[發(fā)明專利]一種通用化的直升機(jī)實(shí)驗(yàn)室測控系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410012445.1
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103777625B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙琦;張正浩;劉蘇瀟;陸國雷;馮文全
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

1.一種通用化的直升機(jī)實(shí)驗(yàn)室測控系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括3部分：前端信號采集模塊（1）、中心處理單元模塊（2）和顯示與控制模塊（3），按照預(yù)定的流程完成對旋翼系統(tǒng)測試過程中遙測數(shù)據(jù)的接收、處理、分類存儲、顯示，遙控指令的發(fā)送功能；各模塊之間的連接關(guān)系如下所述：前端信號采集模塊（1）通過信號線接入DB62接口與中心處理單元模塊（2）相連接，完成遙測數(shù)據(jù)的采集，通過相應(yīng)的處理之后進(jìn)入中央處理單元模塊（2）的核心部分——現(xiàn)場可編程門陣列即FPGA；中心處理單元模塊（2）通過PCI插槽接入PCI總線，由PCI總線控制器PCI9054芯片完成和顯示與控制模塊（3）相連接，完成中心處理單元模塊（2）與顯示與控制模塊（3）的通信，顯示與控制模塊（3）完成遙測數(shù)據(jù)的分類處理、存儲，并將遙控指令發(fā)送給中心處理單元模塊（2）；

所述的前端信號采集模塊（1）由（1.1）滑動電位計(jì)、（1.2）光電轉(zhuǎn)換器及（1.3）開關(guān)電路三部分組成，且這三部分相互獨(dú)立；

該（1.1）滑動電位計(jì)為通用設(shè)備，對旋翼處在不同角度位置時相應(yīng)電信號即模擬角度信號進(jìn)行采集，通過前端信號采集模塊（1）中的信號連接器送入中心處理單元模塊（2）；該（1.2）光電轉(zhuǎn)換器為通用設(shè)備，選用設(shè)備滿足以下參數(shù)要求即可：高10mm、反射距離<2mm、工作電壓0～15V；該光電轉(zhuǎn)換器將對光信號轉(zhuǎn)換為電信號即轉(zhuǎn)速/方向信號進(jìn)行采集，通過前端信號采集模塊（1）中的信號連接器送入中心處理單元模塊（2），旋翼每轉(zhuǎn)動一周，光電轉(zhuǎn)換器輸出四個脈沖電壓信號，通過數(shù)據(jù)處理得出轉(zhuǎn)速值；該（1.3）開關(guān)電路為常規(guī)接線，滿足開關(guān)按下時電路接高電平、松開時電路接低電平即可，該（1.3）開關(guān)電路即開關(guān)信號的高低電平狀態(tài)作為電信號通過前端信號采集模塊（1）中的信號連接器送入中心處理單元模塊（2）；

所述的中心處理單元模塊（2）由所設(shè)計(jì)的印刷電路板即PCB板卡實(shí)現(xiàn)；該P(yáng)CB板卡設(shè)計(jì)分為6部分：（2.1）角度信號處理部分、（2.2）轉(zhuǎn)速/方向信號處理部分、（2.3）開關(guān)信號處理部分、（2.4）能實(shí)現(xiàn)PCB板卡與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)讀寫控制的PCI總線控制器部分、（2.5）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動信號控制部分、（2.6）現(xiàn)場可編程門陣列FPGA時序邏輯控制部分；其中（2.1）～（2.5）部分根據(jù)不同功能的需求選用相應(yīng)的芯片完成信號處理：（2.1）、（2.2）、（2.3）、（2.4）部分所處理的信號最終輸入現(xiàn)場可編程門陣列FPGA中；（2.5）部分所處理的信號由可編程門陣列FPGA（簡稱FPGA）通過PCB板卡時序邏輯控制發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)；（2.6）部分主要由硬件描述語言Verilog編寫，通過計(jì)算機(jī)加載到FPGA中實(shí)現(xiàn)預(yù)定的時序邏輯；

該（2.1）角度信號處理部分，12路模擬角度信號經(jīng)過前端信號采集模塊（1）得到模擬電壓后進(jìn)入中心處理單元模塊（2），由于該FPGA對12路信號的處理不是同時而是依次進(jìn)行，故需要經(jīng)過多路開關(guān)選擇器按順序選擇相應(yīng)序號通路的角度信號，加到模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器即ADC模擬輸入端，完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，最終輸入FPGA；該（2.2）部分轉(zhuǎn)速/方向信號處理部分，由于前端信號采集模塊（1）采集得到的轉(zhuǎn)速/方向信號電壓為5V，而FPGA工作電壓為3.3V，故轉(zhuǎn)速/方向信號需通過電壓轉(zhuǎn)換為3.3V送入FPGA，由硬件時序邏輯來實(shí)現(xiàn)頻率測量；該（2.3）開關(guān)信號處理部分，同樣需要通過電壓轉(zhuǎn)換成3.3V之后送入FPGA；該（2.4）PCI總線控制器部分，完成本設(shè)計(jì)PCB板卡與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)讀寫與控制：PCB板卡插在計(jì)算機(jī)的PCI插槽中，通過PCI總線與計(jì)算機(jī)交互數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)傳輸、控制的全過程由PCI總線控制器進(jìn)行PCI總線和局部總線的橋接，保證局部總線一端的設(shè)備在符合PCI總線的規(guī)范后連接到PCI總線上；該（2.5）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動信號控制部分，該FPGA得到操作員在計(jì)算機(jī)上下達(dá)的控制信號之后將發(fā)送方波信號與方向信號，通過芯片74HC05與MOS管BSS138放大后輸出給步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；該（2.6）現(xiàn)場可編程門陣列FPGA時序邏輯控制部分，使用復(fù)雜可編程邏輯器件即CPLD和FPGA混合使用,以達(dá)到設(shè)計(jì)要求：該CPLD完成對FPGA程序的加載并對PCI總線控制器進(jìn)行配置；該FPGA則在硬件描述語言Verilog編程下完成所需功能的要求；

所述顯示與控制模塊（3）由工控機(jī)與所設(shè)計(jì)的PCIcom軟件組成；該工控機(jī)為通用設(shè)備，上述PCB板卡通過PCI插槽與工控機(jī)連接工作；該P(yáng)CIcom軟件完成數(shù)據(jù)的分析處理、友好顯示以及指令的發(fā)送功能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用化的直升機(jī)實(shí)驗(yàn)室測控系統(tǒng)，其特征在于：所述的“該P(yáng)CIcom軟件完成數(shù)據(jù)的分析處理、友好顯示以及指令的發(fā)送功能”，其功能內(nèi)容有：（1）模擬角度信號與轉(zhuǎn)速信號由FPGA經(jīng)過PCI總線讀入軟件后，通過累加求平均的方式得到符合精度要求的數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同通道各信號名稱顯示在軟件上；（2）開關(guān)信號由FPGA經(jīng)過PCI總線讀入軟件后，在軟件界面上根據(jù)不同開關(guān)序號顯示“開”或“關(guān)”狀態(tài)，并且當(dāng)開關(guān)狀態(tài)為“開”時，根據(jù)開關(guān)序號所對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式，發(fā)送控制信號驅(qū)動相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；（3）該P(yáng)CIcom軟件根據(jù)用戶需求能夠設(shè)置步進(jìn)電機(jī)移動距離零點(diǎn)位置，根據(jù)軟件發(fā)送驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作的方波信號個數(shù)與每個方波驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)移動距離來計(jì)算步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前位置，并顯示；（4）該P(yáng)CIcom軟件能夠根據(jù)步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前位置與所設(shè)零點(diǎn)位置之差，發(fā)送相應(yīng)個數(shù)的方波驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)向反方向移動，從而完成“回零”功能。