一種數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高群立

（中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，西安 710065）

1 引言

和平時(shí)期軍事訓(xùn)練和演習(xí)是提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力、檢驗(yàn)部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)能力的主要途徑，根據(jù)記錄與分析訓(xùn)練、演習(xí)數(shù)據(jù)，對(duì)部隊(duì)的訓(xùn)練水平和作戰(zhàn)能力做出客觀、科學(xué)的評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)訓(xùn)練水平和作戰(zhàn)能力的提升具有重要意義[1]。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)、信息處理的前端，完成信息的采集、轉(zhuǎn)換、壓縮和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，通過(guò)PC機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行回放分析[2]。本文結(jié)合筆者在某型飛機(jī)中數(shù)據(jù)采集設(shè)備的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此設(shè)備進(jìn)行基本介紹，希望對(duì)從事相關(guān)工作的人員提供參考。

2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備設(shè)計(jì)目標(biāo)

數(shù)據(jù)采集設(shè)備作為飛機(jī)訓(xùn)練用設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)上三條1553B總線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，對(duì)采集數(shù)據(jù)標(biāo)記絕對(duì)時(shí)標(biāo)，傳輸至載機(jī)記錄設(shè)備，同時(shí)上報(bào)采集、記錄設(shè)備的工作狀態(tài)。原理框圖見(jiàn)圖1。

圖1 數(shù)據(jù)采集設(shè)備原理框圖

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 硬件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，每一種模塊功能劃分明確，包含的電子模塊有：處理器模塊、電源模塊、衛(wèi)星接收模塊和轉(zhuǎn)接板模塊。

3.1.1 處理器模塊

處理器模塊是數(shù)據(jù)采集設(shè)備的核心處理模塊，總線信號(hào)的接收、轉(zhuǎn)換及控制工作都在該模塊中完成。處理的接口包括2路1553B的BM工作模式的數(shù)據(jù)采集、1路GJB289A的RTBM功能的數(shù)據(jù)傳輸、1路GPS/BD信號(hào)接收、5路RS422接口信號(hào)和其他備用接口的數(shù)據(jù)處理。

處理器模塊采用的核心處理器為PPC8270，是Freescale公司的一款高性能、超標(biāo)量通用微處理器，內(nèi)部集成MPC603e核，具有獨(dú)立的浮點(diǎn)處理單元，具有較強(qiáng)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)運(yùn)算能力，硬件支持所有IEEE-754浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類(lèi)型。通過(guò)不同的配置可以達(dá)到運(yùn)算能力的升級(jí)（核心最高可達(dá)450MHz）[3]。

處理器模塊原理框圖如圖2所示。

3.1.2 衛(wèi)星接收模塊

衛(wèi)星接收模塊是一款定制的、小型低功耗的衛(wèi)星接收機(jī)，用于接收、解析衛(wèi)星信號(hào)，輸出定位或時(shí)間信息，該模塊安裝在數(shù)據(jù)采集設(shè)備機(jī)箱上蓋板上，通過(guò)轉(zhuǎn)接板與處理器模塊進(jìn)行通訊?？赏ㄟ^(guò)串口配置輸出信息的格式，根據(jù)設(shè)計(jì)需求，輸出數(shù)據(jù)格式配置為GPZDA格式時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)示例如下：

圖2 處理器模塊原理框圖

3.1.3 轉(zhuǎn)接板模塊

轉(zhuǎn)接板模塊主要是為了在保證機(jī)箱面板圓形連接器向上結(jié)構(gòu)形式的前提下，滿足維修性的要求，即將印制板直插的連接器、衛(wèi)星接收模塊引線和1553B插座引線等設(shè)置在轉(zhuǎn)接板上，使處理器模塊能夠與機(jī)箱面板等完全分離，方便處理器模塊的調(diào)試和維修。

3.1.4 電源模塊

電源模塊實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品外部輸入電源到內(nèi)部各模塊電源的轉(zhuǎn)換，它能夠?qū)C(jī)上28V電源轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集設(shè)備各功能模塊所需要的二次電源，主要由輸入功能電路、電源變換器、輸出隔離采樣電路、輔助電源、控制電路、輸出過(guò)流短路、過(guò)壓保護(hù)電路和輸入欠壓指示功能等幾部分組成。

電源模塊主要功能性能參數(shù)如下：輸入供電電源+28VDC，穩(wěn)態(tài)電壓變化范圍為+16V～+32V；輸出直流電壓、電流：+5V 3A；+12V 0.2A；電壓穩(wěn)定度：1%；負(fù)載穩(wěn)定度：2%；電源效率：≥72%；輸出紋波電壓：VP-P≤100mV；電源具有輸出過(guò)壓和過(guò)流、短路保護(hù)功能；滿足50ms掉電要求電源模塊設(shè)計(jì)滿足了GJB181-1986的有關(guān)規(guī)定。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集設(shè)備軟件設(shè)計(jì)按照軟件工程化要求，采用標(biāo)準(zhǔn)化、層次化和模塊化設(shè)計(jì)方法。按照軟件功能劃分，各部分功能相對(duì)獨(dú)立，采用模塊化設(shè)計(jì)，之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)API接口進(jìn)行通信[4]，完成了產(chǎn)品的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)采集設(shè)備軟件組成結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由地面支持軟件和裝機(jī)軟件組成。

圖3 數(shù)據(jù)采集設(shè)備軟件組成

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，上文描述了數(shù)據(jù)采集設(shè)備的基本設(shè)計(jì)，此設(shè)備已在某載人飛行器上進(jìn)行了安裝使用，經(jīng)各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明采用以上方案設(shè)計(jì)滿足了系統(tǒng)需求?；谄拗?，所涉及的內(nèi)部詳細(xì)設(shè)計(jì)無(wú)法具體描述，將另文分析具現(xiàn)。

[1] 白凡.合同戰(zhàn)術(shù)基地訓(xùn)練演習(xí)實(shí)況數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[D].解放軍理工大學(xué)，2010.

[2] 祝常虹.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[3] Freescale Semiconductor.MPC8280 PowerQUICC? II Family Hardware Speci fi cations，Rev.1.8[M/OL].http：//www.freescale.com，2007.

[4] 張海藩，呂云翔.軟件工程[M].北京：人民郵電出版社，2013.