本發(fā)明屬于慣組測試設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于統(tǒng)一接口的通用型慣組數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，適用于直接脈沖輸出、通用同步輸出、異步串口輸出、CAN總線輸出、1553B總線輸出等大部分慣組的數(shù)據(jù)采集及處理。

背景技術(shù)：

慣測組合(以下簡稱“慣組”)是導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的核心部件，慣組上彈后用螺釘緊固在導(dǎo)彈的儀器艙中，直接敏感彈體的飛行姿態(tài)和運(yùn)行速度，因此慣組的精度和穩(wěn)定度直接影響到導(dǎo)彈的飛行精度。

慣組測試儀是慣組測試系統(tǒng)的重要組成部分。測試儀的作用是接收慣組數(shù)據(jù)，對慣組數(shù)據(jù)進(jìn)行解算并計算慣組精度參數(shù)，所以地面測試參數(shù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性是影響慣組最終制導(dǎo)精度的關(guān)鍵。

由于型號繁多，公司生產(chǎn)的慣組數(shù)據(jù)輸出形式呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展趨勢，而現(xiàn)有的慣組測試設(shè)備還依賴一種基于ISA總線的測試設(shè)備，該測試設(shè)備通過將測試板卡插于工控機(jī)ISA總線卡槽中，來完成十二路脈沖信號的測試和數(shù)據(jù)計算。但該設(shè)備有以下缺陷：

(1)該測試設(shè)備于90年代研制，只能完成脈沖信號輸出的慣組數(shù)據(jù)采集，而對于其他形式輸出的慣組數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)接板卡將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成脈沖信號進(jìn)行采集；

(2)無法實現(xiàn)慣組加表及陀螺的溫度數(shù)據(jù)采集；

(3)無法實現(xiàn)對慣組供電系統(tǒng)的監(jiān)測；

(4)采集軟件只能運(yùn)行于WIN98操作系統(tǒng)下，無法升級；

(5)體積大，非便攜式機(jī)箱。

原測試設(shè)備的以上缺陷，導(dǎo)致公司慣組測試需不斷新制轉(zhuǎn)接板卡，成本高，且利用率差，轉(zhuǎn)換后精度下降，影響測試精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于統(tǒng)一接口的慣組數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過將數(shù)據(jù)處理單元、測控單元、供電電源及供電監(jiān)控單元一起集成在一體化機(jī)箱中，由此解決脈沖測試設(shè)備通用性差、功能不全、攜帶不便的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于統(tǒng)一接口的通用型慣組數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括脈沖采集電路、通訊接口電路、主控芯片組、數(shù)據(jù)處理單元，

其中所述脈沖采集電路，經(jīng)過信號處理電路對脈沖信號進(jìn)行預(yù)處理傳輸于所述CPLD電路進(jìn)行慣組多路加速度計和多路陀螺儀的正負(fù)通道脈沖計數(shù)；

所述通訊接口電路實現(xiàn)與所述主控芯片組之間以總線形式輸入輸出慣組數(shù)據(jù)；

所述鉑電阻溫度采集電路通過測量所述慣組多路加速度計和多路陀螺儀以及慣組本體的溫度以計算慣組精度時所需的補(bǔ)償參數(shù)。

所述主控芯片組為主、從處理器，集成多種測試接口，實現(xiàn)所述多個類型慣組數(shù)據(jù)的接口、多種通訊協(xié)議的統(tǒng)一；

所述數(shù)據(jù)處理單元接收所述主控芯片組傳輸?shù)臄?shù)據(jù)實現(xiàn)并進(jìn)行處理；

其中，所述主、從處理器之間采用SPI通信傳遞慣組數(shù)據(jù)，采用異步串口UART傳遞控制命令及狀態(tài)信息，雙核之間的任務(wù)同步采用外部中斷進(jìn)行控制，以實現(xiàn)多類型數(shù)據(jù)采集處理之間的協(xié)調(diào)。

進(jìn)一步地，所述主處理器與所述數(shù)據(jù)處理單元通信，完成接口統(tǒng)一控制、協(xié)議統(tǒng)一控制、電源控制、電源監(jiān)控以及多接口數(shù)據(jù)采集之間的任務(wù) 調(diào)度；所述從處理器完成多類型慣組數(shù)據(jù)采集接口的擴(kuò)展和多接口的慣組數(shù)據(jù)采集。

進(jìn)一步地，所述多類型慣組數(shù)據(jù)采集的協(xié)調(diào)為：主控芯片組的從處理器完成所述多類型慣組數(shù)據(jù)采集，主處理器將慣組數(shù)據(jù)根據(jù)預(yù)定的格式填充到傳輸協(xié)議格式各個字段上，實現(xiàn)通訊協(xié)議的格式化轉(zhuǎn)換，后傳輸至所述數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)處理單元將所采集到的慣組數(shù)據(jù)按消息格式進(jìn)行解析、計算、處理慣組數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述主、從處理器分別為STM32系列芯片。

進(jìn)一步地，其中所述STM32芯片上實現(xiàn)以太網(wǎng)接口采用STM32的FMSC總線擴(kuò)展外部以太網(wǎng)總線控制器。

進(jìn)一步地，每路所述鉑電阻溫度測量電路包括串聯(lián)的恒壓源三線法橋電路、信號調(diào)理電路及AD轉(zhuǎn)換電路。

進(jìn)一步地，所述鉑電阻溫度采集電路采用恒壓源三線法測量方法。

進(jìn)一步地，所述信號處理電路包括串聯(lián)的分壓電路、施密特觸發(fā)器及電平轉(zhuǎn)換器。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)還包括電源監(jiān)測電路，采用串聯(lián)的固態(tài)繼電器和隔離放大器，實現(xiàn)多路不共地慣組二次電源的電壓采集監(jiān)控。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)首次集成多種慣組測試接口，將多接口慣組數(shù)據(jù)統(tǒng)一為以太網(wǎng)輸出，兼容多種通訊協(xié)議，一套本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可滿足公司絕大部分慣組測試需求；

(2)采用可編程邏輯器件完成脈沖數(shù)據(jù)采集功能，相比原脈沖采集系統(tǒng)采樣范圍、采樣精度提升了10倍以上，兼具采樣時間可配、正負(fù)通道數(shù)據(jù)采集保存的功能；

(3)采用雙核控制測試系統(tǒng)，雙核之間分工、協(xié)作，具有任務(wù)明確、 執(zhí)行效率高的特點，集成USB2.0和10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)，具備大數(shù)據(jù)批量傳輸能力，同時具備使用以太網(wǎng)在線升級STM32程序的功能；

(4)集成9路鉑電阻溫度采集電路，采用恒壓源三線法測量電路對慣組內(nèi)部鉑電阻進(jìn)行溫度采集，采集精度優(yōu)于0.1℃，遠(yuǎn)高于技術(shù)指標(biāo)要求；

(5)集成慣組供電電源、消耗電流監(jiān)控電路，首次實現(xiàn)了電壓、電流同時監(jiān)控，實現(xiàn)了慣組產(chǎn)品的安全供電；

(6)首次在測試設(shè)備上使用數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)，相比普通文件存儲，數(shù)據(jù)庫讀寫速度更快，安全性更高，存儲容量更大，利用數(shù)據(jù)庫首次實現(xiàn)了測試數(shù)據(jù)按最小采樣周期(10ms或每幀)順序存儲，數(shù)據(jù)異常時，可定位異常數(shù)據(jù)發(fā)生的時刻，實現(xiàn)了異常數(shù)據(jù)的可追蹤性，而員脈沖采集設(shè)備只能在后臺記錄單秒數(shù)據(jù)；

(7)采用便攜式集成一體化設(shè)計，集成自動配斷電及電源監(jiān)控系統(tǒng)、1553B總線耦合器及數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)采集，大大減小設(shè)備成本與體積。

附圖說明

圖1是按照本發(fā)明實現(xiàn)的通用型慣組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框架示意圖；

圖2是按照本發(fā)明實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的信號調(diào)理電路的模塊組組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是按照本發(fā)明實現(xiàn)的鉑電阻溫度測量電路的系統(tǒng)組成連接示意圖；

圖4是按照本發(fā)明實現(xiàn)的鉑電阻溫度測量電路的具體組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是按照本發(fā)明實現(xiàn)的雙核電路的控制關(guān)系示意圖；

圖6是是按照本發(fā)明實現(xiàn)的通用型慣組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的STM32雙核控制電路工作流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖 及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明采取的方案為：一種基于統(tǒng)一接口的慣組通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。核心電路采用雙核STM32控制電路，外設(shè)接口電路包括脈沖采集電路、同步串行通信接口電路、1553B總線通信接口電路、鉑電阻溫度測量電路、RS422總線通信接口電路、CAN總線通信接口電路、CPLD電路、高速USB串行總線通信接口電路、Ethernet以太網(wǎng)通訊控制電路、慣組供電及監(jiān)測電路、電壓檢測電路、數(shù)據(jù)處理單元。

雙核STM32控制電路實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)接口、多種通訊協(xié)議向單接口、單協(xié)議的統(tǒng)一。兩片STM32分為主(Master)、從(Slave)處理器，分別實現(xiàn)不同的功能，主處理器主要完成接口統(tǒng)一、協(xié)議統(tǒng)一、系統(tǒng)電源控制、電源監(jiān)控以及多接口數(shù)據(jù)采集之間的任務(wù)調(diào)度；從處理器主要完成慣組數(shù)據(jù)采集接口的擴(kuò)展，使之能夠適應(yīng)多接口的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。主、從處理器之間采用SPI通信傳遞慣組數(shù)據(jù)，采用UART傳遞控制命令及狀態(tài)信息，雙核之間的任務(wù)同步采用4路外部中斷Ext[3∶0]進(jìn)行控制，實現(xiàn)各數(shù)據(jù)采集任務(wù)之間的協(xié)調(diào)、統(tǒng)一。

脈沖采集電路由脈沖整形電路和CPLD可編程邏輯器內(nèi)部計算器組成，慣組脈沖輸入脈沖整形電路后進(jìn)入CPLD，CPLD對輸入的脈沖進(jìn)行計數(shù)，CPLD與STM32采用FSMC總線進(jìn)行連接并通過FSMC總線讀取CPLD的脈沖計數(shù)值。

同步通訊控制電路通過STM32的FSMC總線進(jìn)行擴(kuò)展，同步通訊控制器為PEF20525，通過PEF20525實現(xiàn)兩路全雙工同步串行通信，通信波特率可編程，最大速率為20Mbps。

1553B總線通信接口電路通過STM32的FSMC總線進(jìn)行擴(kuò)展，通訊控制器為8357所的HT-61843GB-1，該通訊接口首次在慣組測試設(shè)備上集成，其 通訊波特率為4Mbps。

鉑電阻溫度測量電路采用恒壓源三線制測量法，使用該方法可有效避免因?qū)Ь€熱噪聲帶來測量誤差，為降低產(chǎn)品鉑電阻自發(fā)熱影響溫度測量精度，測量電流不超過0.4mA，其中電橋采用高精度、低溫漂電阻搭建，進(jìn)一步減小測量誤差，實際測量精度優(yōu)于0.1℃；

RS422總線通信接口電路以及CAN總線通信接口電路采用STM32自帶的通訊控制器連接收發(fā)驅(qū)動器構(gòu)成，實現(xiàn)與RS422總線輸出或CAN總線輸出的慣組數(shù)據(jù)采集。

高速USB串行總線通信接口電路采用STM32的USB_OTG HS接口連接外部PHY USB3300，USB接口是以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫浞萁涌冢糜诖髷?shù)據(jù)的批量傳輸，經(jīng)過實際驗證，USB_OTG高速接口最高數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到了430Mbps,遠(yuǎn)高于STM32以太網(wǎng)接口最高100Mbps的限制，可用于大數(shù)據(jù)非實時批量傳輸。

Ethernet以太網(wǎng)通訊控制電路使用STM32的FSMC總線連接以太網(wǎng)控制器進(jìn)行擴(kuò)展,以太網(wǎng)通訊控制器為DM9000A，主要用于實時傳輸慣組數(shù)據(jù)，軟件上通過移植LwIP協(xié)議棧，實現(xiàn)了以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

慣組電源監(jiān)測電路通過開關(guān)電路和繼電器電路，實現(xiàn)手動/自動配電控制切換，且最大電流為20A，采用ACS754LCB電流傳感器，可實時監(jiān)測慣組消耗電流變化，當(dāng)電流超過預(yù)設(shè)值時進(jìn)行報警，實現(xiàn)了對慣組的安全供電。

其中監(jiān)測電路中的電壓檢測電路采用固態(tài)繼電器JGC-3032和隔離放大器ISO124U，實現(xiàn)5路不共地慣組二次電源的電壓采集，實時監(jiān)控慣組內(nèi)部電源情況，采用運(yùn)算放大器OPA2277，組成加法電路，將負(fù)電壓升到正電壓，實現(xiàn)對±35V電壓寬電壓范圍的AD采集。

數(shù)據(jù)處理單元13采用研華的AIM-203(Min_ATX)主板搭建，該主板體積小，功耗低，且工業(yè)接口豐富，通過在數(shù)據(jù)處理單元編寫軟件，可靈活實現(xiàn)慣組脈沖輸出采集，并進(jìn)行相應(yīng)計算處理、數(shù)據(jù)存儲等。

本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件分為數(shù)據(jù)處理單元數(shù)據(jù)處理軟件、雙核ARM控制軟件、CPLD可編程邏輯軟件；所有軟件按模塊進(jìn)行設(shè)計，可維護(hù)性良好，擴(kuò)展能力和升級能力強(qiáng)，慣組數(shù)據(jù)首次采用數(shù)據(jù)庫存儲、管理，相比使用文件存儲方式，具有讀寫速度快、存儲容量大、安全性高等特點。

圖1為本發(fā)明一個實施例的一種脈沖采集系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，如圖1所示，包括脈沖采集電路1、同步串行通信接口電路2、1553B總線通信接口電路3、鉑電阻溫度測量電路4、RS422總線通信接口電路5、CAN總線通信接口電路6、CPLD電路7、主控芯片組8、高速USB串行總線通信接口電路9、Ethernet以太網(wǎng)通訊控制電路10、電源監(jiān)測電路11、數(shù)據(jù)處理單元12、電源板13。

如圖2所示，慣組脈沖采集由兩部分構(gòu)成，一部分是物理電路，即脈沖采集信號處理電路，另一部分是CPLD內(nèi)部脈沖計數(shù)邏輯電路。

脈沖采集信號處理電路將慣組輸入的脈沖信號經(jīng)分壓電路將脈沖信號由12V降低至5V左右，并通過斯密特觸發(fā)器對脈沖信號進(jìn)行整形、濾波后，再經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換器將5V轉(zhuǎn)換為3.3V后輸入到可編程擴(kuò)及器件CPLD及STM32的定時器外部輸入捕獲引腳上，既可以使用STM32處理器的定時器采集，也能夠采用CPLD進(jìn)行采集，減小了方案設(shè)計風(fēng)險。在本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方案中采用CPLD對慣組輸入脈沖信號進(jìn)行采集，相比使用STM32定時器采集脈沖數(shù)而言，

CPLD內(nèi)部脈沖計數(shù)邏輯電使用Verilog可編程邏輯語言進(jìn)行編程，CPLD內(nèi)部邏輯電路包含4個模塊，分別是分頻模塊、計數(shù)模塊、輸出選擇模塊以及輸出使能模塊。CPLD與STM32的數(shù)據(jù)交互是通過STM32的FSMC總線完成，分頻模塊主要根據(jù)FSMC寫入的采樣頻率寄存器完成系統(tǒng)時間分頻。計數(shù)模塊根據(jù)系統(tǒng)時鐘對輸入的脈沖信號進(jìn)行2次同步以解決異步輸入接口跨時鐘域同步問題，并根據(jù)系統(tǒng)時鐘的上升沿判斷是否有脈沖進(jìn)來，若有脈沖進(jìn)來，完成加法工作，數(shù)據(jù)溢出后自動清零，當(dāng)輸出使能信號有效時，CPLD根據(jù)采樣頻率定時輸出脈沖信號觸發(fā)STM32的外部中斷，STM32在外部中斷中通過FSMC總線讀取CPLD的脈沖計數(shù)值，讀取數(shù)據(jù)過程中，CPLD使用FSMC的地址數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，一旦地址信號有效后，根據(jù)不同的地址信號將不同通道的脈沖數(shù)據(jù)放入FSMC的數(shù)據(jù)線上，完成整個脈沖計數(shù)功能。

采用Verilog實現(xiàn)的脈沖采集電路通過時鐘同步方式對輸入脈沖信號進(jìn)行同步，解決了異步輸入接口跨時鐘域同步的技術(shù)難點，鎖存器跟根據(jù)采樣參數(shù)配置時鐘分頻系數(shù)以及中斷輸出頻率，實現(xiàn)了采樣頻率可在線配置以及中斷輸出頻率高精度可控。通過試驗驗證，該脈沖采集電路的采樣精度可達(dá)到10-6，采樣范圍可以達(dá)到6.5MHz,相比原脈沖采集設(shè)備，采樣精度提高了一個數(shù)量級，采樣范圍擴(kuò)大了10倍。

同步串行通信接口電路2采用同步串行通訊控制器PEF20525進(jìn)行擴(kuò)展，通訊控制器PEF20525與STM32采用FSMC總線并行連接，STM32通過FSMC總線配置同步串行通訊控制器PEF20525，實現(xiàn)了通訊頻率可在線配置，最高通訊波特率可達(dá)20Mbps，由于同步串行通信通過時鐘對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行同步，比異步串行通信具有更高的可靠性，同時采用差分RS422電平傳輸方式，可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高可靠性傳輸；

1553B總線通信接口電路由8357所的1553B控制器HT-61843GB-1和1553B隔離變壓器HT-DB337/4A組成，HT-61843GB-1與STM32之間采用FSMC總線進(jìn)行連接。HT-61843GB-1總線控制器通訊速率為4Mbps,相比國外進(jìn)口芯片常見的1Mbps通訊波特率而言，通信速率提高了4倍。該通訊控制器支持雙通道、雙冗余的總線鏈路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了慣組數(shù)據(jù)的高可靠性傳輸。

如圖3所示，鉑電阻溫度采集電路采用恒壓源三線法測量方法，由于光纖慣組上有9路鉑電阻需要測量，在本系統(tǒng)中集成了10路相互獨立的鉑電阻采集電路，其中一路用于監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)溫度。鉑電阻溫度測量電路由3部分構(gòu)成，分別是恒壓源三線法電橋電路、信號調(diào)理電路、ADS1258 高精度AD轉(zhuǎn)換電路。其中ADS1258連接至STM32(Slave)的SPI接口上，通過SPI接口控制ADS1258采樣時序。如圖4所示的鉑電阻溫度采集具體硬件結(jié)構(gòu)電路中，電橋中R1、R2、R3、R4構(gòu)成電橋電路，其中Rw1～Rw3為電橋連接鉑電阻的引線電路，當(dāng)電橋平衡時，Vin1與Vin2相等，當(dāng)電橋平衡被打破時，V1與V2之間的差值如式1所示

電橋電路中，電阻R1～R3選用高精度、低溫漂的電阻，且R1與R2的阻值應(yīng)在同批產(chǎn)品中選用漂移方向一致的電阻，由于電阻R4隨著溫度變化，令R4＝R0+△R，導(dǎo)線電阻由于熱電勢的影響，電阻Rw會有一個微小的變化，由于導(dǎo)線1、2、3等長，可認(rèn)為Rw1＝Rw2＝Rw3＝r+△r,若采用2米長的AFR-2500.2的導(dǎo)線，則r約為0.2Ω，將R4、Rw1、Rw2、Rw3帶入式1可得

將式2分為兩部分如式3、式4所示：

第一部分：

第二部分：

對第一部分式3進(jìn)行整理可得

如式5所示，分子部分無Δr,分母第一項(R₁+R₀+ΔR+r)×(R₂+R₃+r)為108量級，分母第二項(R₀+ΔR+r+R₁+R₂+R₃+r)×Δr在10³量級，分母第三項Δr²在10^-2量級，分母第二項與第一項相差10⁵個數(shù)量級，第三項更小，因 此分母第2項、第三項可以忽略不計。

在參考電壓為2.5V的情況下，VGND如式6所示，將R1＝R2＝10K，R3＝500Ω，R_w1＝R_w2＝R_w3帶入式6可得且兩邊同時除以V_ref可得

因此，第二項可以忽略不計，根據(jù)式2～式7分析可知，V1與V2之間的差值如式8所示。令Rt＝R0+△R，則對式8進(jìn)一步變形可得鉑電阻阻值Rt如式9所示。

由于導(dǎo)線的引線電阻非常小，約為0.2Ω，因此可以忽略導(dǎo)線電阻的影響，則式(9)可改寫為

本方案鉑電阻設(shè)計方案實際測量范圍為-40℃～100℃，此時鉑電阻對應(yīng)的阻值分別為范圍大概為400Ω～700Ω，此時根據(jù)式8可得，取V_ref為2.5V，則當(dāng)溫度為-40℃(電阻為約為400Ω)時Vin1-Vin2取得最小值；當(dāng)溫度為100℃時(電阻為約為700Ω)時Vin1-Vin2取得最大值。

將式(11)中的值分別帶入式(9)、(10)可得出值保留到小數(shù)點后5 位均為692.24877，因此只要連接鉑電阻的導(dǎo)線長度一致，導(dǎo)線電阻引起的誤差可以忽略不計。

根據(jù)式(11)與式(12)的計算結(jié)果，電橋兩端的電壓差最小值為-22.8929mV,最大值為44.5021mV，為便于信號采集，將電橋兩端的電壓差放大20倍后進(jìn)行在送入AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行采集，信號放大電路如圖4中所示,信號放大電路分為2級，第一級由U1、U2結(jié)成同向比例放大電路，因而輸入阻抗很高，由于采用對稱連接方式，因而可以抵消運(yùn)算放大器的溫漂現(xiàn)象；第二級U3連接成差分輸入方式，將差分信號轉(zhuǎn)換成的單端信號輸出。

溫度采集電路經(jīng)過實際驗證，獲得了優(yōu)于0.1℃的測量精度，這與理論計算存在了部分差異，這些差異的主要由電橋電路精密電阻的誤差和溫漂、鉑電阻自熱影響導(dǎo)致，但0.1℃的測量精度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過本系統(tǒng)所要求的0.7℃測量精度技術(shù)要求。

通用異步RS422、RS232串行通信電路(5)以及CAN總線通訊電路(6)使用STM32自帶的通訊接口連接相應(yīng)的收發(fā)驅(qū)動器進(jìn)行擴(kuò)展，實現(xiàn)原理較簡單，在此不再贅述。

如圖5所示，STM32雙核通訊控制電路是本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，兩片STM32分為主(Master)、從(Slave)處理器，分別實現(xiàn)不同的功能，主處理器主要完成接口統(tǒng)一、協(xié)議統(tǒng)一、系統(tǒng)電源控制、電源監(jiān)控以及多接口數(shù)據(jù)采集之間的任務(wù)調(diào)度；從處理器主要完成慣組數(shù)據(jù)采集接口的擴(kuò)展和多接口的慣組數(shù)據(jù)采集，兩片STM32通過分工合作的方式能使整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)行效率高、數(shù)據(jù)采集更加穩(wěn)定可靠，也可以解決STM32因引腳復(fù)用導(dǎo)致部分功能無法使用的情況。本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的雙核控制系統(tǒng)采用SPI傳輸數(shù)據(jù)、UART異步串口傳輸控制命令、GPIO負(fù)責(zé)雙核之間的任務(wù)同步。主控芯片組之間的慣組數(shù)據(jù)通過SPI進(jìn)行傳送，其中STM32從處理器的SPI接口做主發(fā)送端，主處理器的SPI接口做從接收端，SPI的通訊波特率為42Mbps,采用DMA傳輸方式進(jìn)行傳輸。

實際使用過程中，主控芯片組的主(Master)、從(Slave)處理器的工作流程如圖6所示。系統(tǒng)上電后，主芯片初始化外部接口后啟動兩個任務(wù)，一個任務(wù)是系統(tǒng)電源監(jiān)控任務(wù)，另一個是測試指令監(jiān)控任務(wù)，其中系統(tǒng)電源監(jiān)控任務(wù)是一項周期性執(zhí)行任務(wù)，測試指令監(jiān)控任務(wù)是一個搶占式任務(wù)，在測試指令監(jiān)控任務(wù)中，一旦收到上位機(jī)軟件發(fā)出的測試指令就將測試指令轉(zhuǎn)發(fā)至從處理器，其中測試指令包含數(shù)據(jù)采集類型、對應(yīng)的物理接口以及采樣參數(shù)等信息；從處理器根據(jù)測試指令初始化對應(yīng)數(shù)據(jù)采集任務(wù)的測試接口后返回一個狀態(tài)信息，上位機(jī)根據(jù)狀態(tài)信息選擇是否繼續(xù)測試，若狀態(tài)信息正確，則上位機(jī)發(fā)送啟動測試指令，測試指令監(jiān)控任務(wù)中監(jiān)控到啟動測試指令后通過外部中斷啟動從處理器啟動測試任務(wù)；從處理器將采集到的慣組數(shù)據(jù)通過SPI發(fā)送給主處理器，主處理器將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化轉(zhuǎn)換后通過以太網(wǎng)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理單元；一旦測試指令監(jiān)控單元檢測到停止測試指令，立即通過外部中斷觸發(fā)從處理器停止數(shù)據(jù)采集。

主處理器還有一項重點任務(wù)是完成多種通訊協(xié)議的格式化轉(zhuǎn)換，即將慣組數(shù)據(jù)按統(tǒng)一格式通過以太網(wǎng)傳輸至數(shù)據(jù)處理單元，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議如表1所示。

表1

接收到慣組數(shù)據(jù)后將慣組數(shù)據(jù)根據(jù)預(yù)定的格式填充到傳輸協(xié)議格式各個字段上，本文以CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為同一的協(xié)議格式為例說明協(xié)議轉(zhuǎn)換的過程，CAN消息格式與數(shù)據(jù)傳輸格式定義結(jié)構(gòu)體如表2所示。

表2

在測控板Master接收到CAN總線的消息后，將CAN總線消息結(jié)構(gòu)中的所有數(shù)據(jù)分配到傳輸協(xié)議中的Data字段，傳輸協(xié)議中的FrameType表示消息類型(如CAN、RS422、1553B等)，其中CAN消息類型以0x90表示,協(xié)議轉(zhuǎn)換單元中，首先聲明一個指向Tanslate_Msg的指針*m_Tanslate_Msg,并為其動態(tài)分配內(nèi)存，協(xié)議轉(zhuǎn)換過程如下，其中傳輸協(xié)議幀頭、校驗和計算及幀尾省略未寫。

更為具體的，由于STM32的自帶的USB接口只支持低速和全速模式，但STM32內(nèi)部集成了高速USB接口的控制器，必須使用外部PHY才能使用STM32的USB高速模式，在本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，采用USB3300作為外部PHY擴(kuò)展STM32的高速USB接口，USB接口作為以太網(wǎng)的備用接口用于慣組數(shù)據(jù)傳輸，經(jīng)實際傳輸測試，其傳輸速度可達(dá)到430Mbps,比以太網(wǎng)具有更高的傳輸速率,適合大數(shù)據(jù)的批量傳輸。

更為具體的，在STM32上實現(xiàn)以太網(wǎng)接口一般可采用兩種方案實現(xiàn)，方案一是用STM32自帶的RMII接口或MII接口連接外部PHY實現(xiàn)以太網(wǎng)接口，方案二是用FMSC總線擴(kuò)展外部以太網(wǎng)總線控制器。在本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中以太網(wǎng)接口電路采用FMSC總線擴(kuò)展以太網(wǎng)總線控制器DM9000A，DM9000A集成了以太網(wǎng)控制器和PHY，使用比較方便，簡單；軟件上通過移植LwIP協(xié)議棧實現(xiàn)測控板與數(shù)據(jù)處理單元之間的數(shù)據(jù)傳輸。

更為具體的，慣組供電及監(jiān)測電路由手動開關(guān)電路和繼電器電路組成，其中開關(guān)S1為單刀雙擲開關(guān)，用于切換手動控制還是軟件控制，開關(guān)S2至S5、繼電器K1-K4分別控制4路+BB電壓的導(dǎo)通和關(guān)斷。從開關(guān)和繼電器出來的+BB電壓通過串入一只ACS754LCB電流傳感器，ACS754LCB的輸出連接至雙核處理器電路(9)中AD采集接口，對4路+BB的電流進(jìn)行監(jiān)測。

更為具體的，電壓檢測電路，五路輸入電壓在分壓后，將正端和負(fù)端同時通過固態(tài)繼電器依次切換到加法電路的輸入端，而加法電路的輸出作為ISO124隔離放大器的輸入，通過隔離放大器，實現(xiàn)將被測電壓的地轉(zhuǎn)換為AD采集地，ISO124的輸出端連接至雙核處理器電路(9)中AD采集接口，實現(xiàn)5路不共地電壓采集。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。