恢复、解析备份记录试验数据。通过遥测数据和备份记录数据分析制导弹药或机载设备在飞行中的运动特性、工作环境、各系统工作性能及协调性，为试验结果提供数据评判依据，为故障及研制进展提供数据依据。

针对于制导弹药遥测数据采集使用环境，要求遥测设备具有较强抗干扰能力，较强的抗过载能力和弹载或机载数据回收功能。遥测设备整体发展趋势是向小型号，模块化，精确化。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置，该系统可完成对多路模拟信号的调理采集，同时对多路隔离数字信号的数据收发。并且能够对模拟采集数据按各种编码要求进行组帧和调制，及加密处理，同时完成数据的实时存储。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置，包括电源模块、采编模块、发射模块和用于存储数据的记录模块；采编模块与记录模块相交互，电源模块用于对采编模块、记录模块和发射模块提供工作电压；

其中，采编模块包括用于对进行遥测数据组帧和调制并输送的FPGA控制芯片，FPGA控制芯片的输入端与多路数据采集电路连接，FPGA控制芯片的输出端依次连接数模转换芯片和用于将差分信号转化为单端信号的运放芯片，运放芯片通过板间连接器与发射模块连接；

数据采集电路包括依次模拟信号电压转换芯片和模数转换芯片；模拟信号电压转换芯片通过连接器与外部设备连接，模数转换芯片与FPGA控制芯片连接。

进一步，所述数据采集电路上还设置有数字隔离器，所述模数转换芯片与数字隔离器连接，数字隔离器与FPGA控制芯片连接。

进一步，所述采编单元还包括用于程序加载的FLASH芯片，所述FLASH芯片与FPGA控制芯片连接。

进一步，所述记录模块包括用于接收遥测数据的FPGA芯片和与其连接的存储单元；所述FPGA芯片与FPGA控制芯片通过差分线连接。

进一步，所述FPGA芯片还连接有两个USB芯片，USB芯片与上位机连接。

进一步，所述电源模块包括相互连接的超级电容和用于电压转换的开关电源；所述超级电容与外部电源连接，开关电源分别与采编模块和记录仪模块连接。

进一步，所述电源模块还包括滤波芯片，开关电源通过滤波芯片分别与采编模块和记录仪模块连接。

进一步，所述FPGA控制芯片还连接有用于接收和发送数字信号的隔离串口芯片。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型提供了一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置，包括采编模块、记录仪模块和用于给采编模块、记录仪模块供电的电源模块。采编模块的中的多路数据采集电路完成遥测数据采集并输送至FPGA控制芯片；FPGA控制芯片将采集的遥测数据输出至记录仪模块中进行保存，同时将遥测数据通过DA数模转换模块转换成数字信号，在经过运放芯片对数字信号的幅度进行调整后通过发射模块无线发射至上位机。

该遥测装置在采集电路和FPGA控制芯片采用数字隔离器进行隔离，保证了模拟信号具有较好的线性度及抗干扰能力。

附图说明

图1为本实用新型采编模块的结构框图；

图2为本实用新型记录仪模块的结构框图

图3为本实用新型电源模块的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置，包括电源模块、采编模块和记录仪模块，电源模块用于给采编模块和记录仪模块提供工作电压，采编模块和记录仪模块相交互。

如图1-3所示，采编模块包括相同的多路遥测数据采集电路、FPGA控制芯片、DA转换芯片、运放芯片、SDRAM存储芯片、两个串口芯片、FLASH芯片、EEPROM存储芯片、连接器和板间连接器。

多路遥测数据采集电路的一端通过连接器与外部设备连接，多路遥测数据采集电路的另一端通过数字隔离器与FPGA控制芯片连接；遥测数据采集电路包括依次连接电压转换芯片和AD模数转换芯片，电压转换芯片的一端与连接器连接，AD模数转换芯片与数字隔离器连接。

DA转换芯片的一端与FPGA控制芯片连接，DA转换芯片的另一端与运放芯片连接，运放芯片与板间连接器连接，板间连接器发射模块连接；SDRAM存储芯片、两个串口芯片、FLASH芯片和EEPROM存储芯片分别与FPGA控制芯片连接。

记录仪模块包括FPGA芯片，FPGA芯片上连接有存储单元、FLASH芯片、EEPROM存储芯片和两个USB接口；记录仪模的FPGA芯片通过差分线与采编模块的FPGA控制芯片连接。

电源模块包括依次连接的超级电容、开关电源和滤波芯片，超级电容与外部电源连接，滤波芯片分别与记录仪模块和采编模块连接。

超级电容的型号为CAK36S2W-63V10000uF-M，用于保证产品掉电50ms工作正常要求。开关电源的型号为HDC40-24S06，用于外部供电的电压转换。滤波芯片的型号为BNX028-01L，用于对电源的噪声及干扰信号的滤除。

采编模块中的电压转换芯片型号为OPA4340，用于调节采集的模拟信号的电压范围，使其符合后级AD转换芯片的输入要求；AD转换芯片型号为AD7328BRUZ，用于接收电压转换芯片调整后的模拟信号，并将接收的模拟信号转换成数字信号通过数字隔离器传送给FPGA控制芯片；数字隔离芯片型号为ADUM3150，用于将遥测数据采集电路与板卡的数字电路部分隔离；FPGA控制芯片采用Xilinx公司的高性能Artix-7FPGA作为主要处理器，型号XC7A100T-2CSG324I，用于将接收的数字信号进行组帧和调制后输出至DA转换芯片，同时通过差分线输送给记录仪模块；DA转换芯片信号为型号为DAC3162，用于将接收的数字信号转换为模拟信号输送至运放芯片；运放芯片的型号为AD8130，用于将接收的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号的幅度进行调整后输出中频信号，并通过板间连接器输送至发射模块；发射模块将接收的数字信号转换为射频信号发送给上位机。FPGA主控芯片采用SPI加载方式，FLASH芯片选用S25FL256SAGNFI001，SPI加载方式连接方式简单，占用FPGA芯片IO端口少。串口芯片型号为ADM2582E,用于RS422信号通信；SDRAM存储芯片，型号为MT48L32M16A2TG-75，用于存储缓存数据。EEPROM存储芯片，型号为24LC02B，用于存储系统参数。时钟芯片，用于提供FPGA工作时钟40MHz。

记录仪模块中的FPGA芯片的信号为XC6SLX9-2CPG196I，FPGA芯片接收采编模块输出的遥测数据，并将接收的遥测数据输送至存储单元进行保存，存储单元为EMMC数据存储芯片，型号为THGBMHG7C2LBAWR，用于遥测数据的存储。USB接口芯片型号为CY7C68013A，用于数据的回收和读取。FPGA芯片采用SPI加载方式，FLASH芯片采用SPI FLASH配置芯片，型号为S25FL256S。EEPROM存储芯片，用于存储系统参数；时钟芯片提供FPGA的工作时钟。

本实施例提供的用于采集和储存遥测数据的遥测装置采用FPGA主控芯片+AD转换芯片+FLASH芯片架构，FPGA主控芯片+AD转换芯片完成多路模拟量的采集；采集的模拟信号通过电压转换芯片调理至-5V～+5V范围内，FPGA主控芯片根据AD数据手册通过SPI接口对AD转换芯片进行操作，获取采集数据。

本遥测装置中FPGA主控芯片与AD模数转换芯片在数字区域隔离，简单易行，由于未采用模拟隔离，模拟信号线性度较好，能较好的确保系统的精度要求；FPGA主控芯片+FLASH芯片完成采集数据量的存储，作为数据记录的载体，在以往的设计中常采用NAND阵列完成设计，但nand FLASH芯片的坏块管理比较繁琐，其设计复杂，后期维护较难，本遥测装置采用EMCC存储芯片+FLASH芯片，内部集成MMC管理模块，其坏块可通过MMC内部模块进行管理，FPGA芯片对其操作则相对交单，缩短了硬软件开发周期。

本遥测装置中的遥测数据的存储单元采用的是8GB容量的东芝THGBMHG7C2LBAWR芯片。FPGA主控芯片控制隔离串口完成数字量的获取；FPGA主控芯片控制EEPROM存储芯片写入或读取系统参数，EEPROM芯片完成的功能是保存设置参数，，当遥测装置掉电重新上电后，遥测装置从EEPROM存储芯片中读取系统参数,该参数包含FLASH芯片的存储地址、码速度、上变频中心频率等。为满足系统配置参数的需要，EEPROM存储芯片采用24LC02B-I/LT芯片，该芯片存储容量256byte，I2C接口操作，操作简单易行。

该遥测装置采用灌封工艺来提高产品的抗过载能力来适应各种弹载和机载环境。设备整体为模块化设计，抗干扰能力强，故障率低。各模块之间采用军品连接器，抗干扰能力强，节省空间，便于组装及拆卸分离，满足小型化要求。采用数字模拟隔离技术来提高数据采集的线性度。高位AD采集芯片可按需求调整模数转换位数，满足不同精度需求。

该遥测装置具有较强的自适应、可扩展能力具有开放化、标准化、模块化硬件平台可以实现兼容性和可扩展性的特点，用户可以方便的基于此链路进行二次开发，快速搭建自定义的系统。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置，其特征在于，包括电源模块、采编模块、发射模块和用于存储数据的记录模块；采编模块与记录模块相交互，电源模块用于对采编模块、记录模块和发射模块提供工作电压；

其中，采编模块包括用于对进行遥测数据组帧和调制并输送的FPGA控制芯片，FPGA控制芯片的输入端与多路数据采集电路连接，FPGA控制芯片的输出端依次连接数模转换芯片和用于将差分信号转化为单端信号的运放芯片，运放芯片通过板间连接器与发射模块连接；

数据采集电路包括依次模拟信号电压转换芯片和模数转换芯片；模拟信号电压转换芯片通过连接器与外部设备连接，模数转换芯片与FPGA控制芯片连接。

2.根据权利要求1所述一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置，其特征在于，所述数据采集电路上还设置有数字隔离器，所述模数转换芯片与数字隔离器连接，数字隔离器与FPGA控制芯片连接。

3.根据权利要求1所述一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置，其特征在于，所述采编单元还包括用于程序加载的FLASH芯片，所述FLASH芯片与FPGA控制芯片连接。

4.根据权利要求1所述一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置，其特征在于，所述记录模块包括用于接收遥测数据的FPGA芯片和与其连接的存储单元；所述FPGA芯片与FPGA控制芯片通过差分线连接。

5.根据权利要求4所述一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置，其特征在于，所述FPGA芯片还连接有两个USB芯片，USB芯片与上位机连接。

6.根据权利要求1所述一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置，其特征在于，所述电源模块包括相互连接的超级电容和用于电压转换的开关电源；所述超级电容与外部电源连接，开关电源分别与采编模块和记录仪模块连接。

7.根据权利要求6所述一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置，其特征在于，所述电源模块还包括滤波芯片，开关电源通过滤波芯片分别与采编模块和记录仪模块连接。

8.根据权利要求1所述一种用于采集和储存遥测数据的遥测装置，其特征在于，所述FPGA控制芯片还连接有用于接收和发送数字信号的隔离串口芯片。