專利名稱：一種慣性傳感器imu信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種慣性傳感器IMU信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，特別適用于捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性傳感器信號(hào)采集、故障診斷及數(shù)據(jù)精度標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，使用捷聯(lián)式系統(tǒng)代替平臺(tái)式系統(tǒng)完成導(dǎo)航任務(wù)，已經(jīng)成為新世紀(jì)慣性技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。由于飛機(jī)、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、魚(yú)雷的導(dǎo)航系統(tǒng)具有中等精度與低成本的要求，采用捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)十分適宜，因此在這些領(lǐng)域中已經(jīng)廣泛采用捷聯(lián)式系統(tǒng)。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，1984年以前美國(guó)軍用慣導(dǎo)系統(tǒng)全部為平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)，到了 1989年已有一半改為捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)，而到1994年捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)己占有了 90 %的比重。慣性傳感器IMU (包括陀螺儀和加速度計(jì))是捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)最核心的原件，捷聯(lián)系統(tǒng)根據(jù)慣性傳感器輸出的信息(陀螺儀敏感運(yùn)動(dòng)載體的角速率，加速度計(jì)敏感運(yùn)動(dòng)載體的線加速度)根據(jù)捷聯(lián)算法計(jì)算出運(yùn)動(dòng)載體的姿態(tài)角、速度和位置等導(dǎo)航參數(shù)，因此IMU的數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理顯得極為重要。首先在捷聯(lián) 導(dǎo)航系統(tǒng)中陀螺儀和加速度計(jì)的輸出信號(hào)具有信號(hào)微弱、干擾大、噪音多等特點(diǎn)，在進(jìn)行采樣前必須先進(jìn)行預(yù)處理，將信號(hào)放大、濾波及整流后才能使用。其次，捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)擁有導(dǎo)航信息更新率較高的特點(diǎn)，一般采樣頻率得到IOOHz或者200Hz甚至更高，如此高的頻率必然對(duì)所有陀螺儀和加速度計(jì)的采樣同步性提出更高的要求。再次，IMU屬于高精度敏感元件，器件特性及精度受溫度等物理量影響較大，因此，亟需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頂U(kuò)及內(nèi)部工作環(huán)境溫度，供構(gòu)建溫度補(bǔ)償模型并采用數(shù)據(jù)擬合等標(biāo)定方法提高M(jìn)U輸出精度。最后，捷聯(lián)系統(tǒng)由于其誤差隨時(shí)間增大的缺點(diǎn)促使人們經(jīng)常將其與其他導(dǎo)航系統(tǒng)組合使用，如捷聯(lián)/GPS組合系統(tǒng)等，因此對(duì)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的故障自診斷特性及容錯(cuò)性提出更高的要求，首先需要在硬件上實(shí)時(shí)查詢IMU的工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)報(bào)錯(cuò)。本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種慣性傳感器MU信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)了200Hz的高速同步采樣，并且在采樣前對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)信號(hào)進(jìn)行了兩級(jí)運(yùn)放預(yù)處理，將信號(hào)放大、濾波及整流后使用，采樣后進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)建模及補(bǔ)償提高其采樣精度。同時(shí)實(shí)時(shí)報(bào)告IMU故障及工作溫度，提高捷聯(lián)系統(tǒng)和組合導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性及容錯(cuò)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)一種慣性傳感器IMU信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，特別適用于捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性傳感器信號(hào)采集、故障診斷及數(shù)據(jù)精度標(biāo)定方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:
一種慣性傳感器MU信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其包括慣性傳感器MU模擬信號(hào)預(yù)處理模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換、自診斷與數(shù)據(jù)平滑模塊，其特征在于:所述IMU模擬信號(hào)預(yù)處理模塊中將3路動(dòng)調(diào)撓性陀螺儀和3路石英加速度計(jì)輸出的模擬電流信號(hào)分別經(jīng)過(guò)3路高精度陀螺儀信號(hào)采樣電阻和3路高精度加速度計(jì)信號(hào)采樣電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，3路高精度陀螺儀信號(hào)分別經(jīng)過(guò)3路前向?yàn)V波通道進(jìn)行濾波，3路加速度計(jì)信號(hào)分別經(jīng)過(guò)3路前向?yàn)V波通道進(jìn)行濾波；
所述3路前向?yàn)V波通道輸出的3路陀螺儀模擬信號(hào)分別經(jīng)過(guò)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換、自診斷與數(shù)據(jù)平滑模塊中的3片16位模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到串行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)I片現(xiàn)場(chǎng)可編輯邏輯芯片CPLD進(jìn)行串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換得到16位IMU并行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；
所述3路前向?yàn)V波通道輸出的3路加速度計(jì)模擬信號(hào)分別經(jīng)過(guò)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換、自診斷與數(shù)據(jù)平滑模塊中的3片16位模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到串行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)I片現(xiàn)場(chǎng)可編輯邏輯芯片CPLD進(jìn)行串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換得到16位IMU并行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；
高速微控制單元MCU通過(guò)8位數(shù)據(jù)總線分時(shí)獲取所述16位MU并行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、頂U(kuò)故障診斷監(jiān)測(cè)信號(hào)和溫度傳感器芯片測(cè)量的溫度值，以固定報(bào)文格式經(jīng)光耦隔離與電平轉(zhuǎn)換裝置后發(fā)送給導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)RS422串口接收導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的200Hz時(shí)鐘信號(hào)對(duì)IMU采樣頻率進(jìn)行控制。本發(fā)明還包括以下特征:
1.所述的6路前向?yàn)V波通道中每路濾波通道由兩片運(yùn)算放大器0P177組成，第一片完成電壓濾波，第二片完成電壓跟隨，同時(shí)在輸出末端增加由整流二極管和穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的限幅電路，將輸出電壓控制在-5V到+5V之間。2.所述的6片16位ADC芯片選用MAX195芯片，電源為+5V和-5V，參考電壓為+4.096V,且配置為雙極性模式，即輸入電壓范圍為-4.096V到+4.096V, CPLD控制6片MAX195同步采樣。3.所述2片CPLD采用ALTERA 7160STC100芯片，一片CPLD將3路動(dòng)調(diào)撓性陀螺儀串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，另一片CPLD將3路石英加速度計(jì)串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，所述2片CPLD中均使用7474對(duì)6M時(shí)鐘進(jìn)行分頻得到1.5M時(shí)鐘作為所述MAX195的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘信號(hào)AD_CLK，將所述高速M(fèi)CU的P2腳與所述AD_CLK相“或”得到的信號(hào)作為所述MAX195的轉(zhuǎn)換開(kāi)始信號(hào)，所述2片CPLD中均使用6片8位輸出移位寄存器74595，每路使用2片，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為16位的并行數(shù)據(jù)，所述6片MAX195的轉(zhuǎn)換完成信號(hào)均取反相再相“或”得到的信號(hào)輸入所述高速M(fèi)CU外部中斷O引腳，該信號(hào)通知所述MCU讀取所述CPLD輸出的16位并行數(shù)據(jù)，同時(shí)所述CPLD通過(guò)所述高速M(fèi)CU讀取所述IMU故障診斷監(jiān)測(cè)信號(hào)，所述移位寄存器74595通過(guò)所述高速M(fèi)CU根據(jù)地址譯碼進(jìn)行片選讀取各路并行轉(zhuǎn)換結(jié)果。4.所述高速M(fèi)CU選用WINB0ND77E58，外部配置看門狗芯片MAX813L，選用引腳5和引腳7配置為I2C總線對(duì)所述溫度傳感器芯片進(jìn)行控制，并讀取溫度值，所述200Hz時(shí)鐘信號(hào)輸入外部中斷I引腳，通過(guò)中斷服務(wù)程序完成對(duì)所述看門狗芯片MAX813L的循環(huán)寫(xiě)操作和控制所述MAX195的采樣頻率。5.所述光稱隔離與電平轉(zhuǎn)換裝置選用2片HCPL2630作為光稱隔離器件，I片用于隔離所述200Hz時(shí)鐘，I片 用于隔離所述高速M(fèi)CU串口發(fā)送報(bào)文信號(hào)，選用MC3486實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的200Hz時(shí)鐘RS422到TTL電平轉(zhuǎn)換，選用MC3487實(shí)現(xiàn)所述高速M(fèi)CU串口數(shù)據(jù)的TTL到RS422電平轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的原理:
一種慣性傳感器MU信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其包括慣性傳感器MU模擬信號(hào)預(yù)處理模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換、自診斷與數(shù)據(jù)平滑模塊，其特征在于:
所述IMU模擬信號(hào)預(yù)處理模塊中將3路動(dòng)調(diào)撓性陀螺儀和3路石英加速度計(jì)輸出的模擬電流信號(hào)分別經(jīng)過(guò)3路高精度陀螺儀信號(hào)采樣電阻和3路高精度加速度計(jì)信號(hào)采樣電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，3路高精度陀螺儀信號(hào)分別經(jīng)過(guò)3路前向?yàn)V波通道進(jìn)行濾波，3路加速度計(jì)信號(hào)分別經(jīng)過(guò)3路前向?yàn)V波通道進(jìn)行濾波；
所述3路前向?yàn)V波通道輸出的3路陀螺儀模擬信號(hào)分別經(jīng)過(guò)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換、自診斷與數(shù)據(jù)平滑模塊中的3片16位模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到串行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)
I片現(xiàn)場(chǎng)可編輯邏輯芯片CPLD進(jìn)行串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換得到16位IMU并行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；
所述3路前向?yàn)V波通道輸出的3路加速度計(jì)模擬信號(hào)分別經(jīng)過(guò)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換、自診斷與數(shù)據(jù)平滑模塊中的3片16位模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到串行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)I片現(xiàn)場(chǎng)可編輯邏輯芯片CPLD進(jìn)行串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換得到16位IMU并行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；
高速微控制單元MCU通過(guò)8位數(shù)據(jù)總線分時(shí)獲取所述16位IMU并行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、IMU故障診斷監(jiān)測(cè)信號(hào)和溫度傳感器芯片測(cè)量的溫度值，以固定報(bào)文格式經(jīng)光耦隔離與電平轉(zhuǎn)換裝置后發(fā)送給導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)RS422串口接收導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的200Hz時(shí)鐘信號(hào)對(duì)MU采樣頻率進(jìn)行控制。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
(1)本發(fā)明能夠適用于任何一種模擬信號(hào)輸出的IMU的6路數(shù)據(jù)采集，并且擁有高精度、采樣頻率高等特點(diǎn)；
(2)本發(fā)明采用MCU與CPLD控制IMU的絕對(duì)同步采樣、建模及標(biāo)定，具有成本低、精度擬合好、聞速串口等優(yōu)點(diǎn)；
(3)本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控IMU工作環(huán)境溫度及報(bào)告IMU故障，具有可靠性強(qiáng)及容錯(cuò)性聞的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為MU數(shù)據(jù)采集原理 圖2為單路前向?yàn)V波通道電路 圖3為MAX195采樣開(kāi)始信號(hào)生成原理 圖4為CPLD串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)并行數(shù)據(jù)原理 圖5為慣性傳感器故障自診斷原理 圖6為高速M(fèi)CU訪問(wèn)DS1621流程 圖7為高速M(fèi)CU主程序流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。(1)圖2為所述前向?yàn)V波通道單路通道電路圖。每路前向?yàn)V波通道中使用2片運(yùn)算放大器0P177，采用兩級(jí)濾波的結(jié)構(gòu)，第一級(jí)由兩級(jí)R (電阻)C (電容)濾波環(huán)節(jié)和同相比例集成運(yùn)放0P177組成有源低通濾波器，其中第一級(jí)電容C接至輸出端，引入適當(dāng)?shù)恼答?，以改善幅頻特性。其功能是抑制高頻信號(hào)。第二級(jí)為由I片0P177構(gòu)成的電壓跟隨電路，起到緩沖、隔離、提高帶負(fù)載能力的作用。同時(shí)在濾波電路輸出的末端增加了由整流二極管和穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的限幅電路，整流二極管選用IN4007，正向壓降為0.7V，穩(wěn)壓二極管選用ZMM3V6ST，將輸出電壓控制在-5疒+5V之間，起到限壓保護(hù)作用，防止電路中的瞬時(shí)脈沖尖峰電壓(浪涌電壓)對(duì)電路產(chǎn)生影響。(2)圖3為MAX195采樣開(kāi)始信號(hào)生成原理圖，圖中CLK為所述6M時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)過(guò)7474四分頻電路后由引腳2Q輸出所述1.5M時(shí)鐘信號(hào)AD_CLK，用于所述6片MAX195的工作時(shí)鐘，該信號(hào)與圖中START信號(hào)(為所述MCU的P2腳輸出信號(hào))相“或”生成的所述CONV信號(hào)用于啟動(dòng)6片MAX195開(kāi)始采樣。設(shè)計(jì)原理是:根據(jù)MAX195的工作時(shí)序，要求在使用中CONV信號(hào)必須與AD_CLK同步，即應(yīng)確保CONV信號(hào)在轉(zhuǎn)換時(shí)鐘AD_CLK為低時(shí)出現(xiàn)，并且至少保持40ns的時(shí)間。因此將所述高速M(fèi)CU的P2腳作為啟動(dòng)信號(hào)START，與AD_CLK相“或”后再作為MAX195轉(zhuǎn)換信號(hào)CONV，這樣，在START信號(hào)處于低電平時(shí)，確保了 AD_CLK與CONV的同步，并且所述高速M(fèi)CU通過(guò)發(fā)送低脈沖信號(hào)控制所述MAX195模數(shù)轉(zhuǎn)換的開(kāi)始。(3)圖4為CPLD串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)并行數(shù)據(jù)原理圖。該圖為一片MAX195串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，其他MAX195以此類推。圖中使用2片74595，MAX195模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC與所述AD_CLK信號(hào)相“與”取反信號(hào)接至74595數(shù)據(jù)寄存器移位時(shí)鐘SRCLK，EOC信號(hào)取反接至74595RCLK端，當(dāng)MAX195模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，RCLK收到一個(gè)上升沿，此時(shí)將16位轉(zhuǎn)換結(jié)果分別在2片74595的輸出端QA QH輸出。，每片MAX195的EOC信號(hào)E0C1 E0C6取反相“或”接至所述MCU的外部中斷O輸入端，通知MCU讀取前一次的16位轉(zhuǎn)換值。每片74595的QA QH端均接至MCU的8位數(shù)據(jù)總線D0 D7，所述MCU的地址A8，A9和AlO通過(guò)38譯碼器74138對(duì)每片74595進(jìn)行選址讀取各自的8位轉(zhuǎn)換值。(4)圖5為所述慣性傳感器故障自診斷原理圖。圖中，DIAGfDIAGS對(duì)應(yīng)陀螺儀和加速度計(jì)的故障位，依次為溫 度控制是否到位標(biāo)志、激磁電源故障、陀螺2電源故障、陀螺I電源故障、陀螺2的Y軸信號(hào)故障、陀螺2的X軸陀螺信號(hào)故障、陀螺I的Y軸信號(hào)故障、陀螺I的X軸信號(hào)故障。8位故障碼由高速M(fèi)CU的A8、A9和AlO地址線通過(guò)74138進(jìn)行選址讀取。(5)圖6為所述高速M(fèi)CU通過(guò)〖 訪問(wèn)所述溫度傳感器芯片DS1621流程圖。首
先高速M(fèi)CU需要啟動(dòng)總線，接著通過(guò)發(fā)送DS1621地址和寫(xiě)命令的方式對(duì)DS1621進(jìn)行配置，若DS1621返回應(yīng)答信號(hào)則高速M(fèi)CU發(fā)送“溫度輸出”指令，若DS1621返回應(yīng)答信號(hào)則高速M(fèi)CU重新啟動(dòng)總線發(fā)送DS1621地址并執(zhí)行讀取溫度操作，返回非應(yīng)答位并結(jié)束 7ζ.總線。高速M(fèi)CU與DS1621進(jìn)行通訊時(shí)，高速M(fèi)CU作為主機(jī)，DS1621作為從器件，遵循I T總線協(xié)議。(6)圖7為高速M(fèi)CU主程序流程圖。首先進(jìn)行變量定義和初始化，外部中斷及串口初始化，延時(shí)5s后對(duì)AD芯片進(jìn)行自檢，判斷外部200Hz時(shí)統(tǒng)是否到來(lái)，一旦到來(lái)后開(kāi)始啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換指令，當(dāng)6路AD全部轉(zhuǎn)換完成時(shí)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，按照同樣的方法采樣256次并求和，對(duì)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)建模、標(biāo)定及補(bǔ)償。讀取故障碼和溫度值，組織報(bào)文并通過(guò)串口發(fā)送。再重復(fù)以上流程。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍 。
權(quán)利要求
1.一種慣性傳感器IMU信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其包括慣性傳感器IMU模擬信號(hào)預(yù)處理模塊(I)和模數(shù)轉(zhuǎn)換、自診斷與數(shù)據(jù)平滑模塊(2)，其特征在于: 所述IMU模擬信號(hào)預(yù)處理模塊(I)中將3路動(dòng)調(diào)撓性陀螺儀(3)和3路石英加速度計(jì)(4)輸出的模擬電流信號(hào)分別經(jīng)過(guò)3路高精度陀螺儀信號(hào)采樣電阻(5)和3路高精度加速度計(jì)信號(hào)采樣電阻(6)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，3路高精度陀螺儀信號(hào)分別經(jīng)過(guò)3路前向?yàn)V波通道(7)進(jìn)行濾波，3路加速度計(jì)信號(hào)分別經(jīng)過(guò)3路前向?yàn)V波通道(8)進(jìn)行濾波； 所述3路前向?yàn)V波通道(7)輸出的3路陀螺儀模擬信號(hào)分別經(jīng)過(guò)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換、自診斷與數(shù)據(jù)平滑模塊(2)中的3片16位模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC芯片(9)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到串行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)I片現(xiàn)場(chǎng)可編輯邏輯芯片CPLD (11)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換得到16位IMU并行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)； 所述3路前向?yàn)V波通道(8)輸出的3路加速度計(jì)模擬信號(hào)分別經(jīng)過(guò)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換、自診斷與數(shù)據(jù)平滑模塊(2)中的3片16位模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC芯片(10)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到串行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)I片現(xiàn)場(chǎng)可編輯邏輯芯片CPLD (12)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換得到16位IMU并行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)； 高速微控制單元MCU (14)通過(guò)8位數(shù)據(jù)總線分時(shí)獲取所述16位IMU并行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、MU故障診斷監(jiān)測(cè)信號(hào)(13)和溫度傳感器芯片(15)測(cè)量的溫度值，以固定報(bào)文格式經(jīng)光耦隔離與電平轉(zhuǎn)換裝置(16)和(17)后發(fā)送給導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(18)，同時(shí)通過(guò)RS422串口接收導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(18)傳送過(guò)來(lái)的200Hz時(shí)鐘信號(hào)對(duì)IMU采樣頻率進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種慣性傳感器IMU信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:所述的3路前向?yàn)V波通道(7)和(8)中每路濾波通道由兩片運(yùn)算放大器OP177組成，第一片完成電壓濾波，第二片完成電壓跟隨，同時(shí)在輸出末端增加由整流二極管和穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的限幅電路，將輸出電壓控制在-5V到+5V之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種慣性傳感器IMU信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:所述的6片16位ADC芯片(9)和(10)選用MAX195芯片，電源為+5V和-5V，參考電壓為+4.096V,且配置為雙極性模式，即輸入電壓范圍為-4.096V到+4.096V，所述CPLD (11)和(12)控制6片MAX195同步采樣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種慣性傳感器IMU信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:所述CPLD (11)和CPLD (12)采用ALTERA 7160STC100芯片，CPLD (11)將3路動(dòng)調(diào)撓性陀螺儀串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，CPLD (12)將3路石英加速度計(jì)串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，所述CPLD (11)和所述CPLD (12)中均使用7474對(duì)6M時(shí)鐘進(jìn)行分頻得到1.5M時(shí)鐘作為所述MAX195的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘信號(hào)AD_CLK，將所述高速M(fèi)CU的P2腳與所述AD_CLK相“或”得到的信號(hào)作為所述MAX195的轉(zhuǎn)換開(kāi)始信號(hào)所述CPLD (11)和所述CPLD (12)中均使用6片8位輸出移位寄存器74595，每路使用2片，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為16位的并行數(shù)據(jù)，所述6片MAX195的轉(zhuǎn)換完成信號(hào)均取反相再相“或”得到的信號(hào)輸入所述高速M(fèi)CU (14)外部中斷O引腳，該信號(hào)通知所述MCU (14)讀取所述CPLD (11)和(12)輸出的16位并行數(shù)據(jù)，同時(shí)所述CPLD (11)通過(guò)所述高速M(fèi)CU (14)讀取所述MU故障診斷監(jiān)測(cè)信號(hào)(13)，所述移位寄存器74595通過(guò)所述高速M(fèi)CU (14)根據(jù)地址譯碼進(jìn)行片選讀取各路并行轉(zhuǎn)換結(jié)果O
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種慣性傳感器IMU信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:所述高速M(fèi)CU (14)選用WINB0ND77E58，外部配置看門狗芯片MAX813L，選用引腳5和引腳7配置為I2C總線對(duì)所述溫度傳感器芯片(15)進(jìn)行控制，并讀取溫度值，所述200Hz時(shí)鐘信號(hào)輸入外部中斷I引腳，通過(guò)中斷服務(wù)程序完成對(duì)所述看門狗芯片MAX813L的循環(huán)寫(xiě)操作和控制所述MAX195的采樣頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種慣性傳感器IMU信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:所述光耦隔離與電平轉(zhuǎn)換裝置(16)和(17)選用2片HCPL2630作為光耦隔離器件，I片用于隔離所述200Hz時(shí)鐘，I片用于隔離所述高速M(fèi)CU (14)串口發(fā)送報(bào)文信號(hào)，選用MC3486實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的200Hz時(shí)鐘RS422到TTL電平轉(zhuǎn)換，選用MC3487實(shí)現(xiàn)所述高速M(fèi)CU(14)串口數(shù)據(jù)的TTL到RS422電平·轉(zhuǎn)換。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種慣性傳感器IMU信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其實(shí)現(xiàn)了200Hz的高速同步采樣，并且在采樣前對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)信號(hào)進(jìn)行了兩級(jí)運(yùn)放預(yù)處理，將信號(hào)放大、濾波及整流后使用，采樣后進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)建模及補(bǔ)償提高其采樣精度。同時(shí)實(shí)時(shí)報(bào)告IMU故障及工作溫度，提高捷聯(lián)系統(tǒng)和組合導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性及容錯(cuò)性。
文檔編號(hào)H03M1/12GK103248364SQ20131012596
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者張濤, 徐曉蘇, 劉錫祥, 王立輝, 李瑤, 李佩娟 申請(qǐng)人:東南大學(xué)