[发明专利]一种同步数据采集与通信电路

说明书

技术领域

本发明涉及数据采集与通信技术领域，更具体地涉及一种同步数据采集与通信电路，该电路主要用于激光跟踪仪的电控系统数据信号的采集，以及与光电探测器(PSD)测量单元、飞秒测距单元、相位测距单元、通信控制电路等的通信。

背景技术

激光跟踪仪具有测量范围大、精度高、动态性能好、实时现场测量等特点，在航空航天、轨道交通、船舶制造等高端智能制造业得到了广泛应用。它不仅可对空间静态目标进行高精度三维测量，而且还可对运动目标进行跟踪测量。

同步数据采集与通信电路作为激光跟踪仪精密伺服系统的数据汇集中心，起着承上启下的重要作用，其主要功能是完成方位、俯仰电机角度的同步采集、限位信号采集、倾角传感器数据采集、温湿压传感器数据采集，实现与PSD测量单元、飞秒测距单元、相位测距单元同步触发与通信、与上位机的串口通信等。同步数据采集与通信电路设计既要考虑针对跟踪仪的专用性，又要兼顾针对电路一般调试、通信的通用性，其设计的好坏直接影响数据采集的同步性、可靠性以及调试效率。

激光跟踪仪是一种通过对角度、距离、脱靶量的同步测量以及合作目标的实时跟踪实现大尺寸三维空间坐标精密测量的仪器。同步数据采集与通信电路采集的数据种类多、通信样式不一、采集频率高、时间同步要求严格。为满足上述要求，需要同时考虑到电路单元的灵活性、稳定性和功能完备性，将同步数据采集与通信电路的设计按功能进行模块化设计，增强相对独立性，同时利用可编程门阵列(FPGA)的时钟管理单元产生标准时钟，然后通过分频产生同步时钟，利用同一个差分信号源触发多个单元，保证信号的严格同步。

目前，国内自主研发的激光跟踪仪中同步数据采集与通信电路具有以下不足：(1)数据采集与通信电路的设计通常采用双口RAM，配置不够灵活方便；(2)没有设计针对限位信号的检测电路；(3)没有设计温度湿度压力采集模块；(4)没有设计通用型的AD采集模块，实现霍尔电流采集；(5)电路可测试性设计欠缺，调试及故障排查不便；(6)通用性和扩展功能不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种同步数据采集与通信电路，从而既可以实现多种参变量的同步检测和通信，又具有易维护易扩展的特性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种同步数据采集与通信电路，所述电路通过可编程门阵列及配套电路来实现，其特征在于，所述电路利用FPGA的时钟管理模块产生标准频率，再通过分频得到差分同步信号，采用同一个差分同步信号源触发所有同步单元。

其中，所述电路采用模块化设计。

其中，所述电路用于激光跟踪仪。

其中，所述电路在同步信号的控制下，通过对方波/正弦波信号的滤波、辨向、倍频实现对方位、俯仰电机的角度精密测量。

其中，所述电路通过霍尔电流传感器和AD转换器实现电机霍尔、电流信号的采集。

其中，所述电路通过光耦隔离模块实现对限位开关信号的采集。

其中，所述电路自定义16位数据总线、8位地址总线、10个或以上寄存器数组实现与通信控制单元的并行通信。

其中，所述电路通过差分收发接口，实现与飞秒测距单元、相位测距单元、PSD脱靶量测量单元LVDS电平的串口通信；以及

所述电路通过总线驱动器实现与倾角传感器、温度湿度压力传感器的RS485通信。

其中，所述电路设计了可测试性模块，预留了电源、时钟、输入信号的测试点；预留状态指示灯监视电路子模块和整体运行状态；预留逻辑分析仪测试模块同步监测数据、地址和控制时序信号。

其中，所述电路将FPGA所有未使用端口外扩后统一管理，以便于进行功能扩展。