魏永國 趙陽 李波

摘要：為了實現(xiàn)某型運(yùn)載火箭電磁閥信號的實時采集，提出一種數(shù)據(jù)處理與顯示一體化的便攜分布式測試方案。嵌入式PC104系統(tǒng)作為主要測試平臺，利用外設(shè)接口掛接模擬量采集模塊，實現(xiàn)了電磁閥信號的采集存儲及實時顯示。采用分布式便攜結(jié)構(gòu)，直接與箭地接口連接，減少中間處理環(huán)節(jié)。體積小，測試方便，可靠性高，能有效檢測電磁閥動作的模擬量信號的動態(tài)變化過程。

關(guān)鍵詞：PC104 一體化 分布測試

中圖分類號：TP336 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）05-0000-00

運(yùn)載火箭地面測試作為點(diǎn)火發(fā)射的必要條件，通過箭地接口檢測箭上各部件的工作狀態(tài)。電磁閥信號作為箭上姿控發(fā)動機(jī)和動力發(fā)動機(jī)的重要檢測指標(biāo)，在系統(tǒng)測試中需要實時監(jiān)測電磁閥的動作情況。采用通用的采集設(shè)備存在信號接口處理復(fù)雜，體積龐大、操作不便等問題。

隨著計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，PC104系統(tǒng)作為一種新型的嵌入式計算機(jī)測控平臺，在軟件與硬件上與標(biāo)準(zhǔn)的臺式PC（PC/XT）體系結(jié)構(gòu)完全兼容。它具有如下優(yōu)點(diǎn)：體積小、高可靠性、長壽命、編程調(diào)試方便，并采用模塊化結(jié)構(gòu)，緊固堆疊方式安裝，用戶自定義方案余量更大。在航空航天電子系統(tǒng)中基于PC104的專用測控方案得到了廣泛應(yīng)用。本文利用PC104處理器外置專用采集板卡構(gòu)建模擬量采集系統(tǒng)，完成了某型運(yùn)載火箭電磁閥信號波形的采集處理。

1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計方案

1.1系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)實現(xiàn)箭上電磁閥信號的實時采集及存儲，該類信號幅值小，最高不超過0.8V，要求采集精度高，至少不低于12bit，采樣頻率達(dá)到8KHz，能精確反映出電磁閥通斷過程，以測試箭上電磁閥的工作狀態(tài)，箭上共有多路電磁閥信號，需要考慮到通道之間需要完全隔離，被測信號與測試設(shè)備之間完全隔離等特殊要求。

本系統(tǒng)的基本框架如圖1所示，主處理器采用104-1814CLDNA系列嵌入式PCI/104結(jié)構(gòu)主板，BIOS固化在CPU板上的閃存存儲器中，主要功能包括：初始化系統(tǒng)硬件，設(shè)置各系統(tǒng)部件的工作狀態(tài)，調(diào)整各系統(tǒng)部件的工作參數(shù)，診斷系統(tǒng)各部件的功能并報告故障給上層用戶。

軟件系統(tǒng)提供硬件操作控制接口，引導(dǎo)操作系統(tǒng)等。選擇組合電源并利用外設(shè)接口連接硬盤、顯示、鍵盤鼠標(biāo)等設(shè)備組成一個完整的信號處理系統(tǒng)。

1.2 模擬量信號采集設(shè)計

本系統(tǒng)模擬量信號的采集主要采用PC/104接口的采集卡，該板卡可以同時完成24路信號的采集，模擬量采集卡基本框架如圖2所示。

單路輸入信號通過精密低功耗儀用放大器INA128的差分輸入接口接入，做消噪處理，INA128的輸入阻抗高達(dá)1010歐姆，輸出信號進(jìn)入運(yùn)算放大器TL082，調(diào)整輸入信號范圍，滿足線性光耦HCPL7520的輸入范圍，在該范圍內(nèi)進(jìn)行正常隔離變換，由于每路信號都單獨(dú)采用一電源芯片供電，實現(xiàn)24路信號的完全相互隔離。線性光耦輸出將返回值傳輸至AD采集芯片ADS1178進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，本設(shè)計使用3片AD串聯(lián)的工作方式來滿足對24路信號的轉(zhuǎn)換，第三片AD的DOUT腳連接到DSP的McBSP口，DSP進(jìn)行信號采集及實時跳變檢測處理。DSP芯片選用TI公司的TMS320VC5416。DSP芯片與接口PCI9030聯(lián)接，通過PC104接口與上位機(jī)進(jìn)行信號交互通訊，完成模擬量信號的采集存儲與實時跳變檢測功能。

考慮到部分信號時序和兼容性的問題，系統(tǒng)中增加了CPLD芯片，使用了Xilinx公司的XC9572XL。CPLD實現(xiàn)了AD和DSP之間的串口數(shù)據(jù)時序的轉(zhuǎn)換及PCI9030和DSP的HPI接口之間的時序轉(zhuǎn)換和前端電路的控制。

2 軟件設(shè)計

按照本系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，主要完成多路模擬量信號的實時采集存儲和跳變監(jiān)測判定。軟件開始執(zhí)行后，首先對整個系統(tǒng)的硬件配置進(jìn)行初始化，主要包括PLL配置，中斷配置，串口輸出配置等功能。然后進(jìn)入軟件初始化流程，主要對系統(tǒng)的緩沖區(qū)等進(jìn)行初始化。系統(tǒng)進(jìn)入命令字匹配流程，根據(jù)用戶給出的命令字進(jìn)入響應(yīng)的模擬信號處理流程。

模擬信號采集處理的主流程如圖3所示，當(dāng)進(jìn)入模擬信號主流程時，此時必然接收到Start命令字。Start命令字不僅撳動模擬信號采集主流程，而且開始進(jìn)行信號的采集與跳變檢測，是否通知驅(qū)動讀取采集的信號或跳變信息由Det和Cap兩個命令字。僅當(dāng)Det命令字有效時，當(dāng)檢測到上跳或下跳信息時才將信息寫入跳變信息輸出緩沖區(qū)，并向驅(qū)動發(fā)跳變發(fā)生的通知中斷。當(dāng)Cap命令字有效時，軟件會將采集的信號數(shù)據(jù)寫入信號數(shù)據(jù)輸出緩沖區(qū)，并通知驅(qū)動來讀取數(shù)據(jù)。用5個WORDs標(biāo)識跳變信息，其前兩個Words用于計數(shù)時間，單位0.125ms（8Khz采樣），而后三個Words存儲跳變信息，即每2bit代表一路跳變信息，通道編號從高Bit到低Bit依次為1路到24路，01標(biāo)識上跳，10標(biāo)識下跳。

24路信號的每次采樣值一起構(gòu)成一個數(shù)據(jù)塊，按采樣次序該數(shù)據(jù)塊依次排列。因此，若要獲取第1路數(shù)據(jù)，應(yīng)先取第1個數(shù)據(jù)，然后每隔24個Words取一個數(shù)據(jù)，從而構(gòu)成第1路采樣數(shù)據(jù)。

3實驗結(jié)果

利用本系統(tǒng)對某型火箭電磁閥信號進(jìn)行波形采集，采集到的波形如圖4所示，該波形有效的反映了箭上電磁閥門的動作過程。

4結(jié)語

本設(shè)計實現(xiàn)了采樣頻率為8KHz，采集精度達(dá)12bit的多路模擬量信實時采集存儲功能，在系統(tǒng)應(yīng)用中，采用便攜分布式結(jié)構(gòu)與箭地接口連接，減少中間處理環(huán)節(jié)，體積小，測試方便，可靠性高，有效檢測出了電磁閥動作的變化過程。

本設(shè)計采集模擬量信號的同時還具有跳變監(jiān)測功能，信號開始采集之前，設(shè)定跳變閾值，當(dāng)輸入信號大于設(shè)定閾值，系統(tǒng)顯示上跳信息，反之顯示下跳信息。本系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)端判讀功能，在系統(tǒng)應(yīng)用中，本地存儲模擬量信號采集數(shù)據(jù)，測試結(jié)束后，利用網(wǎng)絡(luò)接口，將本地數(shù)據(jù)傳輸至后端，進(jìn)行模擬量信號的判讀處理。

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