直升機(jī)自動(dòng)測(cè)試中的數(shù)據(jù)采集及濾波模塊的研究

摘要：針對(duì)國(guó)內(nèi)某型號(hào)直升機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了基于TMS320F2812的可配置參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及濾波模塊。模塊能夠?qū)?shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行FIR濾波、FFT頻譜分析，實(shí)現(xiàn)CAN通訊。在介紹硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研究了上述算法的實(shí)現(xiàn)，闡述了系統(tǒng)根據(jù)實(shí)測(cè)信號(hào)自動(dòng)調(diào)用相關(guān)濾波算法的方法，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)分析。結(jié)果表明，該模塊滿足測(cè)試系統(tǒng)的要求，具有良好的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；FIR濾波；FFT算法；CAN通訊

0 引言
現(xiàn)代西方許多國(guó)家都投入了大量的人力和經(jīng)費(fèi)，研究制造武器裝備的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，以提高武器裝備的質(zhì)量與可行性，加強(qiáng)作戰(zhàn)的總體實(shí)力，適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)需要。本課題研究來(lái)源于項(xiàng)目“某型號(hào)直升機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)”。系統(tǒng)包括若干模塊，如電源管理模塊、液壓系統(tǒng)模塊、轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊等。在測(cè)試過(guò)程中，常需要采集該型號(hào)直升機(jī)各個(gè)設(shè)備在給定激勵(lì)信號(hào)情況下的響應(yīng)，如電流、電壓、溫度、壓力等信號(hào)。能否實(shí)現(xiàn)對(duì)這些信號(hào)精確的采集、恰當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波、實(shí)時(shí)的分析處理，對(duì)整個(gè)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的分析診斷功能有很大的影響。
本文采用TI公司的TMS320F2812芯片作為控制器，應(yīng)用片內(nèi)ADC模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并與上位機(jī)和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)其他模塊實(shí)現(xiàn)CAN總線通訊。整個(gè)系統(tǒng)能夠完成對(duì)直流信號(hào)、頻率范圍在100 kHz之內(nèi)的周期信號(hào)的精確采樣，能夠準(zhǔn)確分析出信號(hào)的特征值。由這些特征值可以確定被測(cè)對(duì)象是否具有規(guī)范中的規(guī)定的功能和性能。

1 信號(hào)采集分析系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
該信號(hào)采集分析系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

TMS320F2812芯片適用需大批量數(shù)據(jù)處理的測(cè)控場(chǎng)合，如數(shù)據(jù)采集、工業(yè)自動(dòng)化控制。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以該芯片為核心，利用可編程增益放大器、可編程低通模擬濾波器等器件組成的信號(hào)調(diào)理電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，以使模擬信號(hào)符合ADC模塊的工作范圍。經(jīng)調(diào)理后的信號(hào)經(jīng)F2812內(nèi)置的12位A／D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并利用DSP中斷來(lái)完成數(shù)據(jù)讀取。ADC采樣頻率由EVA事件管理器中的通用定時(shí)器設(shè)置和調(diào)整。整個(gè)硬件系統(tǒng)通過(guò)CAN總線與上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)信號(hào)采集分析系統(tǒng)的控制，可以調(diào)整A／D采樣頻率的設(shè)置、調(diào)用不同的數(shù)字濾波算法、顯示波形參數(shù)等。
1．1 數(shù)據(jù)采集功能模塊介紹及A／D校準(zhǔn)
該系統(tǒng)采用TMS320F2812芯片自帶ADC模塊。該ADC模塊為流水線結(jié)構(gòu)，最高采樣速率可達(dá)12．5 MSPS，并可實(shí)現(xiàn)過(guò)采樣算法，而且控制A／D啟動(dòng)的方式很多，方便使用。但是該ADC模塊存在固有偏置誤差和增益誤差(嚴(yán)重時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)果的誤差能達(dá)到280LSB，1LSB=3.0／4.95=0.73 2mV，280LSB相當(dāng)于滿量程的7％)。
本系統(tǒng)在校準(zhǔn)時(shí)選用ADC的2個(gè)通道A0，A1作為校準(zhǔn)通道，分別輸入已知的直流參考電壓。采用TI公司的低噪聲、極低漂移、高精度電壓基準(zhǔn)芯片REFS030，它能提供3．O V電壓，0．1％的精確度。然后通過(guò)運(yùn)放生成兩路子電壓1 V和2 V，分別輸入A0，A1通道進(jìn)行校準(zhǔn)。如圖2所示。

TMS320F2812芯片為定點(diǎn)DSP，本系統(tǒng)在校準(zhǔn)程序?qū)崿F(xiàn)方面，使用了TI公司28X系列的IQmath庫(kù)，它收集了高度優(yōu)化和準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)并精確地在28X芯片上將浮點(diǎn)轉(zhuǎn)換成固定點(diǎn)算法的運(yùn)算代碼。得到增益校準(zhǔn)系數(shù)CalGain和偏置校準(zhǔn)系數(shù)CalOffset后，對(duì)其他轉(zhuǎn)換通道數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。