数据采集单元硬件设计,  云浮高空路灯车出租, 云浮高空路灯车租赁, 云浮高空路灯车   数据采集单元是测试设备的核心部位，对测试系统实现测试功能起着关键的作用。它主要由数据采集功能板卡和控制计算机构成。星上传下来的信号经调理电路后送入数采卡中，经以太网总线接入控制计算机，通过软件处理、保存和显示。在计算机软件界面上点击控制按键，使能采集板卡输出电平信号进行控制。单元设计中体现了“软件等于仪器”的虚拟仪器思想。（1）信号调理模块信号经匹配器单元进行电气匹配转换后，需由调理电路模块进行调理后进入数据采集卡中进行测量。信号调理模块主要是完成星上电压模拟量的分压、电流量的转换、火工品状态数字输入量的限流和数字输出量的放大驱动调理。其中负载电流模拟量的测量采用ACS712霍尔传感芯片来完成电流到电压的转换。它是基于霍尔效应原理的线性电流传感器集成电路，将被测负载电流转化为成比例电压的磁场，输出感应电动势。该芯片体积小、精度高、电压偏置低。霍尔器件是一种非接触的测量，将被测星上信号完全隔离开来，不会对星上的供电安全造成影响。在卫星测试设备软件界面中需要把霍尔器件采集下来的电压值带入上述公式中，将电压还原成星上负载的电流值，经一级射极跟随器隔离后送入数据采集板卡处理，最终在软件界面中进行显示。其它信号是如何进行调理的在本章前几节中已经进行过介绍。（2）以太网数据采集板卡硬件设计基于以太网的数据采集板卡主要是接收调理电路输出的火工品状态监测信号和母线电压、蓄电池组电压和负载电流等模拟量，发送来自计算机的控制命令。该数据采集板卡精度高，具有模拟量输入输出、数字量输入输出、计数、测评等功能，IO接口丰富，功能强大，非常适用于本文的测试设备中。火工品状态信号接入采集卡的光隔离数字量输入IO口，经光电耦合电路后送入ARM控制芯片中，光耦耦合电路可起到星地隔离的作用，同时也可提高测量的精确性。板卡内置一个AD转换芯片，多路模拟量接入后，先通过ADG508FB模拟多路复用器通路选择，再经放大器放大后，传递给AD芯片进行测量。测试设备的可靠性和抗干扰是硬件电路进行设计时一定要考虑的问题。可靠性决定了系统在一定的条件下和时间内是否可以完成系统设定的功能的能力，而完善的抗干扰措施是保证测控系统可以减少故障，保障精度的必要条件。在确定设备整体设计方案时需要在器件选择、电路冗余设计、通道隔离、电路布局布线和电磁兼容性等方面采取具体的抗干扰措施。测试系统的硬件部分必须具备很好的可靠性，因为干扰往往是造成测控设备发生故障的重要原因，干扰对设备的影响轻则使测试数据产生漂移，精度无法得到保证，重则使设备不能正常工作。所以，在本系统的软硬件设计中必须对干扰采取必要的措施。通常需要通过抑制干扰源、切断干扰传输通道，在信号接收端增强敏感器件的抗干扰性这三种途径来消除干扰。

      测试系统中采取的可靠性措施有：（1）选用性能符合要求，且质量和可靠性指标满足设计要求的元器件。根据器件的不同作用可选用工业级或普军级的标准。（2）在电路设计中采用冗余设计，在调理电路中对模拟量、开入量和开出量信号各增加了4路通道。在某路通道无法使用时可直接切换通道。（3）采用屏蔽、接地和隔离技术等措施使设备不受外部电磁干扰的影响。如在交流电的接入端加滤波器滤出频率较高的杂波成分；设备的外部机壳接到地桩上；采用不同的电源对数字信号和模拟信号进行供电，且在硬件电路中将两种信号进行严格隔离。抗干扰措施有：（1）模拟信号采用差分输入克服共模干扰，板卡内置隔离放大器切断了干扰的传播，为减少信号杂波将不使用的输入信号管脚与模拟地短路。（2）为消除继电器线圈断开时产生的反电动势，在其两端并联续流二极管。（3）状态信号经光隔离后接入电路中，切断了干扰。（4）在硬件电路PCB设计中，采用加宽电源线和地线；减少布线回路面积；相邻两层垂直走线；圆弧式或者45度角拐弯布线等措施，降低噪声、辐射等干扰。

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        以太网技术简介通过网络交换器和通信线路将各个分布在不同地域的计算机系统连接起来，并根据共同的传输协议，完成信息传输和共享的系统称为计算机网络。计算机网络组成结构有很多，如广域网、城域网、局域网等。其中局域网是将在同一地点上的计算机连接在一起构成的网络。它是计算机网络中结构复杂程度最低的网络，也是目前应用最广泛的一类网络。以太网是局域网中组成网络的一种方式。它是在70年代由Xerox公司创建，后通过Intel、DEC和Xerox公司一起进行改进，最终形成的一种局域网的规范44。标准以太网是以10Mbps的传输速率，使用载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）的访问控制方法，在共享介质上进行数据传输的技术。以太网已成为现在最为普遍，使用最广泛的局域网技术。以太网遵循IEEE802.3标准是一个异步的，采用帧结构的通讯协议。随着网络技术的发展，其通信速率已由标准以太网的10Mbit/s，发展到100Mbit/s和10Gbit/s，达到了的高速网络状态。以太网作为一种标准的通信协议，定义了物理层连接电缆的类型、相应电信号的处理方式和MAC的协议等内容。以太网体系中的主要要素有：（1）以太网系统中数据传输的载体是帧,是网络传输的最小单位，由一串标准的二进制数据位组成。（2）采用细同轴电缆10Base-2、粗同轴电缆10Base-5、双绞线电缆10/100Base-T等介质传输信号，其中双绞线电缆凭着成本低、可靠性高、数据传输速度快等优势，广泛应用于网络设备之间的互联。（3）MAC协议规范，这套协议管理着多台计算机对共用信道的访问情况，约束着网络系统的有效运行，利用载波侦听多路访问/冲突检测技术，很好的防止了数据包在传输的过程中产生冲突。（4）硬件组成模块。以太网通信主要是依靠MAC模块来控制物理层的硬件模块进行信号的发送、接收。

    以太网工作原理以太网中信息的传输需遵循MAC协议规范，采用CSMA/CD技术控制和协调多台计算机共享一个信道。以太网是通过广播的形式，使得任何一个网络中的节点地位平等，都能接收到网络上的消息。 当需要发送信息时，以太网的工作原理：（1）先侦听信道上是否空闲，若无信号传输，则可立即将要发送的数据进行传输；若处于忙碌状态，则需等待，待其数据传输完后，再进行发送。（2）发送数据过程中，若出现多个节点同时发出发送数据请求时，侦听到冲突后，立即停止发送。进行一段随机事件的等待，再侦听信道，空闲时则进行数据发送，发送成功后退出传输模式。（3）若消息传输超过最大尝试传输次数，则为发送失败，并向上层网络层发送报告，退出传输模式，发送失败后将采用退避指数增长时间的算法进行等待。

       网络分层及以太网帧结构（1）网络分层OSI（OpenSystemInterconnection）即开放式系统互联模型，是由国际标准化组织（ISO）制定的网络结构标准模型。该模型中定义了计算机进行互联的标准及网络通信的基本框架。网络通信结构从下到上分为7层为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层46。每一层肩负着不同的网络职责，在出现网络故障时便于查找和诊断。以太网的具体实现就是以太网卡。网卡内包含了数据链路层和物理层。其中，物理层位于网络结构模型中的最底层，规范了数据传输的物理链路中所需要的关于机械的、电气的、功能的和规范的特性。数据链路层位于物理层和网络层之间，对数据链路进行流控，保证信息在物理线路上可靠的进行传递，并将网络层收到的数据拆分成带有地址、纠错和控制信息的帧发送给物理层进行传送。它在网络层实体间提供发送和接收数据的控制功能。以太网控制器中包含以太网介质访问层和物理层。用于完成介质访问控制，数据帧的发送、接收、校验、拆装，信号的编码/解码，网卡与电缆的连接等任务。MAC层是链路层的一个功能子层，负责完成信道的合理分配，信号的编/解码工作。物理层负责将从MAC模块经过MII标准接口传送来的数据流转换成电信号，送入物理介质中进行传送。同时，可接收这些信号，变换后传送至MAC模块。网络设备的驱动程序主是用于完成系统的初始化、数据包的接收和发送的功能。网络设备的网络通信实现形式有：采用独立以太网控制芯片，芯片内部集成了MAC和PHY物理层收发器，微控制器通过内部总线与其建立连接，经处理后通过RJ45接口与传输电缆进行连接；有些系统的主控芯片中集成了MAC控制器，通过外接独立的物理层PHY芯片，实现网络数据的传输。（2）以太网帧结构以太网控制器发送到电缆上的数据需要具有一定的传输格式，即对数据添加协议头，进行封装成为以太网帧。前导符有7个二进制“01010101”字节组成，用于同步PLS（上升沿脉冲）电路。帧首符1字节用于界定帧首，与前导符连接在一起作为帧头开始的判断依据。目的地址和源地址均为6字节的MAC地址，用于对数据要传送到的设备进行识别。每台设备都有一个唯一的、固定不变的MAC地址，在设备生产的时候，厂商会将该地址烧写到硬件内部，表示设备的位置。该地址共有六个字节，采用16进制进行表示。长度和类型表示帧的数据字节的长度和上层协议的类型。如果2个字节的值等于或者小于MaxValidFrame(1500)，那么这两个字节代表后续的数据域数据字节数，即帧的长度。若是这两个字节的值等于或者大于MinTypeValue(1536或0x0600)，那么这两个字节表示与以太网帧相关的上层数据协议类型。数据和填充域代表需要传输的N个字节数据，如果数据的长度小于标准要求的最短长度，那么就添加填充域，以符合标准要求的长度。本系统采用以太网总线构建测试系统，系统硬件部分均采用了具有以太网控制接口的设备，通过总线连入以太网交换机，根据以太网传输协议，实现控制和测量的功能。其中测试设备中的数据采集单元是系统的核心部位，它的性能对整个系统的性能会产生重要的影响。数采单元中的重要部分是集板卡。系统选用了中泰的EM9636BD以太网多功能数据采集板卡，进行数据的传输、转换、处理和命令的控制。数据采集卡中的以太网通信，主要由其主控芯片AT91SAM9G45，加上独立的物理层芯片DM9161A构成以太网的接口控制电路。

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