一種無(wú)人飛行器溫度巡檢裝置設計

1.引言

目前無(wú)人飛行器主要飛行于大氣對流層和平流層低層區間。該區間大氣溫度變化復雜，大氣環(huán)境的溫度過(guò)低或過(guò)高都將直接影響無(wú)人飛行器控制系統的正常工作。由于無(wú)人飛行器機身需要檢測溫度的部位較多，監測目標比較分散，使用單一結構的溫度傳感器或結冰探測儀表難以實(shí)時(shí)、全面地掌握整個(gè)機身表而溫度狀況，因此，本設計結合已有的民用多路測溫技術(shù)，提出一種基于FPGA的適用于無(wú)人飛行器機身各部位溫度檢測和功能事務(wù)管理的多路溫度巡檢系統。該系統可在無(wú)人飛行器飛行過(guò)程中，根據需要循環(huán)監測各部位的溫度狀況，以便能夠及早測出機身可能出現的結冰低溫并向系統發(fā)出報警信號使飛機及時(shí)飛離結冰區域或開(kāi)啟除冰設計，從而達到保障飛行安全的目的。

2.設計方案的總體結構

無(wú)人飛行器溫度巡檢裝置的結構框圖如圖1所示。

本設計采用FPGA作為核心芯片，電源電路供電后，信號調理電路通過(guò)鉑電阻傳感器PT100將采集的電壓信號通過(guò)放大器放大后送給A/D采樣電路，A/D采樣電路通過(guò)采樣把模擬信號轉換為數字信號后送給FPGA進(jìn)行處理，處理數據后FPGA自動(dòng)把處理結果送出，通過(guò)液晶顯示并且與鍵盤(pán)電路設定的值進(jìn)行比對，如果超出設定值范圍，FPGA送出信號，使得蜂鳴器電路報警，繼電器電路響應，啟動(dòng)加熱裝置，圖1給出了系統的整體框圖。

3.硬件電路設計及實(shí)現

按照系統的功能要求，裝置的硬件電路依據其功能劃分為信號調理模塊、A/D采樣模塊、FPGA最小系統模塊等部分。

3.1 信號調理模塊

系統采用惠斯通電橋接入鉑電阻傳感器PT100信號，如圖2所示。

圖2中INA、INB之差與PT100阻值變化呈線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)將INA、INB變化值采樣再對應鉑電阻傳感器P100刻度表即可換算得到實(shí)測溫度?？紤]到鉑電阻傳感器PT100探頭產(chǎn)生的信號非常微弱，很容易受到噪聲干擾，所以放大電路選擇單運放構成的儀表放大器。儀表放大器擁有差分式結構，對共模噪聲有很強的抑制作用，同時(shí)擁有較高的輸入阻抗和較小的輸出阻抗，非常適合對微弱信號的放大。圖2中R3,R4,R5,R6,R7,R8均采用低溫漂的精密電阻，R2為多圈精密可調電阻。通過(guò)電路可以計算出：

由式(1)可看出，通過(guò)增減R8的阻值即可改變增益，得到理想的放大倍數。

3.2 A/D采樣模塊

系統選用AD7476作為采樣芯片。該芯片是12位低功耗逐次逼近型ADC,采用單電源工作，電源電壓為2.35V至5.25V,最高吞吐速率可達1MSPS,完全滿(mǎn)足本系統的采樣精度和速度的要求。該芯片內置一個(gè)低噪聲、寬帶寬采樣保持放大器，可處理6MHz以上的輸入頻率。

AD轉換過(guò)程和數據采集過(guò)程通過(guò)CS和串行時(shí)鐘SCLK進(jìn)行控制，從而為器件與FPGA接口創(chuàng )造了條件。輸入信號在CS的下降沿進(jìn)行采樣，而轉換同時(shí)在此處啟動(dòng)，轉換速率取決于SCLK的時(shí)鐘頻率。圖3為AD7476的典型接線(xiàn)電路。