一种可自动管理逻辑通道的信号调理装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种可自动管理逻辑通道的信号调理装置及方法。本发明具有以下有益效果：采用分层设计，每层间采用通用接口，便于模块化设计与功能扩展；使用串行总线作为本装置的外部控制接口，简单通用；信号背板自带处理器，可以集中管理连接在信号背板上的所有调理通道，自动为应用程序中的逻辑信号配置物理地址和修正参数等，提高应用软件的编程效率；通用载板保存有板内信号调理通道的类型、系数和修正参数等信息，使用方便且精度高；支持在线调整调理系数。
【专利说明】—种可自动管理逻辑通道的信号调理装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自动测控【技术领域】，具体涉及一种可自动管理逻辑通道的信号调理装置及方法。
【背景技术】
[0002]虚拟仪器技术由于具有性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成性这四大优势，已经在自动测控系统中被广泛应用。虚拟仪器的核心思想是“软件即是仪器”，即在以计算机为核心的硬件平台上建立具有虚拟面板，测试功能由用户自定义、由测试软件实现的一种计算机仪器系统。构造一个虚拟仪器系统时，在基本硬件确定以后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。虚拟仪器系统的软件主要分为4层:系统管理层、测控程序层、仪器驱动层和物理通道接口层。一个好的自动测控系统不仅应具备良好性能和高可靠性，还应提供高性能的驱动程序和简单易用的高层语言接口，使用户能较快速地建立可靠的应用系统。目前流行的开发虚拟仪器软件的工具平台如LabVIEW、VEE等，利用图形化编程语言为没有编程经验的工程技术人员提供了理想的程序设计环境，但是如何将应用程序中的逻辑信号与硬件的物理通道接口建立起联系，只能通过手动配置来完成，效率较低而且维护也不方便。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种可自动管理逻辑通道的信号调理装置及方法，可对逻辑通道的物理地址及参数进行自动管理，使应用程序中的逻辑信号与硬件的物理通道接口容易连接。具体的技术方案如下:
一种可自动管理逻辑通道的信号调理装置，包括一信号背板，信号背板与至少一块通用载板连接；
信号背板包括背板主控制器、外部总线驱动器、内部总线驱动器以及若干载板接口 ；背板主控制器分别与外部总线驱动器和内部总线驱动器连接，且背板主控制器通过片选总线分别与每个载板接口连接；内部总线驱动器分别与每个载板接口连接，内部总线驱动器用于实现背板主控制器和载板接口之间的通信；外部总线驱动器用于实现背板主控制器与外部控制设备之间的通信；载板接口用于连接通用载板，每个载板接口对应连接一块通用载板；
通用载板包括载板主控制器、管理接口、载板总线驱动器、信号调理模块、信号输出接口以及信号接口 ；管理接口用于与对应的载板接口连接；载板主控制器分别与载板总线驱动器和信号调理模块连接，载板总线驱动器用于实现载板主控制器与载板接口的之间的通信；信号接口与信号调理模块连接，信号接口用于接入待调理信号，并将该待调理信号转送给信号调理模块；信号调理模块与信号输出接口连接，信号调理模块用于根据来自载板主控制器的指令对待调理信号进行调理，信号输出接口用于输出经调理后的信号。
[0004]作为优化方案，信号背板还包括电源滤波电路；电源滤波电路用于接入外部电源，并对每个载板接口供电。
[0005]作为优化方案，背板主控制器以及载板主控制器的型号为PIC18F45K22。
[0006]作为优化方案，外部总线驱动器、内部总线驱动器以及载板总线驱动器的型号均为 MAX485ESA。
[0007]作为优化方案，信号调理模块包括支持SPI接口的可调芯片。
[0008]作为优化方案，电源滤波电路包括三组滤波电路，每组滤波电路包括片式熔断器、共模扼流圈以及LC滤波器。
[0009]一种可自动管理逻辑通道的信号调理方法，包括如下步骤:
步骤SI，利用背板主控制器通过内部总线驱动器和片选总线采集各载板接口上加载的通用载板的通道信息，并根据通道信息统一配置逻辑地址及绑定通道参数，再将通道参数通过外部总线驱动器发送给外部控制设备；其中，通用载板的通道信息存储在载板主控制器中；
步骤S2，利用外部总线驱动器接收来自外部控制设备的参数调整指令，并将参数调整指令发送给背板主控制器；
步骤S3，利用背板主控制器对参数调整指令进行分析、处理，并根据分析结果通过内部总线驱动器和片选总线发送一控制信号给对应的载板接口 ；
步骤S4，利用管理接口接收控制信号，并将控制信号通过载板总线驱动器转送给载板主控制器；
步骤S5，利用信号接口接收待调理信号，并将待调理信号转送给信号调理模块；利用载板主控制器对控制信号进行解析，并根据解析结果控制信号调理模块对调理系数进行调整；信号调理模块对待调理信号进行调理；
步骤S6，利用信号输出接口将经调理后的信号输出。
[0010]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
(1)本发明采用分层设计，每层间采用通用接口，便于模块化设计与功能扩展；
(2)本发明使用串行总线作为本装置的外部控制接口，简单通用；
(3)本发明的信号背板自带处理器，可以集中管理连接在信号背板上的所有调理通道，自动为应用程序中的逻辑信号配置物理地址和修正参数等，提高应用软件的编程效率；
(4)本发明的通用载板保存有板内信号调理通道的类型、系数和修正参数等信息，使用方便且精度高；
(5)本发明支持在线调整调理系数。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明信号调理装置的结构框图；
图2为背板主控制器的电路原理图；
图3为外部总线驱动器的电路原理图；
图4为内部总线驱动器的电路原理图；
图5为载板接口的电路原理图；
图6为电源滤波电路的电路原理图；
图7为载板主控制器的电路原理图； 图8为载板总线驱动器的电路原理图；
图9为管理接口和信号接口的电路原理图；
图10为信号调理模块的电路原理图；
图11为信号输出接口的电路原理图；
图12为本发明信号调理方法的总流程图。
[0012]上图中序号为:1_信号背板、101-电源滤波电路、102-外部总线驱动器、103-背板主控制器、104-内部总线驱动器、105-载板接口、2-通用载板、201-管理接口、202-载板总线驱动器、203-载板主控制器、204-信号调理模块、205-信号输出接口、206-信号接口。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。
[0014]实施例1:
如图1所示，一种可自动管理逻辑通道的信号调理装置，包括一信号背板1，信号背板I与至少一块通用载板2连接。
[0015]信号背板I包括背板主控制器103、外部总线驱动器102、内部总线驱动器104以及六个载板接口 105 ;其中，每个载板接口 105可连接一块通用载板2，此处载板接口 105的数量仅为举例，可根据情况进行调整。背板主控制器103分别与外部总线驱动器102和内部总线驱动器104连接，且背板主控制器103通过片选总线分别与每个载板接口 105连接。内部总线驱动器104分别与每个载板接口 105连接，内部总线驱动器104用于实现背板主控制器103和载板接口 105之间的通信。外部总线驱动器102用于实现背板主控制器103与外部控制设备之间的通信。载板接口 105用于连接通用载板2，每个载板接口 105对应连接一块通用载板2。
[0016]通用载板2包括载板主控制器203、管理接口 201、载板总线驱动器202、信号调理模块204、信号输出接口 205以及信号接口 206。管理接口 201用于与对应的载板接口 105连接。载板主控制器203分别与载板总线驱动器202和信号调理模块204连接，载板总线驱动器202用于实现载板主控制器203与载板接口 105的之间的通信。信号接口 206与信号调理模块204连接，信号接口 206用于接入待调理信号，并将该待调理信号转送给信号调理模块204。信号调理模块204与信号输出接口 205连接，信号调理模块204用于根据来自载板主控制器203的指令调整调理系数，并对待调理信号进行调理，信号输出接口 205用于输出经调理后的信号。
[0017]在本实施例中，信号背板I还包括电源滤波电路101 ;电源滤波电路101用于接入外部电源，并对每个载板接口 105供电。且通用载板2也通过对应的载板接口 105由电源滤波电路101供电。
[0018]如图2所示，在本实施例中，背板主控制器103采用Microchip公司的PIC18F45K22。背板主控制器103内部集成的两个增强型通用同步/异步收发器模块支持RS485协议标准，分别与外部控制设备和通用载板2进行数据和指令传递。背板主控制器103中的6对IO引脚(CSf CS6，SSf SS6)被设计为片选总线，每对IO引脚对应一个载板接口 105，用于配合RS485总线选择特定的通用载板2进行数据通信。背板主控制器103的TXURXl以及REl三个引脚用于与外部总线驱动器102连接，实现通信；背板主控制器103的TX2、RX2以及RE2三个引脚用于与内部总线驱动器104连接，实现通信。
[0019]如图3所示，在本实施例中，外部总线驱动器102采用MAXM公司的MAX485ESA，该芯片可将发送或接收的串行数据转换为RS485标准电平，与背板主控制器103匹配。外部总线驱动器102的引脚Al和BI连接外部控制设备，实现与外部控制设备的通信。
[0020]如图4所示，在本实施例中，内部总线驱动器104也采用MAXM公司的MAX485ESA，与背板主控制器103匹配。内部总线驱动器104的引脚A2和B2连接载板接口 105，实现与载板接口 105的信号传输。
[0021]如图5所示，在本实施例中，载板接口 105采用符合IEC 61076_4_101标准的A型110芯的连接器中的第15~第24组引脚，其中引脚el5和el7用于与背板主控制器103连接，引脚el8和el9用于与内部总线驱动器104连接。
[0022]如图6所示，在本实施例中，电源滤波电路101包括三组滤波电路，每组滤波电路包括片式熔断器、共模扼流圈以及LC滤波器。其中，元器件Ff F3为2A片式熔断器，元器件Zl~Z3为muRata公司的共模扼流圈PLT09HN2003R0P1，元器件Z4~Z6为muRata公司的LC滤波器NFE31PT222Z1E9。三组滤波电路分别对输入的土 12V和+5V电源提供过流保护和噪声抑制。
[0023]如图7所示，在本实施例中，载板主控制器203也使用Microchip公司的PIC18F45K22,内部集成32KB的flash和256B的EEPR0M，该EEPROM用于保存通道参数信息。载板主控制器203内部集成的主同步串行口模块工作在SPI总线模式，用于控制信号调理模块204中的可调电路，从而实现在线调整调理系数的功能。载板主控制器203的RX、TX以及DE引脚分别与载板总线驱动器202连接，实现与载板总线驱动器202的通信。
[0024]如图8所示，在本实施例中，载板总线驱动器202也采用MAXM公司的MAX485ESA，与载板主控制器203匹配。载板总线驱动器202的引脚A、B以及CS连接管理接口 201，实现与管理接口 201的信号传输。
[0025]如图9所示，在本实施例中，管理接口 201和信号接口 206采用同一个符合IEC61076-4-101标准的A型110芯的连接器，管理接口 201使用第15~第24组引脚，信号接口 206使用第广第8组引脚。其中，管理接口 201的引脚el5用于与载板接口 105的引脚el5连接，实现信号背板I与通用载板2的连接；管理接口 201的引脚el7、19用于与载板总线驱动器202连接。信号接口 206设有三组信号输入引脚(IN1_1~1Ν1_8，ΙΝ2_1-?Ν2_8,IN3_f ΙΝ3_8 )，这三组信号输入引脚用于接收待调理信号。
[0026]如图10所示，在本实施例中，信号调理模块204包括支持SPI接口的可调芯片。信号调理模块204包括三组可更换的功能电路，用于完成信号的隔离调理功能，对于不同信号的调理需要更换不同的功能电路。SPI接口包括SPID1、SPID0以及SPICLK三个引脚，这三个引脚均与载板主控制器203连接，可以实现通道参数的在线调整。三组功能电路分别与信号接口 206的三组信号输入引脚(IN1_1~ΙΝ1_8，ΙΝ2_1-?Ν2_8, ΙΝ3_1~ΙΝ3_8)对应连接。每组功能电路均设有一组信号输出引脚(0UT1_1~ OUT 1_8，0UT 2_1- OUT 2_8，0UT3_1- OUT 3_8)，用于将经调理后的信号发送到信号输出接口 205。
[0027]如图11所示，在本实施例中，信号输出接口 205采用标准D型37芯连接器，用于将经调理后的信号输出到相应的硬件设备。
[0028]如图12所示，一种可自动管理逻辑通道的信号调理方法，包括如下步骤: 步骤SI，利用背板主控制器103通过内部总线驱动器104和片选总线采集各载板接口105上加载的通用载板2的通道信息，并根据通道信息统一配置逻辑地址及绑定通道参数，再将通道参数通过外部总线驱动器102发送给外部控制设备；其中，通用载板2的通道信息存储在载板主控制器203中。
[0029]此步骤可看作是调理信号之前的初始化步骤，背板主控制器103首先会通过内部总线驱动器104和片选总线依次向指定的载板接口 105发送一信息查询指令，载板主控制器203经过管理接口 201和总线驱动器202接收该信息查询指令后，立即回告通道信息，通道信息包括通用载板2内部所有调理通道的类型、系数和修正参数等信息。背板主控制器103收集到所有通用载板2中的通道信息后对全部通道统一配置逻辑地址并设定通道参数，然后再将封装好的通道参数通过外部总线驱动器102发出到外部的接收设备，至此初始化过程结束。
[0030]步骤S2，利用外部总线驱动器102接收来自外部控制设备的参数调整指令，并将参数调整指令发送给背板主控制器103。
[0031]步骤SI中背板主控制器103设定的通道参数需要通过指令才能调整到对应的通道中，本步骤中，外部控制设备的参数调整指令即是用于这个目的。
[0032]步骤S3，利用背板主控制器103对参数调整指令进行分析、处理，并根据分析结果通过内部总线驱动器104和片选总线发送一控制信号给对应的载板接口 105。
[0033]步骤S4，利用管理接口 201接收控制信号，并将控制信号通过载板总线驱动器202转送给载板主控制器203。
[0034]步骤S5，利用信号接口 206接收待调理信号，并将待调理信号转送给信号调理模块204 ;利用载板主控制器203对控制信号进行解析，并根据解析结果控制信号调理模块204对调理系数进行调整；信号调理模块204对待调理信号进行调理。
[0035]步骤S6，利用信号输出接口 205将经调理后的信号输出。
[0036]以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
【权利要求】
1.一种可自动管理逻辑通道的信号调理装置，其特征在于，包括一信号背板(I)，所述信号背板(I)与至少一块通用载板(2)连接； 所述信号背板(I)包括背板主控制器(103)、外部总线驱动器(102)、内部总线驱动器(104)以及若干载板接口( 105);所述背板主控制器(103)分别与所述外部总线驱动器(102)和所述内部总线驱动器(104)连接，且所述背板主控制器(103)通过片选总线分别与每个载板接口(105)连接；所述内部总线驱动器(104)分别与每个载板接口(105)连接，所述内部总线驱动器(104)用于实现所述背板主控制器(103)和所述载板接口(105)之间的通信；所述外部总线驱动器(102)用于实现所述背板主控制器(103)与外部控制设备之间的通信；所述载板接口(105)用于连接所述通用载板(2)，每个载板接口(105)对应连接一块通用载板(2)； 所述通用载板(2)包括载板主控制器(203)、管理接口(201)、载板总线驱动器(202)、信号调理模块(204)、信号输出接口(205)以及信号接口(206);所述管理接口(201)用于与对应的载板接口(105)连接；所述载板主控制器(203)分别与所述载板总线驱动器(202)和所述信号调理模块(204)连接，所述载板总线驱动器(202)用于实现所述载板主控制器(203)与所述载板接口(105)的之间的通信；所述信号接口(206)与所述信号调理模块(204)连接，所述信号接口(206)用于接入待调理信号，并将该待调理信号转送给所述信号调理模块(204);所述信号调理模块(204)与所述信号输出接口(205)连接，所述信号调理模块(204)用于根据来自所述载板主控制器(203)的指令对所述待调理信号进行调理，所述信号输出接口(205)用于输出经调理后的信号。
2.根据权利要求1所述的一种可自动管理逻辑通道的信号调理装置，其特征在于，所述信号背板(I)还包括电源滤波电路(101);所述电源滤波电路(101)用于接入外部电源，并对每个载板接口( 105 )供电。
3.根据权利要求1或2所述的一种可自动管理逻辑通道的信号调理装置，其特征在于，所述背板主控制器(103)以及所述载板主控制器(203)的型号为PIC18F45K22。
4.根据权利要求3所述的一种可自动管理逻辑通道的信号调理装置，其特征在于，所述外部总线驱动器(102)、所述内部总线驱动器(104)以及所述载板总线驱动器(202)的型号均为 MAX485ESA。
5.根据权利要求3所述的一种可自动管理逻辑通道的信号调理装置，其特征在于，所述信号调理模块(204)包括支持SPI接口的可调芯片。
6.根据权利要求2所述的一种可自动管理逻辑通道的信号调理装置，其特征在于，所述电源滤波电路(101)包括三组滤波电路，每组滤波电路包括片式熔断器、共模扼流圈以及LC滤波器。
7.一种可自动管理逻辑通道的信号调理方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤SI，利用所述背板主控制器(103)通过内部总线驱动器(104)和片选总线采集各载板接口(105)上加载的通用载板(2)的通道信息，并根据通道信息统一配置逻辑地址及绑定通道参数，再将通道参数通过所述外部总线驱动器(102)发送给外部控制设备；其中，通用载板(2)的通道信息存储在所述载板主控制器(203)中； 步骤S2，利用所述外部总线驱动器(102)接收来自外部控制设备的参数调整指令，并将所述参数调整指令发送给所述背板主控制器(103);步骤S3，利用所述背板主控制器(103)对所述参数调整指令进行分析、处理，并根据分析结果通过所述内部总线驱动器(104)和片选总线发送一控制信号给对应的载板接口(105)； 步骤S4，利用所述管理接口(201)接收所述控制信号，并将所述控制信号通过所述载板总线驱动器(202)转送给所述载板主控制器(203)； 步骤S5，利用所述信号接 口(206)接收待调理信号，并将所述待调理信号转送给所述信号调理模块(204);利用所述载板主控制器(203)对所述控制信号进行解析，并根据解析结果控制所述信号调理模块(204)对调理系数进行调整；所述信号调理模块(204)对所述待调理信号进行调理； 步骤S6，利用所述信号输出接口(205)将经调理后的信号输出。
【文档编号】G05B19/418GK103558829SQ201310554521
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】金凌锋, 高兵, 许智勇, 张君实, 陈玉峰 申请人:上海航天测控通信研究所