CN210924247U - 一种用于多路光电传感器采集的实时处理器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于多路光电传感器采集的实时处理器，包括多路采集单元，用于与多路光电传感器连接，同步进行多通道采集，通过信号处理模块将脉冲信号转换为数字序列；存储单元，用于接收多路采集单元的数字序列并进行存储；数据交互单元，用于对存储单元进行读取操作；嵌入式数据处理单元，用于接收数据交互单元发送的数据并对数据进行解算处理；通讯单元；供电单元；本实用新型功能全面，操作便捷、处理速度快、运算能力强；采用ZYNQ型号FPGA芯片，信号采集、传输、解算全部在一块芯片中上完成，运用FPGA并行处理特点大大提高了处理器解算速度，提高测量效率；留有外部通讯接口，可实现在线数据处理与传输，完成复杂测量任务。

Description

一种用于多路光电传感器采集的实时处理器

技术领域

本实用新型涉及多基站激光扫描全空间定位系统高频光电传感器处理平台，具体是一种用于多路光电传感器采集的实时处理器。

背景技术

多路高频光电传感器高速实时处理功能的嵌入式处理平台信号接收端种装配多个传感器，通过传感器与测头端点之间位置约束，提高测量效率及测量精度。与传统的信号处理器相比，多路高频光电传感器高速实时处理器上接入六个以上传感器，其对信号采集、处理、数据传输提出较高的要求；

当前现有的多路传感器处理器多采用FPGA+ARM组合进行信号提取、运算，该方法通过FPGA采集数据，通过并行通信与STM32微处理器进行数据交互，由于数据量大、通信速率低，存在较大的延时误差，且传统处理器在进行数据处理时需要采集大量数据取平均值以降低误差，在数据提取、传输、解算上均存在较大的缺点，难以保证系统测量精度。

实用新型内容

本实用新型的实施例目的在于提供一种用于多路光电传感器采集的实时处理器，以解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于多路光电传感器采集的实时处理器，包括：

多路采集单元，用于与多路光电传感器连接，同步进行多通道采集，通过信号处理模块将脉冲信号转换为数字序列；

存储单元，用于接收多路采集单元的数字序列并进行存储；

数据交互单元，用于对存储单元进行读取操作；

嵌入式数据处理单元，用于接收数据交互单元发送的数据并对数据进行解算处理；

通讯单元，用于通过协议与上位机进行通讯，供外部扩展调用；

供电单元，用于为整个处理器提供电源输入。

在一种可选方案中：所述多路采集单元包含脉冲上升沿时刻、脉宽提取；100Mhz时钟作为采用时钟，内部建立双计数器提取信号特征；

所述信号采集单元由ZYNQ PL部分完成,该部分自定义IP核，实现并行提取脉冲上升沿时刻及下降沿时刻，采样时钟频率为100Mhz为计数器提供较精确时基，减小脉冲提取误差，并能将数据存储在FIFO中，信号处理单元主要在FPGA中将采集的脉冲序列转化为时间点与脉宽，降低后续信号解析的运算量；提高处理器解算速度。

在一种可选方案中：所述存储单元包括依次连接的FIFO缓存模块、MUX多路选择器和BRAM存储模块，用于为每一个采集单元建立FIFO，其中FIFO数据位宽为32位，最高四位为信号通道标志位，FIFO深度为1024个。

在一种可选方案中：所述数据交互单元通过多路选择器从每个FIFO中读取出数据后按地址写进BRAM中；

数据交互单元主要采用AXI总线协议，其作为一种片内总线具有高性能、高带宽、低延迟的。它的地址/控制和数据相位是分离的，支持不对齐的数据传输，同时在突发传输中，只需要首地址，同时分离的读写数据通道、并支持Outstanding传输访问和乱序访问，更加容易进行时序收敛。满足超高性能和复杂处理器设计的需求。

在一种可选方案中：所述嵌入式数据处理单元通过片上双核ARM对脉冲序列进行解算，处理单元根据不同发射机旋转周期对脉冲序列进行检索，分别提取出起始信号与扫描时间间隔，计算出每台发射机的旋转角度，最终代入测量模型中解算出传感器坐标。

在一种可选方案中：所述通讯单元优选为外部通信接口，优选采用485物理协议，可以用于数据交互处理器软件升级。

在一种可选方案中：所述供电单元包括相连接的锂电池和DC-DC电源转换模块。

相较于现有技术，本实用新型实施例的有益效果如下：

1、本实用新型功能全面，操作便捷、处理速度快、运算能力强。

2、本实用新型采用ZYNQ型号FPGA芯片，信号采集、传输、解算全部在一块芯片中上完成，运用FPGA并行处理特点大大提高了处理器解算速度，提高测量效率。

3、本实用新型留有外部通讯接口，可实现在线数据处理与传输，完成复杂测量任务。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的处理板卡示意图。

图3为本实用新型实施例的内部数据交互流程图。

图4为本实用新型实施例的电源结构示意图。

附图标记说明：

1-多路光电传感器，2-多路采集单元、3-存储单元、4-数据交互单元、5-嵌入式数据处理单元、6-外部通信接口、7-供电单元、201-信号处理模块、301-FIFO缓存模块、302-MUX多路选择器、303-BRAM存储模块。

具体实施方式

以下实施例会结合附图对本实用新型进行详述，在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的标号。本实用新型所列举的各实施例仅用以说明本实用新型，并非用以限制本实用新型的范围。对本实用新型所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本实用新型的精神与范围。

实施例

请参阅图1-4，本实用新型实施例中，一种用于多路光电传感器采集的实时处理器，包括：

多路采集单元2，用于与多路光电传感器1连接，同步进行多通道采集，通过信号处理模块201将脉冲信号转换为数字序列；

存储单元3，用于接收多路采集单元2的数字序列并进行存储；

数据交互单元4，用于对存储单元3进行读取操作；

嵌入式数据处理单元5，用于接收数据交互单元4发送的数据并对数据进行解算处理；

通讯单元，用于通过协议与上位机进行通讯，供外部扩展调用；

供电单元7，用于为整个处理器提供电源输入；

具体的，多路光电传感器1输出端连接到多路采集单元2，多路采集单元2将脉冲信号转换为数字序列并进行存储，达到采集要求后与数据交互单元4进行数据交互，之后嵌入式数据处理单元5对数据进行解算，处理完成后可进行实时显示或通过通讯单元将解算数据发送至外部调用；本实施例中，所述通讯单元优选为外部通信接口6中的485通讯接口，供电单元7为整个处理器提供电源输入；本实施例中，嵌入式数据处理单元5包括ZYNQZ700035ffg-6型FPGA芯片、电源供电接口、DDR3内存芯片、125Mhz晶体振荡器、时钟、六路信号采集接口、SWD程序下载口；

其中，所述用于多路光电传感器采集的实时处理器的板卡采用4层布线方式；采用125Mhz采样频率，可达到纳秒级精度；

存储单元3采用采用SSD存储模式，存储容量为8G，可存储大量处理后的数据；

多路采集单元2采用边沿检测方法，接到上位机采集指令后，多路采集进程同时触发，多路采集单元2采集到数据后在FIFO中进行暂时存储，达到采集时间要求后，通过采集控制模块将每一路采集模块中的FIFO中数据读出并写进BRAM中，等待AXI总线读取，并触发ARM中断表示数据采集存储完成。

进一步的，所述用于多路光电传感器采集的实时处理器的板卡处理流程为传感器、信号放大、边沿检测、存储模块、数据处理、外部通讯；边沿检测时钟选取100Mhz，可满足本处理器精度要求，采集进程中的FIFO核选择独立时钟模式，分别为存储时钟与读取时钟，可灵活的对数据进行读取，FIFO核选择32位数据位，深度设置为1024满足信号采集长度要求，为满足信号处理要求选择在FPGA芯片内部ARM核中进行数据处理，通过处理板卡上按键进行人机交互，接到指令后，ARM核通过AXI总线发出采集命令，PL端完成采集后触发ARM中断，对数据进行读取通过不同频率对数据进行发射机编号提取、时间特种提取、角度特征提取；为满足数据与外部通信要求，采用Modbus协议，保证通讯可靠性；

供电单元7包括相连接的锂电池和DC-DC电源转换模块，DC-DC电源转换模块选用±12V DC-DC模块，模块的功率选用60W以满足系统供电要求。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种用于多路光电传感器采集的实时处理器，其特征在于，包括：

多路采集单元，用于与多路光电传感器连接，同步进行多通道采集，通过信号处理模块将脉冲信号转换为数字序列；

存储单元，用于接收多路采集单元的数字序列并进行存储；

数据交互单元，用于对存储单元进行读取操作；

嵌入式数据处理单元，用于接收数据交互单元发送的数据并对数据进行解算处理；

通讯单元，用于通过协议与上位机进行通讯，供外部扩展调用；

供电单元，用于为整个处理器提供电源输入。

2.根据权利要求1所述的用于多路光电传感器采集的实时处理器，其特征在于，所述存储单元包括依次连接的FIFO缓存模块、MUX多路选择器和BRAM存储模块。

3.根据权利要求1所述的用于多路光电传感器采集的实时处理器，其特征在于，所述通讯单元为外部通信接口。

4.根据权利要求1-3任一所述的用于多路光电传感器采集的实时处理器，其特征在于，所述供电单元包括相连接的锂电池和DC-DC电源转换模块。

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