移动式自动检测系统模拟量接口单元设计研究

论文摘要

随着现代科学技术的不断发展,无人机系统结构日趋复杂、功能日趋强大,对系统的可靠性要求也更加苛刻。为保证无人机安全可靠飞行,起飞前要对无人机系统的各个性能指标进行测试,包括对飞行控制系统性能的全面检测。自动检测系统是对飞行控制系统检测的专用系统,移动式自动检测系统的研制就是在此需求下提出的。自动检测计算机是移动式自动检测系统的核心,本文主要介绍了该自动检测计算机内部模拟量接口单元的研究与设计。新研制的自动检测计算机是以CAN总线作为内部总线,采用分布式结构的开发式系统。本文以模拟量接口单元的性能为研究核心,介绍了各功能模块的详细设计。首先,论述了现有仿真测试设备的资源特点,针对存在的缺点提出了改进途径;从自动检测计算机的实际应用出发,分析了自动检测计算机在实际应用中的功能要求,从应用中得到自动检测计算机内部模拟量接口单元的性能要求。其次,以CAN总线原理为基础,分析了CAN总线的性能特点,通过与其它总线比较,论证了CAN总线作为自动检测计算机内部总线的可行性。以数据采集理论为基础,根据自动检测计算机的性能指标要求,对模拟量接口单元的功能进行了划分,针对不同模块论证了方案的可行性,并对相应关键器件进行了选型。再次,在方案论证的基础上,对各个模块进行了详细设计,实现了模拟量接口单元硬件;依据仿真测试的实际要求和功能,设计开发了模拟量接口单元的软件。最后,对模拟量接口单元进行了测试验证,结果表明模拟量接口单元的各项性能均满足设计指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外自动检测设备发展现状及趋势
• 1.3 课题研究背景
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 移动式自动检测计算机介绍
• 1.3.3 现有仿真测试设备简介
• 1.3.4 模拟量接口单元需求分析
• 1.4 主要研究成果及文章结构
• 第二章 模拟量接口单元设计理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 CAN 总线技术
• 2.2.1 CAN 总线特性分析
• 2.2.2 CAN 总线与其它同类总线比较
• 2.2.3 自动检测计算机内部数据流量分析
• 2.3 数据采集基础理论
• 2.3.1 采样
• 2.3.2 抗混叠滤波器
• 2.3.3 ADC 的工作过程
• 2.3.4 过采样
• 2.4 小结
• 第三章 模拟量接口单元总体方案设计
• 3.1 引言
• 3.2 模拟量接口单元功能模块划分
• 3.3 模拟量输入模块方案研究
• 3.3.1 模拟量输入模块指标要求
• 3.3.2 模拟量输入模块的设计原则
• 3.3.3 模拟量输入模块总体结构设计
• 3.3.4 模拟量输入模块主要器件选型
• 3.4 模拟量输出模块方案研究
• 3.4.1 模拟量输出模块性能要求
• 3.4.2 模拟量输出模块方案确定
• 3.4.3 模拟量输出模块器件选型
• 3.5 频率量输出模块方案研究
• 3.5.1 频率量输出模块指标要求
• 3.5.2 频率量输出模块方案确定
• 3.5.3 频率量输出模块器件选型
• 3.6 CAN 总线模块方案研究
• 3.6.1 CAN 总线冗余方法介绍
• 3.6.2 CAN 总线模块方案确定
• 3.6.3 CAN 总线模块器件选型
• 3.7 MCU 选型
• 3.8 小结
• 第四章 模拟量接口单元硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 模拟量接口单元工作原理
• 4.3 单片机系统模块
• 4.3.1 C8051F040 端口资源分配
• 4.3.2 JTAG 调试接口电路
• 4.3.3 E2PROM 电路
• 4.3.4 电源检测电路
• 4.3.5 UART 接口电路
• 4.4 CAN 总线模块电路
• 4.5 模拟量输入模块电路
• 4.5.1 信号调理电路
• 4.5.2 模拟多路开关电路
• 4.5.3 多路切换中串音问题考虑
• 4.5.4 A/D 转换电路
• 4.5.5 A/D 转换控制
• 4.6 模拟量输出模块电路
• 4.6.1 D/A 转换电路
• 4.6.2 D/A 转换器基准电路
• 4.6.3 输出信号调理电路
• 4.6.4 D/A 转换控制
• 4.7 频率量输出模块电路
• 4.7.1 信号发生器外围电路
• 4.7.2 正弦信号频率控制
• 4.8 CPLD 逻辑设计
• 4.9 电源模块设计
• 4.10 电磁兼容性设计
• 4.10.1 PCB 板的干扰模式
• 4.10.2 PCB 板设计
• 4.10.3 电源供电分析
• 4.10.4 接地系统
• 4.11 硬件设计结果
• 4.12 小结
• 第五章 模拟量接口单元软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 自动检测计算机软件总体介绍
• 5.2.1 仿真测试软件结构
• 5.2.2 仿真测试软件功能分配
• 5.3 模拟量接口单元软件总体设计
• 5.3.1 模拟量接口单元软件需求规定
• 5.3.2 模拟量接口单元软件运行环境
• 5.3.3 模拟量接口单元软件总体结构
• 5.4 模拟量接口单元软件详细设计
• 5.4.1 模拟量接口单元主程序处理流程
• 5.4.2 模拟量接口单元底层驱动模块设计
• 5.4.3 模拟量接口单元系统初始化模块
• 5.4.4 定时器驱动模块
• 5.4.5 数据处理模块
• 5.4.6 舵机位置信息采集模块
• 5.4.7 传感器仿真模块
• 5.4.8 CAN 总线数据管理模块
• 5.4.9 BIT 测试模块
• 5.5 两路CAN 总线切换研究
• 5.6 小结
• 第六章 系统测试及结果分析
• 6.1 引言
• 6.2 模拟量接口单元功能模块测试
• 6.2.1 模拟量输入模块测试
• 6.2.2 模拟量输出模块测试
• 6.2.3 片内CAN 总线模块测试
• 6.2.4 频率量输出模块测试
• 6.3 仿真测试功能验证
• 6.3.1 仿真测试系统介绍
• 6.3.2 仿真测试结果
• 6.4 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 模拟量接口单元设计总结
• 7.1.1 本文所做工作总结
• 7.1.2 模拟量接口单元特性总结
• 7.2 测试过程中遇到的问题
• 7.3 模拟量接口单元设计展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果及发表的论文