某弹载多通道数据采集系统的研究与设计

作     者：张传民 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：甄国涌;姚宗

授予年度：2015年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0835[工学-软件工程] 081002[工学-信号与信息处理] 

主      题：数据采集 多通道 信号调理 高精度 误差 

摘      要：在某飞行器的飞行试验中，温度、加速度、压力等182路飞行参数的采集和传输是其中的关键一环，能否采集到的高精度、高信噪比的飞行参数直接关系到飞行器的后续研发。本文从某弹载多通道数据采集系统的技术指标出发，研究和设计了一种多通道数据采集系统。 本文按照系统的组成结构，根据信号流的方向，详细介绍了硬件电路和软件逻辑各个模块的设计和优化措施。硬件电路设计上，传感器输入信号首先经过模拟信号调理电路进行滤波和阻抗变换，之后再送入模拟开关;在FPGA控制下，模拟开关分时切换输出通道信号，在切换过程中达到信号采样率控制和数据编帧的目的;A/D转换器对输入信号进行模/数转换，完成转换的数据通过LVDS数据传输链路上传到计算机;文中详细讨论了因运放驱动容性负载能力不足，模拟开关的级联方式、泄漏电流、分布电容等及A/D转换器布局布线，PCB叠层设计等因素对数据采集通道和采样精度的影响及改进措施;论证了电流环传输控制命令信号的可靠性。最后分析了由于各部分硬件电路存在的误差导致的总测量误差。软件逻辑设计上，介绍了基于均匀采样基本原则设计的数据编帧结构，和基于ROM地址查找表实现对信号通道切换的时序控制，并对数据采集流程进行优化设计来进一步提高信号采集的质量;阐述了LVDS数据传输逻辑和高可靠组合命令逻辑设计。 最后，通过测试平台对数据采集系统的性能进行全面测试来验证系统是否满足设计需要，并通过计算机软件对系统误差进行校正来提高系统的测量精度。最终的测试结果证明了本系统达到了任务需求。