一种星用多通道数据采集控制电路及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种星用多通道数据采集控制电路及控制方法，包括多路电子开关、电压量采集芯片以及用于实现多路电子开关通道切换、电压量采集时序工作控制、数据平滑运算以及数据存储和读取功能的FPGA控制模块。本发明采用由FPGA控制模块以及多路电子开关和电压量采集芯片构成的硬件电路替代了复杂的软件功能，将采集功能和数据处理存储功能摆脱处理器控制，有效地释放了CPU的资源，节省采集时间，使过程控制更稳定。本发明实现了采集模块化、控制过程智能化的独立系统，对卫星系统的星载一体化具有深远意义。
【专利说明】一种星用多通道数据采集控制电路及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种星用多通道数据采集控制电路及控制方法。
【背景技术】
[0002]卫星系统中，拥有大量的电压量、温度量等采集任务，现有设计中沿用传统的RTU下位机由星务计算机主控单元CPU控制采集，
[0003]在原始设计中，通道间切换、多次采集平滑、AD转换控制、数据平滑处理以及采集数据读取均由主控单元的应用软件完成。主控CPU全程响应过程，增加了 CPU的负荷；此夕卜，通道间切换的稳定时间、单通道多次采集间隔时间和AD采集量回读等待亦由主控单元完成，考虑到软件延迟的不稳定性，在软件设计时都会适当增加等待延迟时间以确保通道和数据的稳定，增加了 CPU的参与时间，也增加了 AD采集时间。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服软件控制带来的过程控制不精确和资源浪费，提供一种应用便捷化，采集过程智能化，硬件实现模块化的星用多通道数据采集控制电路及控制方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0006]一种星用多通道数据采集控制电路，包括多路电子开关、电压量采集芯片以及用于实现多路电子开关通道切换、电压量采集时序工作控制、数据平滑运算以及数据存储和读取功能的FPGA控制模块；多路电子开关的若干个输入端分别与相对应的若干路信号源相连，多路电子开关的模拟信号输出端与电压量采集芯片的模拟信号输入端相连，多路电子开关和电压量采集芯片的控制信号输入端分别与FPGA控制模块相连；电压量采集芯片的数据输出端与FPGA控制模块的数据输入端相连。
[0007]所述的FPGA控制模块包括用于实现多路电子开关通道切换的通道切换模块、用于进行数据平滑运算的数据处理模块、数据读取模块、用于采集电压量的智能采集模块以及调度控制模块；通道切换模块与多路电子开关的控制信号输入端相连，数据读取模块通过I/o接口实现数据的读取，智能采集模块通过数据线连接到电压量采集模块的数据输出端上；调度控制模块分别与通道切换模块、数据处理模块、数据读取模块以及智能采集模块相交互，调度控制模块根据输入参数对通道切换模块、数据处理模块、数据读取模块以及智能采集模块进行调度与控制。
[0008]一种星用多通道数据采集控制方法，包括以下步骤:
[0009]I)根据处理的任务需求，处理器先写入采集的起始、结束通道信号以及需要平滑的次数；设置采集的平滑次数，对同一通道的多次采集求平均值，并设置起始通道和结束通道；
[0010]2)写入启动命令，处理器同时执行其他任务；
[0011 ] 3)得到启动命令后，采集电路在自主完成整个采集过程后，以中断方式告知处理器；
[0012]4)处理器响应中断，读取对应的FIFO数据，读空为止；将读取的数据按协议解析得到通道信号与对应采集值，完成相应任务。
[0013]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0014]本发明采用由FPGA控制模块以及多路电子开关和电压量采集芯片构成的硬件电路替代了复杂的软件功能，将采集功能和数据处理存储功能摆脱处理器控制，有效地释放了 CPU的资源，节省采集时间，使过程控制更稳定。其智能化、模块化特点对于整个卫星系统设计具有深远的意义。本发明在节省了 CPU参与采集过程控制时间的同时，不仅既减少了软件控制带来的采集延迟，而且有效地释放CPU资源，提高整个系统CPU的利用率，大大优化了系统资源；本发明实现了采集模块化、控制过程智能化的独立系统，对卫星系统的星载一体化具有深远意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的电路原理框图；
[0016]图2为本发明中央调度控制模块的状态图。
【具体实施方式】
[0017]参见图1，本发明包括多路电子开关、电压量采集芯片以及用于实现多路电子开关通道切换、电压量采集时序工作控制、数据平滑运算以及数据存储和读取功能的FPGA控制模块；多路电子开关的若干个输入端分别与相对应的若干路信号源相连，多路电子开关的模拟信号输出端与电压量采集芯片的模拟信号输入端相连，多路电子开关和电压量采集芯片的控制信号输入端分别与FPGA控制模块相连；电压量采集芯片的数据输出端与FPGA控制模块的数据输入端相连。FPGA控制模块包括用于实现多路电子开关通道切换的通道切换模块、用于进行数据平滑运算的数据处理模块、数据读取模块、用于采集电压量的智能采集模块以及调度控制模块；通道切换模块与多路电子开关的控制信号输入端相连，数据读取模块通过I/O接口实现数据的读取，智能采集模块通过数据线连接到电压量采集模块的数据输出端上；调度控制模块分别与通道切换模块、数据处理模块、数据读取模块以及智能采集模块相交互，调度控制模块根据输入参数对通道切换模块、数据处理模块、数据读取模块以及智能采集模块进行调度与控制。
[0018]本发明的原理:
[0019]AD采集控制模块设计在满足高精度采集条件下，采用了一种多通道快速采集控制方法。该模块能够实现AD1674的采集控制和采集数据处理功能。采集控制具有以下功能:
1、设置采集的平滑次数，通过对同一通道的多次采集求平均值的方法来达到高精度要求；
2、设置起始通道和结束通道，实现对任意通道采集和任意连续若干通道的采集，提高了采集的灵活性；3、采集数据与通道完成重组与自动存储，CPU仅需要在收到FPGA提供的采集结束信号时读取数据即可；4、读取的数据经过协议的解析可得到通道号与对应的采集值。
[0020]如图1所示，多路电子选通开关和电压量转换芯片的控制以及采集过程的智能控制核均由FPGA完成。采集控制核构成部分如下:
[0021]I)通道切换模块，通过输入的起始通道和结束通道号，完成连续通道间开关切换控制；
[0022]2)智能采集模块，主要完成AD采集器件时序工作控制，可根据设置的平滑采集次数完成同一通道间连续采集间隔时间控制，节约相同通道多次采集的总时间；
[0023]3)数据处理模块，读取每个通道输出的采集值，并根据平滑采集次数完成平滑运算；
[0024]4)数据读取模块，读取平滑运算后的采集值，完成该采集值与其通道号的标示即将采集值与其通道号作组合拼接，并存入相应FIFO中；
[0025]5)调度控制模块，该部分为整个智能采集控制核的核心模块，可根据输入参数完成对上述4个功能模块的合理调度与控制，其状态图如图2示。
[0026]本发明的工作过程:
[0027]启动前，仅需要设置需要采集的起始通道号与结束通道号以及平滑次数；采集结束时，产生结束信号，CPU捕捉到该信号后可直接访问相应FIFO，对每组数据解析即可得通道号与其采集数据。
[0028]具体的:
[0029]a.根据处理的任务需求，处理器先写入采集的起始、结束通道信号以及需要平滑的次数。设置采集的平滑次数，通过对同一通道的多次采集求平均值的方法来达到高精度的要求；设置起始通道和结束通道，实现对任意通道采集和任意连续若干通道的采集，提高了采集的灵活性；
[0030]b.写入启动命令，处理器可执行其他任务；
[0031]c.得到启动命令后，采集电路在自主完成整个采集过程后，以中断方式告知处理器；
[0032]d.处理器响应中断，读取对应的FIFO数据，读空为止，将读取的数据按协议解析得到通道信号与对应采集值，即可完成相应任务。
[0033]本发明在产品上已经实现，经过产品测试和验证，在应用中灵活简便。模块设置的端口可被处理器正常访问，结合应用软件的简单设置和启动，可完全脱离处理器控制完成多通道数据采集、处理、存储功能。
[0034]以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种星用多通道数据采集控制电路，其特征在于:包括多路电子开关、电压量采集芯片以及用于实现多路电子开关通道切换、电压量采集时序工作控制、数据平滑运算以及数据存储和读取功能的FPGA控制模块；多路电子开关的若干个输入端分别与相对应的若干路信号源相连，多路电子开关的模拟信号输出端与电压量采集芯片的模拟信号输入端相连，多路电子开关和电压量采集芯片的控制信号输入端分别与FPGA控制模块相连；电压量采集芯片的数据输出端与FPGA控制模块的数据输入端相连。
2.根据权利要求1所述的星用多通道数据采集控制电路，其特征在于:所述的FPGA控制模块包括用于实现多路电子开关通道切换的通道切换模块、用于进行数据平滑运算的数据处理模块、数据读取模块、用于采集电压量的智能采集模块以及调度控制模块；通道切换模块与多路电子开关的控制信号输入端相连，数据读取模块通过I/O接口实现数据的读取，智能采集模块通过数据线连接到电压量采集模块的数据输出端上；调度控制模块分别与通道切换模块、数据处理模块、数据读取模块以及智能采集模块相交互，调度控制模块根据输入参数对通道切换模块、数据处理模块、数据读取模块以及智能采集模块进行调度与控制。
3.—种如权利要求1或2所述的星用多通道数据采集控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)根据处理的任务需求，处理器先写入采集的起始、结束通道信号以及需要平滑的次数；设置采集的平滑次数，对同一通道的多次采集求平均值，并设置起始通道和结束通道； 2)写入启动命令，处理器同时执行其他任务； 3)得到启动命令后，采集电路在自主完成整个采集过程后，以中断方式告知处理器； 4)处理器响应中断，读取对应的FIFO数据，读空为止；将读取的数据按协议解析得到通道信号与对应采集值，完成相应任务。
【文档编号】G05B19/04GK104166353SQ201410406004
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】孟猛, 肖国尧, 吕仲基, 何小青, 白荣侠, 李彦妮 申请人:中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所