基于無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的數據記錄系統

根據某工業(yè)現場(chǎng)電子設備數據記錄的要求，設計了一種基于近距離無(wú)線(xiàn)通信的嵌入式數據記錄系統。該系統分為數據存儲和數據下載兩大功能組成部分：數據存儲部分利用DSP和FPGA完成信號的采集和處理，并將其存儲到CF卡中;數據下載部分利用紅外和藍牙無(wú)線(xiàn)接口，在DSP的控制下實(shí)現數據的無(wú)線(xiàn)下載。

　　引言

　　“黑匣子”是比較流行的電子記錄設備之一，廣泛應用于實(shí)時(shí)記錄飛機、船舶、汽車(chē)等行進(jìn)過(guò)程中的重要數據。記錄儀的數據下載方式通常有兩種：通過(guò)傳輸線(xiàn)纜下載和通過(guò)插拔存儲卡下載。

　　本文依據某工業(yè)現場(chǎng)電子設備數據記錄的需求，提出了一種基于近距離無(wú)線(xiàn)通信的數據記錄設備。該設備以紅外或藍牙方式下載數據，與傳統的數據下載方式相比，下載數據時(shí)既不需要拆卸設備連接線(xiàn)纜或插拔存儲卡，又減少了連線(xiàn)和插拔存儲卡可能導致的接觸故障。

　　1 設計需求

　　在某工業(yè)現場(chǎng)電子設備工作過(guò)程中，要求記錄系統能夠實(shí)時(shí)記錄設備的各種電氣信號及其工作時(shí)序，用于事后設備運行狀況的分析以及故障排查、定位。需要實(shí)時(shí)采集記錄的信號包括2路ARINC429信號、10路TTL數字信號以及16路模擬信號。采樣頻率應大于或等于1 kHz，記錄時(shí)間為1 h左右。根據信號通道數量、數據采集速率和數據記錄時(shí)間，可估算出記錄系統的存儲容量應大于500 MB。通常，微處理器內部的存儲空間有限，故需要將采集到的數據存儲到存儲容量大、具有非易失性的外部存儲器中。本系統使用Sandisk公司的1 GB工業(yè)級CF卡作為存儲設備。

　　2 系統總體設計方案

　　系統采用DSP和FPGA協(xié)同控制的方案，總體設計方案如圖1所示。DSP主要完成數據的實(shí)時(shí)采集和控制，FPGA的數據傳輸，以及與無(wú)線(xiàn)通信模塊的數據傳輸;FPGA則實(shí)現數據緩存和讀寫(xiě)CF卡的邏輯時(shí)序控制。

　　DSP是主控制器。選用TI公司的16位定點(diǎn)DSP芯片TMS320F240。它的指令周期為50 ns，內部具有544字的RAM、224K字的可尋址存儲空間、雙10位模/數轉換器、28個(gè)獨立可編程的多路復用I/O引腳、1個(gè)異步串行通信口(SCI)，以及1個(gè)同步串行通信口(SPI)。其內部資源可以滿(mǎn)

　　足系統對TTL信號和模擬信號的采集需求，通過(guò)外接ARINC429、紅外和藍牙專(zhuān)用接口芯片，實(shí)現ARINC429數據信號的采集和兩種無(wú)線(xiàn)方式的通信。

　　FPGA是輔助控制器，其核心為FIFO和邏輯控制電路，用于完成DSP和CF卡間數據傳輸。選用Altera公司CyclonelI系列的FPGA芯片EP2C20-Q240C8。它具有142個(gè)用戶(hù)可使用I/O引腳、52個(gè)M4K嵌入式陣列塊和18752個(gè)邏輯單元。DSP和FPGA豐富的內部資源很好地滿(mǎn)足了系統設計的需要。

　　系統主要包括數據存儲和數據下載兩大功能：

　?、贁祿鎯?。DSP實(shí)現對2路ARINC429信號、16路模擬信號和10路數字信號的實(shí)時(shí)采集，并將數據實(shí)時(shí)存入FPGA的FIFO中。當FIFO存儲了一定量數據時(shí)，FPGA控制邏輯電路自動(dòng)將FIFO中的數據寫(xiě)入CF卡中。

　?、跀祿螺d。首先，DSP將系統的藍牙和紅外模塊設置為從設備。當接收到工作人員所持的帶有藍牙或紅外接口的地面設備發(fā)出的連接請求后，先進(jìn)行鑒權，鑒權通過(guò)后與其建立連接。然后，FPGA控制邏輯電路讀出CF卡中數據并存人FIFO，DSP通過(guò)查詢(xún)或中斷方式將FIFO中的數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊發(fā)送給地面設備。

　　3 各功能模塊設計

　　3.1 FPGA功能模塊設計

　　使用FPGA實(shí)現異步FIFO模塊和CF卡讀寫(xiě)模塊，是本設計的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。