本實(shí)用新型涉及適用于DME地面設(shè)備的導(dǎo)航技術(shù)，特別涉及一種超高頻測(cè)距儀控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的超高頻測(cè)距儀控制系統(tǒng)的控制電路通常采用DSP+FPGA架構(gòu)，對(duì)外只有RS232串口和GPIO通信，軟件全部是裸機(jī)代碼，功能擴(kuò)展困難；人機(jī)界面只有一塊5.7寸液晶屏和控制按鍵，極大地限制了產(chǎn)品的二次開發(fā)和功能定制。鑒于現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不足，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長、成本高、工作不穩(wěn)定、性能不可靠，不能滿足日益苛刻的性能指標(biāo)的需求，同時(shí)存在不能小型化的問題；如何解決這個(gè)問題就成為了本領(lǐng)域的技術(shù)人員所要研究和解決的課題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，即針對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品成本高、體積大、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長、與遙控器等客戶端模塊接口不一致等問題，特別提供一種新型超高頻測(cè)距儀控制系統(tǒng)。該測(cè)距儀工作于L波段，頻率范圍962～1213MHz，與機(jī)載設(shè)備一起為飛行器提供其與地面臺(tái)之間的斜距信息。測(cè)距儀地面臺(tái)可與儀表著陸系統(tǒng)（ILS）聯(lián)合使用，為飛行器提供著陸時(shí)的斜距信息，也可與全向信標(biāo)（DVOR）聯(lián)合使用，為飛行器提供航路上的距離信息。
本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案是：一種超高頻測(cè)距儀控制系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)電路包括Cortex-A9 ARM主控芯片、電容觸摸屏、網(wǎng)卡芯片、FRAM存儲(chǔ)器、4*4矩陣鍵盤和3.3V紐扣電池；所述的Cortex-A9 ARM主控芯片的MAC口與網(wǎng)卡芯片連接，網(wǎng)卡芯片分別連接時(shí)鐘源和狀態(tài)燈，網(wǎng)卡芯片又與網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器相連，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器通過RJ45連接以太網(wǎng)；Cortex-A9 ARM主控芯的UART 口與GPS連接，Cortex-A9 ARM主控芯的LVDS口與電容觸摸屏連接，Cortex-A9 ARM主控芯片的IIC口與FRAM存儲(chǔ)器連接，Cortex-A9 ARM主控芯片的GPIO口與4*4矩陣鍵盤連接，Cortex-A9 ARM主控芯片的RTC口連接3.3V紐扣電池，Cortex-A9 ARM主控芯片的CAN口通過CAN總線連接監(jiān)測(cè)器、接收機(jī)和發(fā)射機(jī)。
本實(shí)用新型所產(chǎn)生的有益效果是：通過對(duì)系統(tǒng)電路進(jìn)行全部重新設(shè)計(jì)，硬件電路體積小，重量輕，功能強(qiáng)大，抗干擾能力強(qiáng)，軟件設(shè)計(jì)構(gòu)建了Linux操作系統(tǒng)，工業(yè)級(jí)4核CPU的1GHz主頻使得系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，穩(wěn)定性高，功能擴(kuò)展更加容易，從而滿足測(cè)距設(shè)備伏爾臺(tái)的需求。該超高頻測(cè)距儀控制系統(tǒng)研制成功后，使得生產(chǎn)成本縮減為原來的二分之一，功能更加完善，易于調(diào)試、生產(chǎn)和維修，取得了較好的技術(shù)效益和經(jīng)濟(jì)效益。該新型超高頻測(cè)距儀控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，性能可靠。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)連接框圖；
圖2為本實(shí)用新型的邏輯控制總流程圖；
圖3為圖2中服務(wù)器接收和發(fā)送線程的流程圖；
圖4為圖2中CAN收發(fā)線程的流程圖；
圖5為圖2中串口收發(fā)線程的流程圖；
圖6為圖2中網(wǎng)口收發(fā)線程的流程圖；
圖7為圖2中IO控制線程的流程圖；
圖8為圖2中AD采樣和處理線程流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：
如圖1所示，本系統(tǒng)電路包括Cortex-A9 ARM主控芯片、電容觸摸屏、網(wǎng)卡芯片、FRAM存儲(chǔ)器、4*4矩陣鍵盤和3.3V紐扣電池；Cortex-A9 ARM主控芯片的MAC口與網(wǎng)卡芯片連接，網(wǎng)卡芯片分別連接時(shí)鐘源和狀態(tài)燈，網(wǎng)卡芯片又與網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器相連，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器通過RJ45連接以太網(wǎng)；Cortex-A9 ARM主控芯的UART 口與GPS連接，Cortex-A9 ARM主控芯的LVDS口與電容觸摸屏連接，Cortex-A9 ARM主控芯片的IIC口與FRAM存儲(chǔ)器連接，Cortex-A9 ARM主控芯片的GPIO口與4*4矩陣鍵盤連接，Cortex-A9 ARM主控芯片的RTC口連接3.3V紐扣電池，Cortex-A9 ARM主控芯片的CAN口通過CAN總線連接監(jiān)測(cè)器、接收機(jī)和發(fā)射機(jī)。
本系統(tǒng)電路包括Cortex-A9 ARM控制芯片、寬溫型10.1寸電容觸摸屏（LVDS接口）、2GB DDR3內(nèi)存，256MB NandFlash存儲(chǔ)器、1個(gè)GPS通信串口（可以接收GPS模組發(fā)送來的NEMA0183報(bào)文）、1個(gè)調(diào)試串口（用于打印信息和輸入調(diào)試命令行）、IIC設(shè)備接口（通過I2C設(shè)備接口進(jìn)行I/O擴(kuò)展）、SPI設(shè)備接口FRAM（掉電不丟失的FRAM存儲(chǔ)器可以用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和參數(shù)）、CAN總線通信接口（與監(jiān)測(cè)器、接收機(jī)、發(fā)射機(jī)通信）、10/100Mbps以太網(wǎng)通信接口（與維護(hù)軟件和遙控器進(jìn)行通信）、4*4矩陣按鍵控制電路、64個(gè)GPIO口（32路開關(guān)量的輸入和32路開關(guān)量的輸出）。
如圖2所示，本系統(tǒng)采用NXP芯片i.MX6Q硬件平臺(tái)，構(gòu)建嵌入式Linux操作系統(tǒng)；軟件使用Linux操作系統(tǒng)下的CodeBlocks軟件交叉編譯模式進(jìn)行開發(fā)；控制軟件由應(yīng)用程序、文件系統(tǒng)、內(nèi)核程序、啟動(dòng)程序四層組成，其邏輯控制有以下步驟：
（一）、系統(tǒng)上電，加載啟動(dòng)程序；
（二）、啟動(dòng)內(nèi)核；
（三）、加載文件系統(tǒng)；
（四）、應(yīng)用程序按照提前寫在系統(tǒng)目錄/etc/init.d/下的rc.local文件中的Shell腳本命令運(yùn)行，分別進(jìn)入服務(wù)器進(jìn)程、系統(tǒng)控制程序進(jìn)程和AD采集轉(zhuǎn)換進(jìn)程；
（五）、進(jìn)入服務(wù)器進(jìn)程后，分別進(jìn)入服務(wù)器接收和發(fā)送線程；進(jìn)入系統(tǒng)控制程序進(jìn)程后分別進(jìn)入CAN收發(fā)線程、串口收發(fā)線程、網(wǎng)口收發(fā)線程和IO控制線程；進(jìn)入AD采集轉(zhuǎn)換進(jìn)程后分別進(jìn)入AD采樣和處理線程。
如圖3所示，服務(wù)器接收線程執(zhí)行以下步驟：先創(chuàng)建兩個(gè)信號(hào)量，再創(chuàng)建兩個(gè)共享內(nèi)存，然后通過調(diào)用Socket()函數(shù)、Bind()函數(shù)、Listen()函數(shù)后，進(jìn)入服務(wù)器的接收和發(fā)送線程，然后調(diào)用Close()函數(shù)關(guān)閉套接字，最后刪除兩個(gè)信號(hào)量。
如圖4所示，CAN收發(fā)線程執(zhí)行以下步驟：首先讀取和接收來自接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、監(jiān)測(cè)器的CAN數(shù)據(jù)并緩存，然后打包CAN數(shù)據(jù)幀頭，轉(zhuǎn)發(fā)CAN數(shù)據(jù)報(bào)文，寫CAN發(fā)送數(shù)據(jù)包到緩存區(qū)并下發(fā)給接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、監(jiān)測(cè)器。
如圖5所示，串口收發(fā)線程執(zhí)行以下步驟：串口接收來自GPS的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，并打包應(yīng)答的報(bào)文，最后寫串口發(fā)送數(shù)據(jù)包到緩存區(qū)并回傳給GPS。
如圖6所示，網(wǎng)口收發(fā)線程執(zhí)行以下步驟：首先創(chuàng)建共享內(nèi)存，然后接收網(wǎng)口數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后寫網(wǎng)口發(fā)送數(shù)據(jù)包到緩存區(qū)并回傳給客戶端。
如圖7所示，IO控制線程執(zhí)行以下步驟：首先加線程鎖，然后通過靠IIC串行口擴(kuò)展I/O的芯片PCA 9555讀取來自其他單元板的狀態(tài)數(shù)據(jù)后，更新系統(tǒng)狀態(tài)，最后開線程鎖。
如圖8所示，A/D采樣和處理線程執(zhí)行以下步驟：首先進(jìn)入閃燈程序來指示A/D采樣的進(jìn)行狀態(tài)，然后PCA9554芯片進(jìn)行多路分時(shí)采樣的配置，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換處理。
以下對(duì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說明：
（1）本系統(tǒng)采用的主控芯片為恩智浦（飛思卡爾）公司的Cortex-A9 ARM 芯片i.MX6Q，采用NXP芯片i.MX6Q硬件平臺(tái)，構(gòu)建嵌入式Linux操作系統(tǒng)。軟件使用Linux操作系統(tǒng)下的CodeBlocks軟件交叉編譯模式進(jìn)行開發(fā)。控制軟件由應(yīng)用程序、文件系統(tǒng)、內(nèi)核程序、啟動(dòng)程序四層組成。啟動(dòng)程序：包括與硬件相關(guān)程序、通用驅(qū)動(dòng)程序以及其命令工具程序；內(nèi)核程序：在內(nèi)核配置中根據(jù)需要進(jìn)行配置裁剪，添加自己編寫的驅(qū)動(dòng)；文件系統(tǒng)：集成了Linux常用命令和工具，為系統(tǒng)提供比較完善的環(huán)境；應(yīng)用程序采用多線程并發(fā)處理方式，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。
（2）主控部分功能主要包括：可以完成狀態(tài)自檢，從各工作單元板獲取各工作單元的工作狀態(tài)信息并進(jìn)行運(yùn)算和通信傳輸處理，從監(jiān)測(cè)器獲取各項(xiàng)監(jiān)測(cè)參數(shù)，以及從各電源輸出獲取各電源工作狀態(tài)信息，對(duì)所獲取的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行記錄存儲(chǔ)和門限判別，當(dāng)超出門限時(shí)做出相應(yīng)提示或操作，當(dāng)重要指標(biāo)項(xiàng)目超出門限時(shí)，發(fā)出聲光告警及轉(zhuǎn)機(jī)操作，可以對(duì)兩路發(fā)射機(jī)的開機(jī)、轉(zhuǎn)機(jī)、關(guān)機(jī)完成自動(dòng)和手動(dòng)的操作。
信號(hào)的具體處理過程為：
CAN總線信號(hào)：通信接口單元詢問，監(jiān)測(cè)器、接收機(jī)、發(fā)射機(jī)應(yīng)答，報(bào)文分為查詢報(bào)文、控制報(bào)文、設(shè)置報(bào)文三種，通信符合CAN2.0規(guī)范，報(bào)文傳輸采用CAN2.0B擴(kuò)展幀格式，波特率為500Kbps。應(yīng)答響應(yīng)時(shí)間<50ms，應(yīng)答超時(shí)表示操作無效。
網(wǎng)口信號(hào)：維護(hù)軟件和遙控器與通信接口間通過網(wǎng)口連接，采用C/S模式。其中通信接口為服務(wù)器端，端口號(hào)可配置；維護(hù)計(jì)算機(jī)、遙控器為客戶端，IP地址和端口號(hào)可配置。雙方通信采用應(yīng)答方式，維護(hù)端為主動(dòng)方，通信接口為應(yīng)答方。應(yīng)答信息響應(yīng)時(shí)間要求<100ms。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)小端模式。
串口信號(hào)：通信接口單元和顯示單元之間通過232串行線連接。串口屬性為波特率115200，8位數(shù)據(jù)位，無校驗(yàn)位，1位停止位，無數(shù)據(jù)流控制。通信采用應(yīng)答方式，前面板為調(diào)用方，通信接口為應(yīng)答方。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為小端模式。通信接口應(yīng)答響應(yīng)時(shí)間<100ms。雙方中斷超時(shí)間時(shí)間設(shè)置為10s。
（3）針對(duì)產(chǎn)品工作環(huán)境惡劣的需求，觸摸屏采用工業(yè)級(jí)型號(hào)，并做了加固，最低能支持-30℃，應(yīng)用LVDS并口接口方式，實(shí)現(xiàn)用戶操作要求；通過友好的人機(jī)交互界面，正確地顯示產(chǎn)品的各項(xiàng)工作參數(shù)及狀態(tài)信息等。額外定制了4*4金屬鍵盤，作為觸摸功能失效時(shí)備用，該按鍵防水防塵并具有堅(jiān)固防破壞結(jié)構(gòu)和電磁兼容性能。
（4）本系統(tǒng)添加了遙控器接口和本地維護(hù)軟件網(wǎng)絡(luò)接口的功能，系統(tǒng)遙控接口是超高頻測(cè)距儀中用于完成與遠(yuǎn)程監(jiān)視與維護(hù)連接的數(shù)據(jù)通信單元。主要功能包括：在控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程遙控器之間建立通信鏈路；在控制系統(tǒng)與本地維護(hù)終端之間建立通信鏈路。系統(tǒng)遙控接口單元包含兩路網(wǎng)口電路、光網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路等，用于滿足遠(yuǎn)距離遙控設(shè)備的需求。維護(hù)軟件客戶端有一個(gè)瀏覽器程序，控制系統(tǒng)作為服務(wù)器端有一個(gè)對(duì)應(yīng)的Web服務(wù)器，通過CGI（通用網(wǎng)關(guān)接口）實(shí)現(xiàn)與外部應(yīng)用程序之間的信息交互。
本系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)：
（1）最大工作時(shí)鐘：1GHz；
（2）最大存儲(chǔ)空間：256MB；
（3）最大運(yùn)行內(nèi)存：2GB；
（4）工作溫度范圍：-30℃～+50℃；
（5）接口類型：USB、JTAG、UART、I2C、CAN接口、以太網(wǎng)接口等。