一种大气数据系统的多通道频率采集的方法与流程

本发明属于大气数据领域，涉及一种大气数据系统的多通道频率采集的方法。

背景技术：

1、大气数据传感系统通过安装在飞机的头部、机身、机翼等部位的压力传感器阵列，通过采集频率计算总压和静压，并进一步解算大气数据。大气数据系统在工业、航空、航天领域有广泛应用。

2、现有系统采用f/d采频模块测量频率，因f/d采频芯片高频计数时钟最高支持频率为12.8mhz，频率测量精度相对较低，且由于多通道采集时，占用接口多，使用多个f/d模块，经济性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种大气数据系统的多通道频率采集的方法。本发明能同时采集8通道的频率用于计算4通道的压力并上报给上级系统，具有低成本、高精度和实现效率高的特点。

2、本发明的技术方案是：一种大气数据系统的多通道频率采集的方法，包括采集芯片、外部计数器、受感器1、受感器2、受感器3和受感器4；采集芯片包括8路低频采集通道，其中6路通道对应设有6个低频采集计时器，分别为tim1、tim3、tim4、tim8、tim9、tim12；外部计数器包括通道clka和通道clkb，对应连接采集芯片剩余的2路通道；受感器1的压力解算频率输出通道fp1与低频采集计时器tim4连接，受感器1的温度解算频率输出通道ft1与低频采集计时器tim3连接；受感器2的压力解算频率输出通道fp2与低频采集计时器tim12连接，受感器2的温度解算频率输出通道ft2与低频采集计时器tim8连接；受感器3的压力解算频率输出通道fp3与通道clka连接，受感器3的温度解算频率输出通道ft3与低频采集计时器tim9连接；受感器4的压力解算频率输出通道fp4与通道clkb连接，受感器4的温度解算频率输出通道ft4与计时器tim1连接；采集芯片内还包括2个4通道的高频计数器tim5和tim2；高频计数器tim5的4个通道分别连接低频采集计时器tim4、tim12和通道clka、clkb；高频计数器tim2的4个通道分别连接低频采集计时器tim3、tim8、tim9、tim1。

3、前述的大气数据的多通道频率采集系统中，所述的采集芯片为stm32f407芯片。

4、前述的大气数据的多通道频率采集系统中，所述的外部计数器为sn74lv8154型号。

5、前述的大气数据的多通道频率采集系统中，受感器1、2、3、4均为压感式传感器。

6、一种如前所述的大气数据的多通道频率采集系统的采集方法，受感器1将采集到的压感信号分别转换为压力频率信号和温度频率信号，分别通过压力解算频率输出通道fp1和温度解算频率输出通道ft1输入到采集芯片的低频采集计时器tim4和tim3；受感器2将采集到的压感信号分别转换为压力频率信号和温度频率信号，分别通过压力解算频率输出通道fp2和温度解算频率输出通道ft2输入到采集芯片的低频采集计时器tim12和tim8；受感器3将采集到的压感信号转换为压力频率信号通过压力解算频率输出通道fp3输入到外部计数器，由外部计数器的通道clka输入到采集芯片；受感器3将采集到的压感信号转换温度频率信号通过温度解算频率输出通道ft3输入到采集芯片的低频采集计时器tim9；受感器4将采集到的压感信号转换为压力频率信号通过压力解算频率输出通道fp4输入到外部计数器，再由外部计数器的通道clkb输入到采集芯片；受感器4将采集到的压感信号转换温度频率信号通过温度解算频率输出通道ft4输入到采集芯片的低频采集计时器tim1；所述的压力频率信号及温度频率信号均为低频信号；

7、tim2、tim12、通道clka和通道clkb采集到的压力频率信号出现上升沿时，激励高频计数器tim5的对应通道捕获自身高频信号的高频计数值；

8、tim3、tim8、tim9、tim1采集到的温度频率信号出现上升沿时，激励高频计数器tim2的对应通道捕获自身高频信号的高频计数值；

9、对高频计数器tim5、tim2中捕获的高频计数值和8路低频采集通道采集的低频计数值进行同步；

10、同步后，根据周期内高、低频计数值的变化量计算被测频率。

11、前述的大气数据的多通道频率采集系统的采集方法中，同步方法如下：当定时器周期时间到时，连续采样三次低频计数和高频计数，比较3次低频计数的值，决策选用一组用于后续频率计算；每个通道的同步方法均按上述进行。

12、前述的大气数据的多通道频率采集系统的采集方法中，具体决策方法为：若采集的三组数据相同，选用第二组数据，若后两组数据相同，选用第三组数据，若前两组数据相同，选用第一组数据。

13、前述的大气数据的多通道频率采集系统的采集方法中，同步计数后，根据高、低频计数值计算被测的频率，计算的公式为其中，f——硅谐振频率(低频)，fs——高频计数器tim5、tim2自身的高频时钟频率，ni为本次采样周期的低频初始计数值，ni+1为下次采样周期的低频初始计数值，ni为本次采样周期的高频初始计数值，ni+1为下次采样周期的高频初始计数值。

14、前述的大气数据的多通道频率采集系统的采集方法中，高频时钟频率设置为42mhz。

15、有益效果：

16、本发明通过固定周期的方法，在单一通道设计了一种同步采集的算法，通过三次连续采集低频计数并先比较、后决策的冗余算法，实现了高频和低频的同步采集，避免低频多计数，提高了采集可靠性。

17、本发明中通过固定采样周期内被测低频计数值和高频计数值的变化量计算被测频率，如果周期存在误差时，保证了高、低频计数的周期一致。

18、1、本发明通过频率计算的标准大气压力精度误差小于10pa；

19、2、本发明实现了8路外部频率的同步测量；

20、3、本发明实现了各频率采集通路互相独立、互不影响；

21、4、本发明对于40khz被测频率，最高的精度误差为0.095hz；

22、5、本发明可实现周期实时性采集，每10ms采集一次频率，可根据实际要求，调整采集周期；

23、6、本发明通过单周期内多次连续采集的方法，对多次采集方法进行裁决，裁决后的数据用于计算频率和后续压力数据保证了实时性和精度。

24、7、本发明通过算法设计替代了传统硬件模块采集频率，节约了硬件成本，还能实现减重，便于系统的小型化设计。传统的频率检测在本系统中需使用4个检测模块，每个检测模块的价格约为2600元。采用本发明方法后，单个产品有效节省了至少10400元成本。

25、8、本发明通过软件设计节省了芯片资源，占用的接口相比传统检测模块的检测方法减少12个，功耗减少60％。

26、9、精度见表1，传统f/d检测模块支持最大高频时钟为12.8mhz，被测频率为40hz时，不能满足后续压力计算的要求，而本发明最大支持的高频时钟为168mhz，精度提高了13.2倍，满足后续压力误差的要求。

27、表1

28、

29、综上所述，本发明能同时采集8通道的频率用于计算4通道的压力并上报给上级系统，具有低成本、高精度和实现效率高的特点。