弹载遥测系统程控信号源人机交互系统的设计与实现
这是一篇关于弹载遥测系统,校准,FPGA,DDS,人机交互的论文, 主要内容为在导弹的研制过程中,经常需要利用弹载遥测系统获取导弹试飞过程中各个零部件的工作参数,以评估导弹性能是否优良,为导弹升级改造提供有力支持。为了降低研发成本,使测试数据更加精确,弹载遥测系统自动测试系统发挥了不可替代的作用。本文研制的弹载遥测系统便携式128路程控信号源正是应用在该自动测试系统中,主要负责给遥测编码模块提供模拟激励,对模拟通道进行校准。该信号源采用上位机与下位机结合,软硬件协同的方式搭建。下位机由16块直接数字频率合成(Direct Digital Frequency Synthesis,DDS)板卡组成,每块板卡分为现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)模块、数模转换模块、通信模块、开关模块、滤波放大模块、DC/DC电源模块等几部分,且每块DDS板卡都拥有一个独立的地址,可至多输出8路波形信号,同时为了防止信号之间的串扰,采用必要的手段实现电气隔离。针对DDS芯片因存储空间开销大导致功耗增加,可靠性降低的问题,设计了一种DDS波形发生器在FPGA上的ROM存储空间压缩优化算法。在不改变波形精度的前提下,通过存储幅度序列的相对增量减少波形数据位宽的方式对ROM进行压缩,再利用幅度累加器就可以还原出真实的幅度序列。在Quartus II 13.0开发环境下利用Verilog硬件描述语言编写,并且测试通过。结果表明,这种DDS优化算法比传统DDS波形发生器节省资源96%以上,能够减少系统功耗,提高系统运行速度。上位机软件利用VS2008下的“微软基础类库(Microsoft Foundation Classes,MFC)智能设备应用程序”搭建,可控制下位机DDS板卡输出指定波形,且具有历史回读的功能,能够独立运行在Win CE 6.0嵌入式操作系统下。用户在上位机操作界面配置相关信息,点击“应用”按钮后,配置信息即按照通信协议的格式转换成数据包发送到下位机DDS板卡指令接收端,经过解析和识别,就可以实现对DDS板卡的控制,同时采用文本文件的形式对用户配置信息进行保存,方便后续重复使用。上位机采用触摸屏的方式实现,摆脱了物理按键的限制,具有良好的人机交互性能。上位机与下位机之间采用RS232转RS485串口通信的方式实现指令传输。搭建好的成品通过Agilent示波器进行测试,将示波器读取到的离散的波形数据点利用MATLAB进行拟合,拟合结果与示波器显示的波形进行对比,从而证明了结果的正确性。目前,弹载遥测系统便携式128路程控信号源研制成功,可生成正弦波、三角波、升锯齿波、降锯齿波、占空比可调的方波、直流信号共六种波形。其中,幅度调节范围为-35～+35V,频率调节范围为0～8KHz,占空比调节范围为0～100%,输出精度不超过0.1%FS,已应用在弹载遥测系统自动测试系统中。
基于STM32的科里奥利质量流量计检测电路研究
这是一篇关于科里奥利质量流量计,STM32,数字电路,DDS的论文, 主要内容为科里奥利质量流量计是能够直接测量流体质量的高性能仪表,被广泛应用于各个工业领域,是发展十分迅速的流量计。传统的科里奥利质量流量计是基于模拟电路设计的驱动系统和检测系统,在日常的测量过程中会存在较大的误差。改进后的科里奥利质量流量计将电子技术应用于其中,研究出基于数字信号处理器件为核心的数字驱动和检测系统,在克服干扰、提高测量速度和精度等方面都有了较大的提升。针对国内科里奥利质量流量计数字变送器应用FPGA和DSP的双系统使得系统设计结构复杂、计算量大、成本较高,模拟电路系统又容易受到外界干扰,稳定性差的问题。本文设计的科里奥利质量流量计采用的是STM32芯片和DDS技术的结合方式。这种单系统的处理方式结构简单、运算量小、成本低。流量计变送器需要完成的任务有采集速度传感器信号、更新驱动信号、计算质量流量和控制外设等。变送器围绕STM32作为核心进行研制,将信号采集通过外设的HT7036芯片进行AD采集,质量流量计算和外设控制任务都交给STM32,但驱动任务交由DDS进行。本文首先介绍了科里奥利质量流量计的形成和结构,从振动原理、信号测量到驱动控制技术等方面进行较全面的研究和介绍。分析了国内外对于科氏质量流量计的研究方法和改进,总结了各种研究方案的优缺点。应用嵌入式系统和DDS技术对科氏流量计进行改进设计。建立以STM32为核心的科里奥利质量流量计,结合DDS实现质量流量管数字闭环驱动系统的自激振动。采集流量管的振动信号,在STM32中进行控制和处理,最终实现信号自动输出流量管驱动需要的信息并DDS合成最终的驱动信号。实现流量管振动信号的放大和滤波,并消除高频信号的干扰,完成STM32的A/D采样,并快速计算出信号的幅值、相位和频率信息。随后,完成对科里奥利质量流量计的软件设计,主要包括A/D采样控制模块、频率计算模块、相位差计算模块和串口发送模块等。最后将实验电路板与流量管连接,测量流量管的最佳振动频率、幅值信息。将小信号噪声输入振动流量管中测量流量管两路输出信号的相位差并计算误差。当信号带噪声时,本文所设计改进的系统的相对误差约为0.18%,驱动系统对流量管的起振实验误差最小达到0.45%,信号处理系统对0.1°相位差的检测实验误差最小达到4.9%。在测量单相小流量流体时能够达到测量要求,该系统在准确性较好、可靠性较高。
弹载遥测系统程控信号源人机交互系统的设计与实现
这是一篇关于弹载遥测系统,校准,FPGA,DDS,人机交互的论文, 主要内容为在导弹的研制过程中,经常需要利用弹载遥测系统获取导弹试飞过程中各个零部件的工作参数,以评估导弹性能是否优良,为导弹升级改造提供有力支持。为了降低研发成本,使测试数据更加精确,弹载遥测系统自动测试系统发挥了不可替代的作用。本文研制的弹载遥测系统便携式128路程控信号源正是应用在该自动测试系统中,主要负责给遥测编码模块提供模拟激励,对模拟通道进行校准。该信号源采用上位机与下位机结合,软硬件协同的方式搭建。下位机由16块直接数字频率合成(Direct Digital Frequency Synthesis,DDS)板卡组成,每块板卡分为现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)模块、数模转换模块、通信模块、开关模块、滤波放大模块、DC/DC电源模块等几部分,且每块DDS板卡都拥有一个独立的地址,可至多输出8路波形信号,同时为了防止信号之间的串扰,采用必要的手段实现电气隔离。针对DDS芯片因存储空间开销大导致功耗增加,可靠性降低的问题,设计了一种DDS波形发生器在FPGA上的ROM存储空间压缩优化算法。在不改变波形精度的前提下,通过存储幅度序列的相对增量减少波形数据位宽的方式对ROM进行压缩,再利用幅度累加器就可以还原出真实的幅度序列。在Quartus II 13.0开发环境下利用Verilog硬件描述语言编写,并且测试通过。结果表明,这种DDS优化算法比传统DDS波形发生器节省资源96%以上,能够减少系统功耗,提高系统运行速度。上位机软件利用VS2008下的“微软基础类库(Microsoft Foundation Classes,MFC)智能设备应用程序”搭建,可控制下位机DDS板卡输出指定波形,且具有历史回读的功能,能够独立运行在Win CE 6.0嵌入式操作系统下。用户在上位机操作界面配置相关信息,点击“应用”按钮后,配置信息即按照通信协议的格式转换成数据包发送到下位机DDS板卡指令接收端,经过解析和识别,就可以实现对DDS板卡的控制,同时采用文本文件的形式对用户配置信息进行保存,方便后续重复使用。上位机采用触摸屏的方式实现,摆脱了物理按键的限制,具有良好的人机交互性能。上位机与下位机之间采用RS232转RS485串口通信的方式实现指令传输。搭建好的成品通过Agilent示波器进行测试,将示波器读取到的离散的波形数据点利用MATLAB进行拟合,拟合结果与示波器显示的波形进行对比,从而证明了结果的正确性。目前,弹载遥测系统便携式128路程控信号源研制成功,可生成正弦波、三角波、升锯齿波、降锯齿波、占空比可调的方波、直流信号共六种波形。其中,幅度调节范围为-35～+35V,频率调节范围为0～8KHz,占空比调节范围为0～100%,输出精度不超过0.1%FS,已应用在弹载遥测系统自动测试系统中。
基于STM32的科里奥利质量流量计检测电路研究
这是一篇关于科里奥利质量流量计,STM32,数字电路,DDS的论文, 主要内容为科里奥利质量流量计是能够直接测量流体质量的高性能仪表,被广泛应用于各个工业领域,是发展十分迅速的流量计。传统的科里奥利质量流量计是基于模拟电路设计的驱动系统和检测系统,在日常的测量过程中会存在较大的误差。改进后的科里奥利质量流量计将电子技术应用于其中,研究出基于数字信号处理器件为核心的数字驱动和检测系统,在克服干扰、提高测量速度和精度等方面都有了较大的提升。针对国内科里奥利质量流量计数字变送器应用FPGA和DSP的双系统使得系统设计结构复杂、计算量大、成本较高,模拟电路系统又容易受到外界干扰,稳定性差的问题。本文设计的科里奥利质量流量计采用的是STM32芯片和DDS技术的结合方式。这种单系统的处理方式结构简单、运算量小、成本低。流量计变送器需要完成的任务有采集速度传感器信号、更新驱动信号、计算质量流量和控制外设等。变送器围绕STM32作为核心进行研制,将信号采集通过外设的HT7036芯片进行AD采集,质量流量计算和外设控制任务都交给STM32,但驱动任务交由DDS进行。本文首先介绍了科里奥利质量流量计的形成和结构,从振动原理、信号测量到驱动控制技术等方面进行较全面的研究和介绍。分析了国内外对于科氏质量流量计的研究方法和改进,总结了各种研究方案的优缺点。应用嵌入式系统和DDS技术对科氏流量计进行改进设计。建立以STM32为核心的科里奥利质量流量计,结合DDS实现质量流量管数字闭环驱动系统的自激振动。采集流量管的振动信号,在STM32中进行控制和处理,最终实现信号自动输出流量管驱动需要的信息并DDS合成最终的驱动信号。实现流量管振动信号的放大和滤波,并消除高频信号的干扰,完成STM32的A/D采样,并快速计算出信号的幅值、相位和频率信息。随后,完成对科里奥利质量流量计的软件设计,主要包括A/D采样控制模块、频率计算模块、相位差计算模块和串口发送模块等。最后将实验电路板与流量管连接,测量流量管的最佳振动频率、幅值信息。将小信号噪声输入振动流量管中测量流量管两路输出信号的相位差并计算误差。当信号带噪声时,本文所设计改进的系统的相对误差约为0.18%,驱动系统对流量管的起振实验误差最小达到0.45%,信号处理系统对0.1°相位差的检测实验误差最小达到4.9%。在测量单相小流量流体时能够达到测量要求,该系统在准确性较好、可靠性较高。
基于STM32的科里奥利质量流量计检测电路研究
这是一篇关于科里奥利质量流量计,STM32,数字电路,DDS的论文, 主要内容为科里奥利质量流量计是能够直接测量流体质量的高性能仪表,被广泛应用于各个工业领域,是发展十分迅速的流量计。传统的科里奥利质量流量计是基于模拟电路设计的驱动系统和检测系统,在日常的测量过程中会存在较大的误差。改进后的科里奥利质量流量计将电子技术应用于其中,研究出基于数字信号处理器件为核心的数字驱动和检测系统,在克服干扰、提高测量速度和精度等方面都有了较大的提升。针对国内科里奥利质量流量计数字变送器应用FPGA和DSP的双系统使得系统设计结构复杂、计算量大、成本较高,模拟电路系统又容易受到外界干扰,稳定性差的问题。本文设计的科里奥利质量流量计采用的是STM32芯片和DDS技术的结合方式。这种单系统的处理方式结构简单、运算量小、成本低。流量计变送器需要完成的任务有采集速度传感器信号、更新驱动信号、计算质量流量和控制外设等。变送器围绕STM32作为核心进行研制,将信号采集通过外设的HT7036芯片进行AD采集,质量流量计算和外设控制任务都交给STM32,但驱动任务交由DDS进行。本文首先介绍了科里奥利质量流量计的形成和结构,从振动原理、信号测量到驱动控制技术等方面进行较全面的研究和介绍。分析了国内外对于科氏质量流量计的研究方法和改进,总结了各种研究方案的优缺点。应用嵌入式系统和DDS技术对科氏流量计进行改进设计。建立以STM32为核心的科里奥利质量流量计,结合DDS实现质量流量管数字闭环驱动系统的自激振动。采集流量管的振动信号,在STM32中进行控制和处理,最终实现信号自动输出流量管驱动需要的信息并DDS合成最终的驱动信号。实现流量管振动信号的放大和滤波,并消除高频信号的干扰,完成STM32的A/D采样,并快速计算出信号的幅值、相位和频率信息。随后,完成对科里奥利质量流量计的软件设计,主要包括A/D采样控制模块、频率计算模块、相位差计算模块和串口发送模块等。最后将实验电路板与流量管连接,测量流量管的最佳振动频率、幅值信息。将小信号噪声输入振动流量管中测量流量管两路输出信号的相位差并计算误差。当信号带噪声时,本文所设计改进的系统的相对误差约为0.18%,驱动系统对流量管的起振实验误差最小达到0.45%,信号处理系统对0.1°相位差的检测实验误差最小达到4.9%。在测量单相小流量流体时能够达到测量要求,该系统在准确性较好、可靠性较高。
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