一种基于FPGA的多路轴角智能检测纠错和收发装置的制作方法

本发明涉及高速总线信号传输领域，具体涉及一种基于fpga的多路轴角智能检测纠错和收发装置。

背景技术：

轴角数字技术广泛用于各种高精度数控系统，如机器人控制、导航和工业级军事领域，其中，在用于工业级军事领域主要来测量火控台、雷达等装置的伺服转台，通过明确其姿态角、高低角、方位角来对设备进行调整。

轴角数字技术能够实现将感应同步器直接输出的模拟信号解码后转化为数字信号，数字信号被后续控制系统接收，并且能够完成功能选择、参数设置、多种测试设备的控制，从而进行多种类单块式的单速、双速轴角数字转换的参数性能自动化控制。

但是，目前的解码芯片如ad2s80通常具有体积较大、电源要求高、转速低、配置元件多等局限，且信号放大能力有限，导致准确度较低；在测试过程中，轴角-数字模块主要通过技术熟练的人力完成调试测试，人力成本较高，且效率较低。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于fpga的多路轴角智能检测纠错和收发装置，能够提高检测效率和精度，且成本较低。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于fpga的多路轴角智能检测纠错和收发装置，包括fpga，还包括cpci总线机构、若干轴角转换模块、若干电平转换及数据缓冲模块，

所述cpci总线机构包括cpci总线接口芯片、若干第一总线信号接口和若干第二总线信号接口；

所述轴角转换模块、电平转换及数据缓冲模块的数量相同，且与感应同步器的数量一致；

所述第一总线信号接口用于接收若干感应同步器发送的轴角信号，且每个所述感应同步器与第一总线信号接口之间通过两传输线传输：主传输线和备用传输线，在使用时，所第一总线信号接口默认接收主传输线所传输的信号，当所述主传输线传输的数据状态出现异常时，所述第一总线信号接口切换至接收备用传输线传输的信号；

所述激磁信号进入轴角转换模块后作为轴角转换模块的比较电压，激励轴角信号放大，所述轴角转换模块接收激磁信号和轴角信号后，先将轴角信号进行放大后再转化为第一数据信号并发送给相应的电平转换及数据缓冲模块，所述电平转换及数据缓冲模块用于将第一数据信号进行电平转换和过滤，得到第二数据信号并发送至fpga进行处理；

所述fpga包括数据处理单元，所述数据处理单元用于根据第二数据信号计算当前伺服转台的转动角度并将计算结果通过cpci总线接口芯片传输至第二总线信号接口进行输出；

进一步的，收发装置还包括电源与电源管理芯片，所述电源、电源管理芯片均与第二总线信号接口连接，所述fpga通过电源管理芯片与第二总线信号接口连接。

进一步的，所述第一总线接口的数量大于等于感应同步器的数量。

进一步的，所述fpga与第二总线信号接口之间还设置有串口通讯，该串口通讯用于与外部进行数据交互，同时，还可以作为调试接口。

进一步的，所述fpga还包括判断单元和检测单元，所述判断单元和检测单元相互连接。

进一步的，所述判断单元用于根据电机运行规律判断第二数据信号是否异常，并在异常时向检测单元发送检测信号，所述检测单元用于通过电平转换及数据缓冲模块向轴角转换模块发送状态信号，当所述轴角转换模块收到状态信号时，判断其所接受的轴角信号是否正常，当轴角信号正常时，反馈正常信号至检测单元；当接受到的轴角信号非正常时，反馈非正常信号至检测单元，检测单元控制相应的第一总线信号接口将当前接口切换至备用接口，并发送报警信息通知相应人员进行检修，若干备用接口传输的信号也为异常信号，则终止当前信号传输并通知相应人员对伺服转台进行检查。

一种基于上述装置进行收发信号的方法，包括以下步骤：

s1、接收轴角信号和磁激信号；

s2、对轴角信号进行放大和数字转化得到第一数字信号；

s3、对第一数字信号进行电平放大和过滤得到第二数字信号；

s4、对第二数字信号进行计算得到角度信号并进行输出。

一种基于上述装置进行智能检测纠错的方法，包括以下步骤：

s1、判断单元根据电机运行规律判断第二数据信号是否异常，并在异常时向检测单元发送检测信号；

s2、检测单元通过电平转换及数据缓冲模块向轴角转换模块发送状态信号；

s3、轴角转换模块收到状态信号时并判断其所接受的轴角信号是否正常，若正常，转入步骤s4，否则，转入步骤s5；

s4、反馈正常信号至检测单元并进行正常传输；

s5、反馈非正常信号至检测单元，检测单元控制相应的第一总线信号接口将当前接口切换至备用接口，并发送报警信息通知相应人员进行检修，若干备用接口传输的信号也为异常信号，则终止当前信号传输并通知相应人员对伺服转台进行检查。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明中基于fpga的多路轴角智能检测纠错和收发装置，激磁信号进入轴角转换模块后作为轴角转换模块的比较电压，激励轴角信号放大，由于轴角信号为电信号(电压通常为0.1～0.5v)，且较微弱，需要进行放大并转化为数字信号，以提高数据的准确性，本发明中通过一激磁装置发射激磁信号至轴角转换模块，该激磁信号的电压为40～60v，与目前主要通过轴角转换模块本身进行放大，但是由于轴角转换模块放大电压通常为3.3v，导致最终信号强度较弱，信号准确度较低相比，本发明的准确度较高。

(2)本发明中基于fpga的多路轴角智能检测纠错和收发装置，每个感应同步器与第一总线信号接口之间通过两传输线传输：主传输线和备用传输线，在使用中，第一总线信号接口默认接收主传输线所传输的信号，当主传输线传输的数据状态出现异常时，第一总线信号接口切换至接收备用传输线传输的信号，能够避免信号中断或异常信号，且能够及时调整，有效提高了信号传输的有效性、准确性。

(3)本发明中基于fpga的多路轴角智能检测纠错和收发装置，fpga包括相互连接的判断单元和检测单元相互，判断单元用于根据电机运行规律判断第二数据信号是否异常，并在异常时向检测单元发送检测信号，检测单元用于通过电平转换及数据缓冲模块向轴角转换模块发送状态信号，当轴角转换模块收到状态信号时，判断其所接受的轴角信号是否正常，当轴角信号正常时，反馈正常信号至检测单元；当接受到的轴角信号非正常时，反馈非正常信号至检测单元，检测单元控制相应的第一总线信号接口将当前接口切换至备用接口，并发送报警信息通知相应人员进行检修，若干备用接口传输的信号也为异常信号，则终止当前信号传输并通知相应人员对伺服转台进行检查。

本发明实施例在使用时对信号是否异常进行判断并采取相应的措施，即快速完成轴角-数字模块的检测，能够及时检测纠错，实时有效对伺服转台的运行状态进行监控，便于实时调整火控台、雷达等装置的姿态角、高低角、方位角，提高监控和打击目标的准确度，且成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例中基于fpga的多路轴角智能检测纠错和收发装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种基于fpga的多路轴角智能检测纠错和收发装置，其用于接收并检测伺服转台的角度，每个伺服转台均通过感应同步器发送一轴角信号，轴角信号包括三个相位差为120°的信号组成。

该装置包括cpci(compactperipheralcomponentinterconnect)总线机构、fpga(fieldprogrammablegatearray)、电源、电源管理芯片、若干轴角转换模块、若干电平转换及数据缓冲模块，cpci总线机构包括cpci总线接口芯片、若干第一总线信号接口和若干第二总线信号接口，电源、电源管理芯片均与第二总线信号接口连接，fpga通过电源管理芯片与第二总线信号接口连接。

轴角转换模块、电平转换及数据缓冲模块的数量相同，且与感应同步器的数量一致，第一总线接口的数量大于等于感应同步器的数量，本实施例中，第一总线接口的数量为8个，其能够同时对8台伺服转台进行检测，在实际使用中，第一总线接口的数量可以为16、24或者36个，因此，本发明可以同时检测多台伺服转台，成本较低。

解码芯片即轴角转换模块选用型号为ad2s80的芯片，其体积较小，配置元件少、供电简单、转速较高，便于集成在电路板上。

第一总线信号接口用于接收若干感应同步器发送的轴角信号，且每个感应同步器与第一总线信号接口之间通过两传输线传输：主传输线和备用传输线，在使用中，第一总线信号接口默认接收主传输线所传输的信号，当主传输线传输的数据状态出现异常时，第一总线信号接口切换至接收备用传输线传输的信号，能够避免信号中断或异常信号，且能够及时调整，有效提高了信号传输的有效性、准确性。

激磁信号进入轴角转换模块后作为轴角转换模块的比较电压，激励轴角信号放大，由于轴角信号为电信号(电压通常为0.1～0.5v)，且较微弱，需要进行放大并转化为数字信号，以提高数据的准确性，本实施例中通过一激磁装置发射激磁信号至轴角转换模块，该激磁信号的电压为40～60v，目前主要通过轴角转换模块本身进行放大，但是由于轴角转换模块放大电压通常为3.3v，导致最终信号强度较弱，信号准确度较低。

轴角转换模块接收激磁信号和轴角信号后，先将轴角信号进行放大后再转化为第一数据信号并发送给相应的电平转换及数据缓冲模块，电平转换及数据缓冲模块用于将第一数据信号进行电平转换和过滤，得到第二数据信号并发送至fpga进行处理。

fpga包括数据处理单元、判断单元和检测单元，数据处理单元用于根据第二数据信号计算当前伺服转台的转动角度并将计算结果通过cpci总线接口芯片传输至第二总线信号接口进行输出，同时，fpga与第二总线信号接口之间还设置有串口通讯，该串口通讯用于与外部进行数据交互，同时，还可以作为调试接口。

判断单元和检测单元相互连接，判断单元用于根据电机运行规律判断第二数据信号是否异常，并在异常时向检测单元发送检测信号，检测单元用于通过电平转换及数据缓冲模块向轴角转换模块发送状态信号，当轴角转换模块收到状态信号时，判断其所接受的轴角信号是否正常，当轴角信号正常时，反馈正常信号至检测单元；当接受到的轴角信号非正常时，反馈非正常信号至检测单元，检测单元控制相应的第一总线信号接口将当前接口切换至备用接口，并发送报警信息通知相应人员进行检修，若干备用接口传输的信号也为异常信号，则终止当前信号传输并通知相应人员对伺服转台进行检查。

本发明实施例在使用时对信号是否异常进行判断并采取相应的措施，即快速完成轴角-数字模块的检测，能够及时检测纠错，实时有效对伺服转台的运行状态进行监控，便于实时调整火控台、雷达等装置的姿态角、高低角、方位角，提高监控和打击目标的准确度，且成本较低。

本发明中的cpci总线接口芯片选用pci9030，其突发传输速率能够达到132mb/s，本地总线支持复用/非复用的32位地址/数据，支持从模式以及dma传输方式，能够完成pci局部总线端的总线数据传输，避免了用户直接对pci局部总线进行复杂的操作，同时为可编程逻辑器件提供了完备的本地总线接口，使用户可以较为方便的实现总线交互的功能。

本发明还提供一种使用fpga的多路轴角智能装置进行检测纠错和收发装置的方法，收发信号方法包括以下步骤：

s1、接收轴角信号和磁激信号。

s2、对轴角信号进行放大和数字转化得到第一数字信号。

s3、对第一数字信号进行电平放大和过滤得到第二数字信号。

s4、对第二数字信号进行计算得到角度信号并进行输出。

检测纠错包括以下步骤：

s1、判断单元根据电机运行规律判断第二数据信号是否异常，并在异常时向检测单元发送检测信号。

s2、检测单元通过电平转换及数据缓冲模块向轴角转换模块发送状态信号。

s3、轴角转换模块收到状态信号时并判断其所接受的轴角信号是否正常，若正常，转入步骤s4，否则，转入步骤s5。

s4、反馈正常信号至检测单元并进行正常传输。

s5、反馈非正常信号至检测单元，检测单元控制相应的第一总线信号接口将当前接口切换至备用接口，并发送报警信息通知相应人员进行检修，若干备用接口传输的信号也为异常信号，则终止当前信号传输并通知相应人员对伺服转台进行检查。

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。