基于ARM的机载数据采集系统研究

●
的背景下提出的。
１．２国内外的研发现状和发展趋势
１．２．１数据采集系统的基本概述
信息广泛存在于各个领域，例如经济信息，商品信息、市场信息、科技信息等等。 所谓的信息就是数据经过加工后得到的，对于某个目的来说有用的知识。数据即对于客 体属性的记录。现代工业控制、自动检测技术及信号处理中数据是指现场采集来的电压、 电流、压力、流量、物位、温度和角度等信号，此外还包括一些开关量信号。在微型计 算机应用于智能化仪器仪表、信号处理和工业自动化等过程中，都存在着模拟量的测量 与控制问题即将温度、压力、流量、位移及角度等模拟量转变为数字信号，再收集到微
这里就需要解决模拟量与数字量之间的相互转化问题，即采样与重构（恢复）的问题。这
个问题也是数据采集系统的核心问题。数据采集系统可以简化成图１．１的形式。ຫໍສະໝຸດ 模拟信 号输入数字信号
数字信号
模拟信 号输出
图１．１数据米集系统简化图
●
如图１．１所示，模拟信号首先经过一个预采样滤波器进行初步处理，主要是为满足 采样定理的要求而滤除高频干扰，然后由采样器按照预定的时间间隔对模拟信号离散 化，从而把连续的模拟信号转化成离散的子样脉冲，再由模数转换器（ＡＤＣ）把离散子样 进行量化与编码，使之变成数字信号送到处理器进行数字处理，处理器一般由数字计算 机来承担，处理结果再由数模转换器（ＤＡＣ）转换成模拟量，经过平滑滤波器做平滑处理 后送到外界系统。
ＡＲＭ Ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ
ｃｈｉｐ ａｎｄ Ｌｉｎｕｘ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｐｅｎｄａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ
●
◆
ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｒｅｄｕｃｅｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｇｏｏｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
ｓｉｇｎａｌ，ＡＲ／ＮＣ４２９ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｓｅｒｉａｌ ｄａｔａ ｏｆ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ
ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｓｅｒｉａｌ ｃｌｏｃｋ ｒｅｃｅｉｖｅ ｓｉｇｎａｌ ｆｒｏｍ ＧＰＳ ｔｒｅａｔ ａｓ ｔｉｍｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ
ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｂｙ Ｌｉｎｕｘ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．
Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ Ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｄａｔａ ｄｉｓｐｌａｙ，
ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ， ｅｍｂｏｄｉｅｓ ＡＲＭ ｈａｓ ｍａｎｙ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ
ｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒｅｄ，ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ，ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ，ｌｏｗ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ；Ｌｕｎｉｘ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｔｈｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｄｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｈｏｌｄｓ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅ，ａｎｄ ｈａｓ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｔａｓｋ ｋｅｍｅｌ，ｓｕｐｐｏｒｔｓ ＡＲＭ，ｂｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｅｒｆｅｃｔ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．
和记录发展为大量的模拟数字以及各种通信接口（如ＡＲＩＮＣ４２９、１５５３Ｂ等）的信号实
时采集、处理、传输和存储。巨大的数据量和实时性对数据传输速度和存储介质的容量 提出了很高的要求。
机载数据采集记录和地面实时处理能够为飞机性能参数测试以及故障分析诊断提
供科学准确的依据，从而大大缩短飞机鉴定试飞和适航审定的周期，该课题就是在这样
本论文应用多片模拟开关进行了多通道的模拟量信号的数据采集；采用并行数据转
换串行数据的方法解决了多通道的离散量的数据采集方法；通过ＧＰＳ模块的精确时钟
以及时间延时计算为采集的数据打上准确的时标；以ＡＴ９１ＲＭ９２００ ＡＲＭ片上系统为核
心给系统提供了丰富的外围接口；以Ｌｉｎｕｘ为操作系统保证了数据的实时采集、显示、
保密论文待解密后适用本声明。
学位论文作者虢祜国指删嗽：缘穹吻
湖∥年占月汐日
１绪论
■
１绪论
１．１课题的项目背景
现代航空技术的发展在很大程度上取决于航空试验技术、试验能力、试验设备、测
试技术与手段。目前各航空大国都在积极建设和完善先进的地面、空中试验设备。面对
我国航空技术的发展需求，必须在飞行试验研究的组织、管理、技术、能力上下功夫，
◆
Ｓｕｂｊｅｃｔ ：Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｐｌａｎｅｌｏａｄ
Ｂａｓｅｄ ＯＨ ＡＲＭ
Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ：Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｈｅｏｒｙ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｎａｍｅ
：Ｈｅ Ｚｈｉｇｕｏ
（Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）
Ｉｎｓｔｒｕｃｔｏｒ：Ｈｕａｎｇ Ｍｅｎｇｔａｏ
ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｄａｔａ．
Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ ａｎａｌｏｇｙ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｂｙ ａｐｐｌｙｉｎｇ ａ ｆｅｗ ａｎａｌｏｇｙ ｓｗｉｔｃｈ ｃｈｉｐｓ；ａｐｐｌｙｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｐａｒａｌｌｅｌ ｄａｔａ ｔｏ ｓｅｒｉａｌ ｄａｔａ ｔｏ ｓｅｔｔｌｅ ｍｕｌｔｉ．ｃｈａｎｎｅｌ ｏｎ－ｏｆｆ ｓｉｇｎａｌ；ｗｒｉｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｔｉｍｅ ｔｏ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｄａｔａ ｂｙ ｔｈｅ ＧＰＳ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ
学位论文作者签名：桶稳．Ｉ氧日期：文∞∥、ｇ、６
学位论文知识产权声明书
本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。
传输及存储。 测试结果表明该设计能够实时完成数据的采集、显示、传输及存储，体现了ＡＲＭ
具有高性能、高集成度、低功耗、低成本、低开发难度的优点；Ｌｉｎｕｘ操作系统是开放
源代码的操作系统，软件资源丰富，同时具有功能强大、高效、稳定及支持多任务的内 核，支持ＡＲＭ，有完善的网络通信、图形和文件管理机制，支持大量的外围硬件设备，
驱动丰富，系统大小、功能都可定制等诸多优点；通过选用ＡＲＭ芯片与Ｌｉｎｕｘ操作系
●
统，大大提高了系统的可靠性和稳定性，同时也降低了系统的开发难度。对于系统复杂、
接口种类多的相同问题的解决，本文提供了一个很好的参考方法。
关键词：数据采集；Ｌｉｎｕｘ；ＧＰＳ；ＡＲＭ；单片机 研究类型：应用研究
■
１，●＿－
ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｆｏｒｍ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
Ｔｈｅｓｉｓ
：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
Ｌｉｎｕｘ
ＧＰＳ
ＡＲＭ
Ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ
◆
◆
西妻料技大学
学位论文独创性说明
本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
（Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｐｌａｎｅｌｏａｄ ｈａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａ ｍａｓｓ ｏｆ ａｎａｌｏｇｙ ｓｉｇｎａｌ，ｄａｔａ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ
和记录发展成为大量的模拟、数字以及各种通信接口信号的实时采集、处理、传输和存
储。本文针对机载的多通道数据采集系统进行设计，主要对惯导设备、大气机等输出的
◆
模拟信号、三相同步器信号、离散量信号及ＡＲＩＮＣ ４２９串行数据进行实时采集、显示
和记录，同时接收来自ＧＰＳ电路的串行时钟信号作为采集数据的时标。
过程始于安装在飞机上的各种传感器，这些传感器大多是用来测量压力、位置、温度、
速度、负荷和视频等。从传感器出来的电信号都要进入放置在机体内的信号调理器中，
信号调理器将各种信号调理为一种共同的格式，再经过复用、转换、Ａ／Ｄ变换、时码的 发生和ＰＣＭ调制等。
随着电子技术和计算机技术的进步，机载数据采集系统已从少量数据的采集、显示
ｇｒａｐｈｉｃ ａｎｄ ｆｉｌｅ ｍａｎａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｓｕｓｔａｉｎｓ ａ ｇｒｅａｔ ｌｏｔ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｍｓ、ｔｈｅ ｅｎｒｉｃｈｅｄ
ｄｒｉｖｅ，ｈａｓ ｍａｎｙ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｅｔｃ，ｅｘａｍｐｌｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｃａｎ ｂｅ ｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄ．
西安科技大学 硕士学位论文 基于ARM的机载数据采集系统研究 姓名：何志国 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：黄梦涛