一種星用多通道數(shù)據(jù)采集控制電路及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種星用多通道數(shù)據(jù)采集控制電路及控制方法，包括多路電子開(kāi)關(guān)、電壓量采集芯片以及用于實(shí)現(xiàn)多路電子開(kāi)關(guān)通道切換、電壓量采集時(shí)序工作控制、數(shù)據(jù)平滑運(yùn)算以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取功能的FPGA控制模塊。本發(fā)明采用由FPGA控制模塊以及多路電子開(kāi)關(guān)和電壓量采集芯片構(gòu)成的硬件電路替代了復(fù)雜的軟件功能，將采集功能和數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)功能擺脫處理器控制，有效地釋放了CPU的資源，節(jié)省采集時(shí)間，使過(guò)程控制更穩(wěn)定。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了采集模塊化、控制過(guò)程智能化的獨(dú)立系統(tǒng)，對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)的星載一體化具有深遠(yuǎn)意義。
【專利說(shuō)明】一種星用多通道數(shù)據(jù)采集控制電路及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種星用多通道數(shù)據(jù)采集控制電路及控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星系統(tǒng)中，擁有大量的電壓量、溫度量等采集任務(wù)，現(xiàn)有設(shè)計(jì)中沿用傳統(tǒng)的RTU下位機(jī)由星務(wù)計(jì)算機(jī)主控單元CPU控制采集，
[0003]在原始設(shè)計(jì)中，通道間切換、多次采集平滑、AD轉(zhuǎn)換控制、數(shù)據(jù)平滑處理以及采集數(shù)據(jù)讀取均由主控單元的應(yīng)用軟件完成。主控CPU全程響應(yīng)過(guò)程，增加了 CPU的負(fù)荷；此夕卜，通道間切換的穩(wěn)定時(shí)間、單通道多次采集間隔時(shí)間和AD采集量回讀等待亦由主控單元完成，考慮到軟件延遲的不穩(wěn)定性，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)適當(dāng)增加等待延遲時(shí)間以確保通道和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定，增加了 CPU的參與時(shí)間，也增加了 AD采集時(shí)間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服軟件控制帶來(lái)的過(guò)程控制不精確和資源浪費(fèi)，提供一種應(yīng)用便捷化，采集過(guò)程智能化，硬件實(shí)現(xiàn)模塊化的星用多通道數(shù)據(jù)采集控制電路及控制方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種星用多通道數(shù)據(jù)采集控制電路，包括多路電子開(kāi)關(guān)、電壓量采集芯片以及用于實(shí)現(xiàn)多路電子開(kāi)關(guān)通道切換、電壓量采集時(shí)序工作控制、數(shù)據(jù)平滑運(yùn)算以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取功能的FPGA控制模塊；多路電子開(kāi)關(guān)的若干個(gè)輸入端分別與相對(duì)應(yīng)的若干路信號(hào)源相連，多路電子開(kāi)關(guān)的模擬信號(hào)輸出端與電壓量采集芯片的模擬信號(hào)輸入端相連，多路電子開(kāi)關(guān)和電壓量采集芯片的控制信號(hào)輸入端分別與FPGA控制模塊相連；電壓量采集芯片的數(shù)據(jù)輸出端與FPGA控制模塊的數(shù)據(jù)輸入端相連。
[0007]所述的FPGA控制模塊包括用于實(shí)現(xiàn)多路電子開(kāi)關(guān)通道切換的通道切換模塊、用于進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑運(yùn)算的數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊、用于采集電壓量的智能采集模塊以及調(diào)度控制模塊；通道切換模塊與多路電子開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)輸入端相連，數(shù)據(jù)讀取模塊通過(guò)I/o接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取，智能采集模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線連接到電壓量采集模塊的數(shù)據(jù)輸出端上；調(diào)度控制模塊分別與通道切換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊以及智能采集模塊相交互，調(diào)度控制模塊根據(jù)輸入?yún)?shù)對(duì)通道切換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊以及智能采集模塊進(jìn)行調(diào)度與控制。
[0008]一種星用多通道數(shù)據(jù)采集控制方法，包括以下步驟:
[0009]I)根據(jù)處理的任務(wù)需求，處理器先寫入采集的起始、結(jié)束通道信號(hào)以及需要平滑的次數(shù)；設(shè)置采集的平滑次數(shù)，對(duì)同一通道的多次采集求平均值，并設(shè)置起始通道和結(jié)束通道；
[0010]2)寫入啟動(dòng)命令，處理器同時(shí)執(zhí)行其他任務(wù)；
[0011 ] 3)得到啟動(dòng)命令后，采集電路在自主完成整個(gè)采集過(guò)程后，以中斷方式告知處理器；
[0012]4)處理器響應(yīng)中斷，讀取對(duì)應(yīng)的FIFO數(shù)據(jù)，讀空為止；將讀取的數(shù)據(jù)按協(xié)議解析得到通道信號(hào)與對(duì)應(yīng)采集值，完成相應(yīng)任務(wù)。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0014]本發(fā)明采用由FPGA控制模塊以及多路電子開(kāi)關(guān)和電壓量采集芯片構(gòu)成的硬件電路替代了復(fù)雜的軟件功能，將采集功能和數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)功能擺脫處理器控制，有效地釋放了 CPU的資源，節(jié)省采集時(shí)間，使過(guò)程控制更穩(wěn)定。其智能化、模塊化特點(diǎn)對(duì)于整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有深遠(yuǎn)的意義。本發(fā)明在節(jié)省了 CPU參與采集過(guò)程控制時(shí)間的同時(shí)，不僅既減少了軟件控制帶來(lái)的采集延遲，而且有效地釋放CPU資源，提高整個(gè)系統(tǒng)CPU的利用率，大大優(yōu)化了系統(tǒng)資源；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了采集模塊化、控制過(guò)程智能化的獨(dú)立系統(tǒng)，對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)的星載一體化具有深遠(yuǎn)意義。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的電路原理框圖；
[0016]圖2為本發(fā)明中央調(diào)度控制模塊的狀態(tài)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明包括多路電子開(kāi)關(guān)、電壓量采集芯片以及用于實(shí)現(xiàn)多路電子開(kāi)關(guān)通道切換、電壓量采集時(shí)序工作控制、數(shù)據(jù)平滑運(yùn)算以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取功能的FPGA控制模塊；多路電子開(kāi)關(guān)的若干個(gè)輸入端分別與相對(duì)應(yīng)的若干路信號(hào)源相連，多路電子開(kāi)關(guān)的模擬信號(hào)輸出端與電壓量采集芯片的模擬信號(hào)輸入端相連，多路電子開(kāi)關(guān)和電壓量采集芯片的控制信號(hào)輸入端分別與FPGA控制模塊相連；電壓量采集芯片的數(shù)據(jù)輸出端與FPGA控制模塊的數(shù)據(jù)輸入端相連。FPGA控制模塊包括用于實(shí)現(xiàn)多路電子開(kāi)關(guān)通道切換的通道切換模塊、用于進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑運(yùn)算的數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊、用于采集電壓量的智能采集模塊以及調(diào)度控制模塊；通道切換模塊與多路電子開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)輸入端相連，數(shù)據(jù)讀取模塊通過(guò)I/O接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取，智能采集模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線連接到電壓量采集模塊的數(shù)據(jù)輸出端上；調(diào)度控制模塊分別與通道切換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊以及智能采集模塊相交互，調(diào)度控制模塊根據(jù)輸入?yún)?shù)對(duì)通道切換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊以及智能采集模塊進(jìn)行調(diào)度與控制。
[0018]本發(fā)明的原理:
[0019]AD采集控制模塊設(shè)計(jì)在滿足高精度采集條件下，采用了一種多通道快速采集控制方法。該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)AD1674的采集控制和采集數(shù)據(jù)處理功能。采集控制具有以下功能:
1、設(shè)置采集的平滑次數(shù)，通過(guò)對(duì)同一通道的多次采集求平均值的方法來(lái)達(dá)到高精度要求；
2、設(shè)置起始通道和結(jié)束通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)任意通道采集和任意連續(xù)若干通道的采集，提高了采集的靈活性；3、采集數(shù)據(jù)與通道完成重組與自動(dòng)存儲(chǔ)，CPU僅需要在收到FPGA提供的采集結(jié)束信號(hào)時(shí)讀取數(shù)據(jù)即可；4、讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)協(xié)議的解析可得到通道號(hào)與對(duì)應(yīng)的采集值。
[0020]如圖1所示，多路電子選通開(kāi)關(guān)和電壓量轉(zhuǎn)換芯片的控制以及采集過(guò)程的智能控制核均由FPGA完成。采集控制核構(gòu)成部分如下:
[0021]I)通道切換模塊，通過(guò)輸入的起始通道和結(jié)束通道號(hào)，完成連續(xù)通道間開(kāi)關(guān)切換控制；
[0022]2)智能采集模塊，主要完成AD采集器件時(shí)序工作控制，可根據(jù)設(shè)置的平滑采集次數(shù)完成同一通道間連續(xù)采集間隔時(shí)間控制，節(jié)約相同通道多次采集的總時(shí)間；
[0023]3)數(shù)據(jù)處理模塊，讀取每個(gè)通道輸出的采集值，并根據(jù)平滑采集次數(shù)完成平滑運(yùn)算；
[0024]4)數(shù)據(jù)讀取模塊，讀取平滑運(yùn)算后的采集值，完成該采集值與其通道號(hào)的標(biāo)示即將采集值與其通道號(hào)作組合拼接，并存入相應(yīng)FIFO中；
[0025]5)調(diào)度控制模塊，該部分為整個(gè)智能采集控制核的核心模塊，可根據(jù)輸入?yún)?shù)完成對(duì)上述4個(gè)功能模塊的合理調(diào)度與控制，其狀態(tài)圖如圖2示。
[0026]本發(fā)明的工作過(guò)程:
[0027]啟動(dòng)前，僅需要設(shè)置需要采集的起始通道號(hào)與結(jié)束通道號(hào)以及平滑次數(shù)；采集結(jié)束時(shí)，產(chǎn)生結(jié)束信號(hào)，CPU捕捉到該信號(hào)后可直接訪問(wèn)相應(yīng)FIFO，對(duì)每組數(shù)據(jù)解析即可得通道號(hào)與其采集數(shù)據(jù)。
[0028]具體的:
[0029]a.根據(jù)處理的任務(wù)需求，處理器先寫入采集的起始、結(jié)束通道信號(hào)以及需要平滑的次數(shù)。設(shè)置采集的平滑次數(shù)，通過(guò)對(duì)同一通道的多次采集求平均值的方法來(lái)達(dá)到高精度的要求；設(shè)置起始通道和結(jié)束通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)任意通道采集和任意連續(xù)若干通道的采集，提高了采集的靈活性；
[0030]b.寫入啟動(dòng)命令，處理器可執(zhí)行其他任務(wù)；
[0031]c.得到啟動(dòng)命令后，采集電路在自主完成整個(gè)采集過(guò)程后，以中斷方式告知處理器；
[0032]d.處理器響應(yīng)中斷，讀取對(duì)應(yīng)的FIFO數(shù)據(jù)，讀空為止，將讀取的數(shù)據(jù)按協(xié)議解析得到通道信號(hào)與對(duì)應(yīng)采集值，即可完成相應(yīng)任務(wù)。
[0033]本發(fā)明在產(chǎn)品上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)產(chǎn)品測(cè)試和驗(yàn)證，在應(yīng)用中靈活簡(jiǎn)便。模塊設(shè)置的端口可被處理器正常訪問(wèn)，結(jié)合應(yīng)用軟件的簡(jiǎn)單設(shè)置和啟動(dòng)，可完全脫離處理器控制完成多通道數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)功能。
[0034]以上內(nèi)容僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種星用多通道數(shù)據(jù)采集控制電路，其特征在于:包括多路電子開(kāi)關(guān)、電壓量采集芯片以及用于實(shí)現(xiàn)多路電子開(kāi)關(guān)通道切換、電壓量采集時(shí)序工作控制、數(shù)據(jù)平滑運(yùn)算以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取功能的FPGA控制模塊；多路電子開(kāi)關(guān)的若干個(gè)輸入端分別與相對(duì)應(yīng)的若干路信號(hào)源相連，多路電子開(kāi)關(guān)的模擬信號(hào)輸出端與電壓量采集芯片的模擬信號(hào)輸入端相連，多路電子開(kāi)關(guān)和電壓量采集芯片的控制信號(hào)輸入端分別與FPGA控制模塊相連；電壓量采集芯片的數(shù)據(jù)輸出端與FPGA控制模塊的數(shù)據(jù)輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星用多通道數(shù)據(jù)采集控制電路，其特征在于:所述的FPGA控制模塊包括用于實(shí)現(xiàn)多路電子開(kāi)關(guān)通道切換的通道切換模塊、用于進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑運(yùn)算的數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊、用于采集電壓量的智能采集模塊以及調(diào)度控制模塊；通道切換模塊與多路電子開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)輸入端相連，數(shù)據(jù)讀取模塊通過(guò)I/O接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取，智能采集模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線連接到電壓量采集模塊的數(shù)據(jù)輸出端上；調(diào)度控制模塊分別與通道切換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊以及智能采集模塊相交互，調(diào)度控制模塊根據(jù)輸入?yún)?shù)對(duì)通道切換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊以及智能采集模塊進(jìn)行調(diào)度與控制。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述的星用多通道數(shù)據(jù)采集控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)根據(jù)處理的任務(wù)需求，處理器先寫入采集的起始、結(jié)束通道信號(hào)以及需要平滑的次數(shù)；設(shè)置采集的平滑次數(shù)，對(duì)同一通道的多次采集求平均值，并設(shè)置起始通道和結(jié)束通道； 2)寫入啟動(dòng)命令，處理器同時(shí)執(zhí)行其他任務(wù)； 3)得到啟動(dòng)命令后，采集電路在自主完成整個(gè)采集過(guò)程后，以中斷方式告知處理器； 4)處理器響應(yīng)中斷，讀取對(duì)應(yīng)的FIFO數(shù)據(jù)，讀空為止；將讀取的數(shù)據(jù)按協(xié)議解析得到通道信號(hào)與對(duì)應(yīng)采集值，完成相應(yīng)任務(wù)。
【文檔編號(hào)】G05B19/04GK104166353SQ201410406004
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】孟猛, 肖國(guó)堯, 呂仲基, 何小青, 白榮俠, 李彥妮 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所