無(wú)人機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、無(wú)人機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　摘要：針對(duì)無(wú)人機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和短距離移動(dòng)等環(huán)節(jié)的測(cè)試，給出一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了以STM32F103VE，C8051F340為控制核心的主控制器模塊、信號(hào)采集模塊等硬件系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完成了硬件設(shè)備的程序設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計(jì)以及LabVIEW測(cè)試軟件的開(kāi)發(fā)。最后，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試試驗(yàn)，最終驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，上位機(jī)數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)等功能。　　關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；無(wú)人機(jī)測(cè)試；無(wú)線數(shù)據(jù)通信；LabVIEW　　中圖分類號(hào)：TN911?34；TQ028.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004?

2、373X（2016）01?0049?05　　0引言　　隨著無(wú)人機(jī)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)的使用范圍已拓展至軍事、民用和科研三大領(lǐng)域[1]。目前無(wú)人機(jī)已經(jīng)可以完成很多高難度的任務(wù)，飛行控制系統(tǒng)也更加復(fù)雜，無(wú)人機(jī)在執(zhí)行工作任務(wù)中出現(xiàn)故障的幾率也越來(lái)越高[2]。因此在研制無(wú)人機(jī)過(guò)程中必須通過(guò)測(cè)試試驗(yàn)才能最后完成研制工作，通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)測(cè)試參數(shù)的測(cè)量，獲得無(wú)人機(jī)關(guān)鍵設(shè)備的工作狀態(tài)[3]，對(duì)于提高無(wú)人機(jī)性能和故障診斷具有重要的意義。10　　以往的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的較多的是PCI總線或者PXI總線的數(shù)據(jù)采集卡，采用并行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以達(dá)到較高的數(shù)據(jù)采集、傳輸

3、速度，但是由于通用計(jì)算機(jī)通常不具備PCI和PXI總線接口，所以這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只能應(yīng)用在某些固定場(chǎng)合[4]，通用性比較低。本文基于虛擬儀器技術(shù)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的射頻技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW和射頻通信技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，并通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟硬件的協(xié)同調(diào)試，完成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、上位機(jī)數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)等功能。　　1設(shè)計(jì)需求與總體方案　　1.1設(shè)計(jì)需求　　無(wú)人機(jī)測(cè)量信號(hào)的類型包含電壓、電流、開(kāi)關(guān)量信號(hào)、脈沖頻率信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議接口信號(hào)[5]。無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能組成如下：　?。?）信號(hào)調(diào)理部分。根據(jù)傳感器的電

4、特性和輸出決定信號(hào)調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)和性能，包括電壓的限幅和電平轉(zhuǎn)換、電隔離、電流電壓轉(zhuǎn)換、阻抗變換、濾波等。　?。?）數(shù)據(jù)采集部分。包括采集電壓信號(hào)（-10～10V）、電流信號(hào)（0～20mA）、頻率信號(hào)（最低測(cè)試頻率為10Hz）、開(kāi)關(guān)量信號(hào)，同時(shí)設(shè)計(jì)RS232接口、RS485接口、USB接口完成數(shù)字信號(hào)的采集和傳輸?！　。?）無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)部分。主要用于數(shù)據(jù)采集端與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通信。無(wú)線傳輸技術(shù)增加了測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸靈活性，滿足旋轉(zhuǎn)測(cè)試和長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)測(cè)試過(guò)程數(shù)據(jù)收發(fā)要求?！　。?）上位機(jī)測(cè)試軟件。通過(guò)集成硬件平臺(tái)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，完成上位機(jī)與下位機(jī)通信，上位機(jī)通過(guò)發(fā)送采集命令控制數(shù)

5、據(jù)采集卡工作，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、分析、存儲(chǔ)功能?！　?.2總體方案10　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集傳輸部分和終端計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)顯示處理部分組成。其中數(shù)據(jù)采集部分放置于無(wú)人機(jī)測(cè)試端，終端處理部分放置于一定距離以外的地面進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和顯示[6]。系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)是在將數(shù)據(jù)采集裝置置于無(wú)人機(jī)測(cè)試端，由終端計(jì)算機(jī)軟件發(fā)送采集命令信息，數(shù)據(jù)采集板卡接收采集命令數(shù)據(jù)包，按照上位機(jī)發(fā)送的命令完成指定功能的數(shù)據(jù)采集，并將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到上位機(jī)端進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)并完成后續(xù)的數(shù)據(jù)回放和分析工作。整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體構(gòu)成如圖1所示?！　?系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)　　2.1數(shù)據(jù)采集主控制器模

6、塊設(shè)計(jì)　　在本設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)采集主控制芯片選取基于ARMCortex?M3內(nèi)核的STM32F103VE微控制器，采用適合于微控制器應(yīng)用的三級(jí)流水線并增加了分支預(yù)測(cè)功能。指令總線和數(shù)據(jù)總線各自獨(dú)立，微控制器能夠同時(shí)進(jìn)行指令讀取和數(shù)據(jù)讀/寫操作，采用位綁定的方法解決了ARM內(nèi)核不支持位操作的問(wèn)題?！　TM32F103VE通過(guò)外接8MHz高速晶振，工作頻率可達(dá)72MHz，在此工作頻率下的執(zhí)行速度為1.25DMIPS/MHz，內(nèi)置512KB的閃存存儲(chǔ)器和64KB的SRAM，具有80個(gè)增強(qiáng)的通用I/O口和多種外設(shè)，包括：3個(gè)12位的ADC，擁有16個(gè)采樣通道和多種采樣模式，12

7、通道DMA控制器，4個(gè)通用16位定時(shí)器，2個(gè)PWM定時(shí)器和2個(gè)看門狗定時(shí)器，2個(gè)I2C、3個(gè)SPI、2個(gè)I2S、1個(gè)SDIO、5個(gè)USART、1個(gè)USB和1個(gè)CAN接口，非常適合應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。4個(gè)片選端的靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器，提供并行LCD接口，兼容8080/6800模式，支持?jǐn)U展SD卡，SRAM，PSRAM，NOR和NAND存儲(chǔ)器。10　　2.2無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射與接收模塊設(shè)計(jì)　　在本設(shè)計(jì)中，無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)射與接收功能通過(guò)TI公司生產(chǎn)的CC1101無(wú)線射頻芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，CC1101無(wú)線射頻芯片連接數(shù)據(jù)采集端與PC機(jī)端，用于完成兩端的數(shù)據(jù)通信，包