一种多通道振动态参数采集控制时序装置的制作方法

本发明属于传感器应用技术领域，具体涉及一种多通道振动态参数采集控制时序装置。

背景技术：

在高振动强度动态测试过程中，需要对加速度，局部受压情况，温度等一系列参数进行分析。在测试过程中，往往伴随着巨大的振动和电磁干扰等一系列不良因素，导致许多电子设备无法正常运行。因此，如何在苛刻的条件下获得准确的数据和高可靠性的存储在测试过程中至关重要，这种具有类似黑匣子特性的高可靠性数据采集系统是当今强振动环境测试研发项目的重点之一。

依据最新的fpga现场可编程技术，设计了强振动测试环境下的多传感器动态数据采集系统，满足系统可靠性、实时性的新要求。

与本发明专利最为接近的已有技术是由贵州大学原群盛等同志于2016年发表在“液晶与显示”中第31卷第7期680-684页的题为“基于stm32动态监测系统设计”的文章，其技术方案如图1所示：包括多路模拟开关1，中央处理器模块(stm32)2，无线模块3。中央处理器2通过多路模拟开关1选择采集哪一通道信号，然后将采集数据放入数据寄存器，用无线模块3发送出去。

该数据采集存储系统存在的主要问题是：1、多路模拟开关选择通道时，其他通道并非断开，而是串接一个非常大的电阻来断开，这种方式会使采集的精度受损。2、stm32为串行工作方式，采集完毕后存入数据寄存器后，才能再次启动采集，这使得采集速度大大降低。3、无缓存器使得采集速度快时存在数据阻塞的隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，在苛刻的条件下获得准确的数据和高可靠性的存储，提供一种多通道振动态参数采集控制时序装置。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种多通道振动态参数采集控制时序装置，包括主控制器，所述主控制器的输入端通过模数转换模块连接一传感器信号转换模块，所述传感器信号转换模块的输入端连接多种传感器，所述主控制器的输入/输出端连接有fifo缓存模块，形成外部的多种传感器信号和fifo缓存模块的数据传输链。

进一步的，所述传感器信号转换模块包括恒流源，所述恒流源与外部的多种传感器相连接，传感器输出双极性模拟电压信号并依次连接滤波模块、限压模块和差分转换模块，用于将双极性模拟电压信号滤波转换为抗干扰能力更强的单极性差分信号，所述差分转换模块连接滤波器，用于将包含噪声的单极性差分信号变为无噪声的单极性差分信号，所述滤波器连接模数转换模块。

进一步的，所述模数转换模块包括模数转换芯片，所述模数转换芯片通过差分信号线连接滤波器，用于通入单极性差分信号并将其转换成数据信号，所述模数转换芯片的参考端与基准电源连接，所述模数转换芯片分别通过模数转换控制总线和模数转换数据总线连接主控制器，分别用于接收主控制器发出的ttl控制信号和传输给主控制器转换后的数据信号。

进一步的，所述主控制器包括可编程逻辑器fpga，所述可编程逻辑器fpga通过分别通过模数转换控制总线和模数转换数据总线连接模数转换芯片，所述可编程逻辑器fpga的信号输入端连接有启动触发模块，用于外部向可编程逻辑器fpga传输ttl启动信号，所述可编程逻辑器fpga的信号输入端连接有内部加速度触发模块，用于在加速度达到一定值时向可编程逻辑器fpga传输ttl启动信号。

进一步的，所述fifo缓存模块包括第一fifo缓存器和第二fifo缓存器，用于交替存储，所述第一fifo缓存器和第二fifo缓存器分别连接主控制器的输入/输出端。

本发明的有益效果是:

本发明装置的左端与外部的多个加速度传感器、压力传感器和红外传感器连接，右端与fifo缓存模块连接，形成外部的多种传感器信号和fifo缓存模块的数据传输链；由本装置构成的数据传输链，在采集通道数较多时采集速度有了显著提升；同时，双fifo缓存器交替存储机制，使采集和后续处理相互独立，且匹配两者速度，有效避免了数据冲突，提高了数据传输的效率；本装置的数据传输链单通道采样速率每秒达2m，具有极高的实时性，用于高强度振动加速度参数采集，绝对误差在1mv以内，数据无误码。

附图说明

图1是现有技术中基于stm32动态监测系统框图；

图2是本发明的整体结构示意框图；

图3是图2中传感器信号转换模块的结构示意框图；

图4是图2中模数转换模块的结构示意框图；

图5是图2中主控制器的结构示意框图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1所示，一种多通道振动态参数采集控制时序装置，包括主控制器8，所述主控制器8的输入端通过模数转换模块7连接一传感器信号转换模块6，所述传感器信号转换模块6的输入端连接多种传感器，所述主控制器8的输入/输出端连接有fifo缓存模块，形成外部的多种传感器信号和fifo缓存模块的数据传输链。

所述传感器信号转换模块6包括恒流源13，所述恒流源13与外部的多种传感器相连接，传感器输出双极性模拟电压信号并依次连接滤波模块14、限压模块15和差分转换模块16，用于将双极性模拟电压信号滤波转换为抗干扰能力更强的单极性差分信号，所述差分转换模块16连接滤波器17，用于将包含噪声的单极性差分信号变为无噪声的单极性差分信号，所述滤波器17连接模数转换模块7，在本实施中，恒流源13采用lm334芯片。

所述模数转换模块7包括模数转换芯片19，所述模数转换芯片19通过差分信号线18连接滤波器17，用于通入单极性差分信号并将其转换成数据信号，所述模数转换芯片19的参考端与基准电源20连接，所述模数转换芯片19分别通过模数转换控制总线21和模数转换数据总线22连接主控制器8，分别用于接收主控制器8发出的ttl控制信号和传输给主控制器8转换后的数据信号，在本实施例中，模数转换芯片19采用ad7266芯片，基准电源20采用tl431芯片，具体的电子电路采用本领域或ad7266芯片的常规通用外围电路接法即可。

所述主控制器8包括可编程逻辑器fpga23，所述可编程逻辑器fpga23通过分别通过模数转换控制总线21和模数转换数据总线22连接模数转换芯片19，所述可编程逻辑器fpga23的信号输入端连接有启动触发模块9，用于外部向可编程逻辑器fpga23传输ttl启动信号，所述可编程逻辑器fpga23的信号输入端连接有内部加速度触发模块10，用于在加速度达到一定值时向可编程逻辑器fpga23传输ttl启动信号，在本实施例中，可编程逻辑器fpga23采用ep4ce22芯片，具体的电子电路采用本领域或ep4ce22芯片的常规通用外围电路接法即可，内部加速度触发模块10采用adxl001芯片，启动触发模块9可采用相应隔离电路和外部启动信号。

所述fifo缓存模块包括第一fifo缓存器11和第二fifo缓存器12，用于交替存储，所述第一fifo缓存器11和第二fifo缓存器12分别连接主控制器8的输入/输出端。

本发明原理

本发明中多传感器（本实施例中采用了加速度传感器、压力传感器和红外传感器）从恒流源13处获得电源，输出-5v至+5v双极性模拟电压信号，经过滤波模块14去除传输过程中的噪声，再经过限压模块15避免电压过大引起器件损坏，然后进入差分转换模块16，差分转换模块16将-5v至+5v双极性模拟电压信号转换为0至5v单极性差分信号通过滤波模块14进入模数转换芯片19；

外部启动信号通过启动触发模块9向主控制器8发送ttl启动信号，内部加速度触发模块10在加速度达到一定值时向主控制器8发送ttl启动信号，主控制器8收到启动信号后，用io口输出ttl信号控制模数转换模块7采集多传感器信号，通过spi接口从模数转换模块获取12位转换数据；单次采集结束后，主控制器在数据中加入帧头、帧尾和校验字节交替存入第一fifo缓存器11和第二fifo缓存器12。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。