[實(shí)用新型]一種基于FPGA的航跡儀標(biāo)繪速度控制卡

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320321636.7
• 申請(qǐng)日: 2013-06-05
• 公開（公告）號(hào): CN203299583U
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周衛(wèi)東;帥樹敏;李素明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/042
• 分類號(hào): G05B19/042;G01C21/22
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于艦船導(dǎo)航設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種可用于船舶航跡儀中，根據(jù)標(biāo)繪數(shù)據(jù)自主選擇勻速或勻加減速算法來控制步進(jìn)電機(jī)、標(biāo)繪過程中不占用航跡儀主機(jī)系統(tǒng)資源、標(biāo)繪完成后自動(dòng)告知主機(jī)的基于FPGA的航跡儀標(biāo)繪速度控制卡。

背景技術(shù)

航跡儀是現(xiàn)代艦艇、海洋考察船以及捕魚船常用的一種必備導(dǎo)航設(shè)備，它是根據(jù)陀螺羅經(jīng)、計(jì)程儀提供的航向和航程信息，或其它導(dǎo)航設(shè)備提供的定位信息，實(shí)時(shí)顯示和記錄本船及目標(biāo)經(jīng)緯度，并在不同比例的海圖上連續(xù)完成艦船航行的航跡和各種航海標(biāo)志的自動(dòng)標(biāo)繪。特別是在惡劣的海況條件下和戰(zhàn)時(shí)尤其有應(yīng)用價(jià)值，是現(xiàn)代導(dǎo)航系統(tǒng)的重要配套組成部分，其標(biāo)繪速度是航海人員非常重視的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，因?yàn)闃?biāo)繪速度直接關(guān)系到航跡儀的工作效率。

航跡儀的工作狀態(tài)有跟蹤和非跟蹤兩種。首先，人機(jī)交互模塊處于開放狀態(tài)，通過自檢鍵和移筆鍵可以檢查航跡儀的繪圖功能。然后，由綜導(dǎo)顯控臺(tái)裝海圖并向航跡儀發(fā)出裝海圖命令，進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，并屏蔽人機(jī)交互模塊。航跡儀的實(shí)時(shí)標(biāo)繪便是通過接收CAN總線上由導(dǎo)航定位設(shè)備發(fā)送的經(jīng)度、緯度值及各種繪圖命令，經(jīng)過數(shù)學(xué)模型的解算，獲得X,Y方向位移量，再經(jīng)過直線插補(bǔ)運(yùn)算，脈沖控制接口卡發(fā)送脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)繪筆標(biāo)繪航跡和各種航海標(biāo)志。

目前航跡儀普遍采用CDT800模塊作為脈沖控制接口卡，其主要包括16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器與數(shù)字量I/O模塊，可與PC/104模塊構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)。

CDT800模塊裝有兩片Am9513A定時(shí)控制器，可提供了可編程頻率合成、高精度可編程循環(huán)波形、可重觸發(fā)數(shù)字單脈沖、日時(shí)時(shí)鐘、報(bào)警、復(fù)雜脈沖產(chǎn)生、高精度波特率生成、移位脈沖生成、事件計(jì)數(shù)及波形分析等功能。

(2)CDT800有24通道TTL/CMOS兼容的數(shù)字量I/O，它們能直接與外部設(shè)備或信號(hào)連接，以感知開關(guān)的閉合，數(shù)字事件的觸發(fā)、或固態(tài)繼電器的動(dòng)作。這些I/O是由模塊上的71055可編程外圍接日(PPI)芯片提供的。71055能按二種方式之一土作:方式0，方式1，方式2。24通道數(shù)字量I/O由I/O連接器引出。

CDT800采用的是用勻速脈沖控制步進(jìn)電機(jī)的方式，并且通過中斷觸發(fā)來實(shí)現(xiàn)脈沖的發(fā)送，它的設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)初始化要求嚴(yán)格且在執(zhí)行過程中會(huì)占用過多的系統(tǒng)資源，不能完全滿足實(shí)時(shí)性要求。此外它采用的是勻速控制方法，標(biāo)繪速度比較慢，不能很好的滿足大規(guī)模高強(qiáng)度標(biāo)繪任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種標(biāo)繪速度更快，占用系統(tǒng)資源更少，價(jià)格更低廉，可靠性更強(qiáng)得基于FPGA的航跡儀標(biāo)繪速度控制卡。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括FPGA芯片XC2S50，配置芯片18V01，輸出驅(qū)動(dòng)芯片SN74LS244，脈沖及控制輸出接口HJY，JTAG接口，在線編程接口DOWNLOAD，通用I/O接口，航跡儀主機(jī)PC/104模塊通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送數(shù)據(jù)命令信息，由FPGA芯片XC2S50處理后轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)發(fā)送給輸出驅(qū)動(dòng)芯片SN74LS244，驅(qū)動(dòng)芯片SN74LS244通過接口HJY，傳遞給X、Y向的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明使用FPGA作為標(biāo)繪速度控制卡，硬件方面相比原CDT800控制接口卡，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和集成化有了顯著提高，同時(shí)價(jià)格更為低廉。電機(jī)走筆速度相比之前的勻速控制增加了一倍，提高了系統(tǒng)的快速性。

附圖說明

圖1控制卡的電路原理圖；

圖2勻加減速控制中頻率與步長(zhǎng)的關(guān)系；

圖3控制卡軟件模塊結(jié)構(gòu)框圖；

圖4PC/104模塊中X,Y向判別流程圖；

圖5控制卡中接口模塊程序流程圖；

圖6控制卡中X向脈沖控制模塊程序流程圖；

圖7控制卡中X向脈沖發(fā)生模塊程序流程圖；

圖8控制卡程序加速過程中的仿真圖；

圖9控制卡程序勻速過程中的仿真圖；

圖10控制卡程序減速過程中的仿真圖；

圖11控制卡程序標(biāo)繪結(jié)束時(shí)的仿真圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。

基于FPGA的航跡儀標(biāo)繪速度控制卡，由基于Xilinx公司生產(chǎn)的FPGA元件XC2S50作為速度脈沖控制卡的核心，速度控制卡包括了以下幾個(gè)部分：FPGA芯片XC2S50，配置芯片18V01，輸出驅(qū)動(dòng)芯片SN74LS244，脈沖及控制輸出接口HJY，JTAG接口，在線編程接口DOWNLOAD，以及與航跡儀主機(jī)PC/104模塊相連的通用I/O接口。