遥测信号模拟源的设计及实现

遥测信号模拟源的设计及实现　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐＩｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ　ｓｉｇｎａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｓｏｕｒｃｅ　

王冬冬范中国　中国空空导弹研究院（河南洛阳４７１　００９）　

责任编辑：王金旺　

摘要：遥测信号模拟源是多通道信号发生器，模拟弹载组件，输出模拟及数字信号供遥测舱采集，以判断遥测　舱是否正常。本设计基于ＤＤＳ及数字可编程技术，采用ＤＡＣ芯片ＡＤ５３１２、运放，Ｒ，￥４２２、４２９、ＬＶＤＳ等接口　芯片，编写ＦＰＧＡ模块，最终实现多达１Ｏ０路模拟电压及４０路数字信号输出，并可在计算机上通过网络进行参数　配置　该信号源输出信号种类多，参数配置灵活方便，可满足多个遥测组件的测试需求　关键词：遥测；信号源；ＤＤＳ；ＡＤ５３１２；测试　ＤＯＩ：１　０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１　００５　５５１　７．２０１　７．５．０１　４　

王冬冬（１９８４－），男，硕士，研究方向：遥测接收技术。　引言　１整体设计　在遥测舱测试交付试验中，信号源起重要作用，模　拟弹载组件特征产生多路的模拟电压与数字信号，经遥　测舱采集后与原信息进行对比，以判断遥测产品是否合　格…。　与标准信号源设备相比，遥测信号源输出信号种类　更多，包含方波、正弦波、阶跃电压等模拟电压信号，　以及ＲＳ４２２、ＲＳ２３２、ＬＶＤＳ、ＡＲｌＮＣ　４２９、ＴＴＬ、并行　数字通道等数字信号，每种信号输出通道通常要求几十　路，远多于标准信号源。　图１遥测信号源实现框图　为满足测试的全面性，信号源提供多样的输出信号　类型，根据被测遥测组件的不同可进行参数配置调整，　实现灵活通用性　】。采用ＦＰＧＡ作为控制芯片，实现每　路信号的参数独立可调。　由于信号多，采用模块化设计，按照信号特征划分　为数字信号板、模拟小信号板、模拟大信号板、配置控　制板、电源板、互连底板，通过插头接线汇集到箱体面　板的固定插头上对外输出，总体设计框图如图１所示。　互连底板将电源板输出的电压及配置控制板的控制　信号线连接到各功能子板，控制采用ＳＰＩ总线，每个子　

圈２电源板　ｗｗｗ．ｅｅｐｗ．ｃｏｍ．ｃｎ　２０　１　７．６　４　６　测试测量Ｔｅｓｔ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　圈３电压咆流测量逛路　碡数字信罨产生原理　

￣｜ＩＯＩ＆Ａ　阁５　ＡＲｉＮＣ　４２９癌号产生逛路　

板使用不同的片选信号。按信号类型划分模块，简化了　设计，便于电路实现，方便后续的更新升级。　

２各组成部分设计　２．１电源板　电源板采用两种供电方式，可由直流电源供电，电　压与电流设置及显示由直流电源提供：或外接２２０Ｖ交　流电，由自带ＡＣ／ＤＣ模块产生２８Ｖ直流电　电源板采用ＤＣ／ＤＣ模块将输入直流电压进行升　压、降压、反极性变换，得到多个直流电压供信号板使　用，设计如图２所示。子板中的＋３．３Ｖ、＋１．５ｖ１＇￣电压由　各信号板上ＬＤＯ产生。　

采用２２０Ｖ交流供电方式，需显　示ＡＣ／ＤＣ模块的输出电压与电流。　电压测量采用电阻将２８Ｖ电压分压　到３．３Ｖ内。电流测量采用电源线上　串入０．０５　Ｑ的精密电阻，电流经过　电阻时产生微小压降，经电流测量　专用放大器ＡＤ８２　１　７放大２Ｏ倍，得　到与电流相关的电压　］。变换后的电　压值送到ＭＳＰ４３０单片机，由片上　ＤＡＣ采集计算后，在ＬＥＤ上显示电　压和电流，测量电路如图３所示。　２．２数　Ｙ－ｔ＇；　板　数字信号板产生Ｒ　Ｓ　４　２　２、　ＲＳ２３２、ＬＶＤＳ、ＴＴＬ、４２９等信　号。要求输出电平符合相关标准，　码速率、包周期、信息字数、字位　数等可配置，采用ＦＰＧＡ￣ＪＩ］接口芯片方式产生，原理如　图４所示。　考虑多路输出的引脚需求及低成本，ＦＰＧＡ选用　ＥＰ１Ｃ１２Ｑ２４０。编写ＨＤＬ程序，实现控制接口、ＲＡＭ／　数据产生、数据速率时钟产生、串．７７／并行时序发送等　功能，输出电平由ＭＡＸ３２３２、ＭＣ３４８７、６５ＬＶＤＳ０４７　芯片完成４２２、２３２、ＬＶＤＳ等电平转换。　ＡＲｌＮＣ　４２９信号采用专门的协议转换收发芯片　ＤＥＩ１　Ｏ１　６￣ＦＰＧＡ中需发送的３２位信息字转换为串行数　据，再通过ＢＤ４２９Ａ芯片转换为４２９电平　，电路实现　如图５所示。　２．３模拟信号板　

４　７　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴ　ＷＯＲＬＤ　２０１　７　６　闰６方波产生电路　图７囊陵波信号产生　

责任编辑：王金旺　３６Ｖ１￣＇９运放ＡＤ８２４完成小信　号放大输出，选用供电最高　１　４０Ｖ（±７０Ｖ）的高压运放　ＬＴＣ６０９０［Ｓｌ完成大信号放大输　出。　模拟信号由ＤＡＣ产生初始　波形，再经过外部运放电路处　理得到所需波形。为满足多通　道输出，选用ＡＤ５３１　２芯片，　含２路ＤＡＣ，采用ＳＰＩ接口　Ｊ，　大大节省了ＦＰＧＡ的ｌ／ｏ接口　方波信号产生电路如图６　所示，每路ＡＤ５３１　２可以输出　２路方波信号。在ＦＰＧＡ模块　中配置方波幅度高值、幅度　低值、频率周期、占空比等　参数。ＤＡＣ参考电压由ＲＥＦ１　９８芯片提供，其输出高精　度的４．０９６Ｖ，对于１　０ｂｉｔｓｔ￣ＪＤＡＣ，每一位数字量对应　４ｍＹ输出电压。　正弦波或其它特殊波形由数字电路直接计算不易得　到，采用ＤＤＳ原理产生，将波形存储到ＲＯＭ中，实现　原理如图７所示。　正弦信号输出幅度的控制采用控制基准电压方式　

面　圜８歪弦锈鸯产生融黪　

模拟信号最终由运放输出，普通运放最大供电为　３０Ｖ：￣，更高的电压需采用特殊的高压运放。将模拟　储器，脱离计算机后　

信号以３ＯＶ为界限分为小信号与大信号。选用最大供电　置板原理如图９所示。　

实现　】。利用ＡＤ５３２　１集成２路　ＤＡＣ的特点、将Ａ路作为正弦　信号输出通道，Ｂ路作为Ａ路的　参考电压，控制Ｂ路的输出幅　度，间接控制Ａ路的正弦信号　幅度，电路如图８所示。．　２．４配置板　采用ＡＲＭ处理器，通过网　络或串口与计算机进行通信。　计算机可实时配置信号源参　数，配置接口存储到ＦＬＡＳＨ存　按配置好的参数执行输出　】，配　

（下转第６５页）　

ｗｗｗ．ｅｅｐｗ．ｃｏｍ．ｃｎ　２０１　７．６　４　８　工业控制Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｃｏｎｔｒｏ　上、当外部正弦波ＡＣ２２０Ｖ过零点时，产生一个下降沿　触发微控制器中断响应，用以提供ＰＷＭ脉宽调节的基　点　由于市电的频率为５０Ｈｚ，因此，过零点的频率为　１　００Ｈｚ，则单个ＰｗＭ的周期为１　０ｍｓ，以此调整其占空　比即可进行电压调节。　２．４软件编制　本设计软件用Ｃ语言编写，主要包括流量的闭环控　制及采样体积的计算　滤膜机构切换定位过程采用串级阶跃响应控制算　法，将采样完毕的滤膜机构定位控制的最终输出作为当　前采样滤胰机构定位控制的给定值输入，以此完成滤膜　机构的切换和定位，实现定值７天的连续采样　３机械设计　机械设计方面，主要是自动换膜机构的设计。自动　换膜机构包括采样头、换膜转盘、推力球轴承、轴承托　盘、法兰、转盘电机、丝杠夹紧机构、可动联接环、固　定联接环、可伸缩ＰＶＣ联接器、限位、机箱和支架等机　构。采样头位于换膜机箱的外部，是采样气体的入口；　换胰转盘设有七个滤膜安装工位，且各个工位沿径向均　匀分布，上下各设有一层形状和尺寸与换膜转盘完全相　同的橡胶密封垫：换膜转盘底部设有七个限位撞块，和　限位开关配合使用，用于转盘精准定位；推力球轴承位　于换胰转盘和转盘电机输出轴之间，用于支撑换膜转　《上接第４８页）３结论　信接［　ｌ接【　片　＿～……～　（　Ｉ　ｌ／半¨）　置指示／　选择・　．　Ａ　处理器１．信号板　微丰板ｔ　制线　一一…一一一一一Ｊ　一一…一—ｒ一一一　…………　｝　配置波形Ｉ　４ｔ地俘储Ｉ　ｊ　本文设计的信号源实现了正弦、方波等模拟信号，　以及ＲＳ２３２、Ｒ５４２２、ＬＶＤＳ、ＡＲＩ　ＮＣ４２９等数字信号输　盘，使其在电机旋转时保持平稳的运行状态：轴承托盘　固定于转盘电机上，用于支撑推力球轴承：法兰一端与　换膜转盘连接，另外一端穿过推力球轴承与电机连接：　转盘电机垂直固定于机箱底部：丝杠夹紧机构安装在换　膜机箱侧壁上，丝杠夹紧机构上下各设有一组滑块，且　两组滑块转向相反，在每个滑块上各设有一个卡箍，用　于固定可动联接环，可动联接环通过可伸缩ＰＶＣ连接器　与固定联接环相连，保证装置的密封性和可移动性。丝　杠夹紧机构底部设有步进电机，在步进电机的驱动下，　两组可动联接环在垂直方向做双向往复运动，通过上下　两层密封橡胶垫的共同作用，进而实现滤膜机构的夹紧　和密封功能。在滑块的极限位置设有传感器，可防止运　行过程中损坏设备。　

４结论　本项目设计了分时控制自动换膜系统。采集端圆形　转盘配合丝杠夹紧机构，通过步进电机，实现七个采　样滤膜的精确定位和自动切换，结合硬件电路和软件算　法控制，完成对大气中的总悬浮颗粒物的采集，实现　７　ｘ　２４／ＪｘＢ，ｄ连续采样，为现有的工作人员提供便利的同　时　节省人力和物力，提高工作效率。　

参考文献：　…ＨＪ９３—２０１　３环境空气颗粒物ｌ　ＰＭ１０￣０ＰＭ２　５　１粟样器技术要求及倚　则方　法　［２　王兆安，嚣俊电力电子撞术［Ｍ］北象：机械工业出版｝Ｉ　２０００　

出，采用ＡＲＭ嵌入式主板，实现计算机对信号源的参　数配置　本信号源按功能分开设计，在实现上化整为零，每　个子板单独设计，减少了整体设计的风险　性，具备通用性，在实际中得到了很好的　应用。　

参考文献：　…李海＇Ｉ某运测信号幢拟撩的系统设计驶实现［Ｄ】南京：南京航空航天大学２０１０　『２１宋矗露，白瑞青基于直接数字频率台成的可蝙程谨测信号源　现代电子技术，２Ｏ１２　『３］Ａｎａｌｏｇ　Ｄｅｖｉｃｅ　ＡＤ８２１　７　Ｈｉｇｈ　Ｒｅｓｏｌｕｈｏｎ　Ｚｅｒｏ　ＤｒｉｆｔＣｕｒｒｅｎｔ　ＳｈｕｎｔＭｏｎｉｔｏｒＤａｌａ　ｓｈｅｅｌ　２０１１　『４］Ｄｅｖｉｃｅ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｃ　ＤＥＩ１０１６＆ＢＤ４２９ＡＲＩＮＣ　４２９　Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ　ＦａｍＩＩｖＤａｔａ　Ｓｈｅｅｔ　２００５　『５］Ｂｒｉａｎ　Ｂｌａｃｋ高压运放可改善性能并缩减电路板空Ｉａｑ［ｊ］中国集成电路，２０１３　『６］Ａｎａｌｏｇ　Ｄｅｖｉｃｅ　ＡＤ５３１２ＤａｔａＳｈｅｅｔ　２０１　１　『７ｌＳｔｅｖｅ　Ｋｄｌｓ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　ＦＰＧＡ　Ｄｅｓｉｇｎ［Ｍ］Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ａ　Ｊｏｈｎ　Ｗｄｅｙ＆Ｓｏｎｓ　Ｉｎｃ．Ｐｕｂｈｃａｂｏｎ　

６　５　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴ　ＷＯＲＬＤ　２０１　７．６