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系統由傳感器陣列及監測模塊、GPS模塊、控制模塊、數據處理模塊、電機驅動控制模塊等幾部分組成。系統組成框圖如圖 1
所示。
傳感器陣列在GPS模塊的觸發信號下以1Hz的頻率輸出數字信號，信號的占空比在0.25~0.75之間。傳感器監測模塊同步采集傳感器陣列輸出，采集結果由控制模塊送到數據處理模塊。數據處理模塊對傳感器輸出及GPS輸出進行整合后與信標電壓進行比較，進而得到三路混合步進電機的運動控制數據。該數據反饋之控制模塊對電機驅動控制模塊進行配置，完成三路電機的運動控制。
控制模塊控制整個系統的硬件資源，負責資源配置、數據讀取/發送、外設控制（LCD、鍵盤、E2PRAM等）、通信接口、電源管理等任務。
2
功能及技術指標要求
Ø
接受GPS信號并同步觸發傳感器陣列輸出；
Ø
12路傳感器輸出同步采集；
Ø
3路兩相異步混合電機驅動控制；
Ø
128*64點陣LCD顯示，4*4鍵盤輸入；
Ø
LCD顯示格式：數據，圖形；
Ø
技術指標
n
傳感器采樣頻率100Hz；
n
電機控制輸出頻率10Hz；
n
大量運算頻率40Hz；
n
同步采樣頻率1Hz；
n
技術器時鐘頻率≥2MHz。
軟件功能及數據處理模型待細化成任務書。
3
方案實現
3.1
硬件實現方案每兩路傳感器及接口電路做成一個傳感器組模塊，12路傳感器共6個模塊。
數據結果通過ARM傳遞給數據處理模塊的DSP，用于電機的運動控制。
CPLD中的ADC控制邏輯對ADC進行配置、控制、讀取等操作，并將獲得的采集數據緩存或發送給ARM處理器；其中，部分邏輯受ARM的程序控制，用于實現軟硬件交互、模塊與模塊間的交互等功能。同時，CPLD根據GPS觸發信號實時同步采集12路傳感器輸出。
數據處理模塊中的DSP根據信標電壓的采集結果和傳感器的輸出結果進行數據處理后生成三路電機的運動控制數據，并將該數據傳遞給ARM生成電機驅動其的控制邏輯。
ARM處理器為系統的處理核心。負責從功能鍵盤接口獲得用戶對模塊的控制信息，并按用戶的要求控制CPLD對ADC的采樣過程進行控制；解析GPS傳輸的信息，完成CPLD對傳感器陣列脈沖信號的采集控制；完成與DSP的數據交換；完成步進電機的驅動控制。
Flash可用來對數據進行緩沖或轉存，可為采集數據提供大容量、高速、靈活的緩存空間。
LCD和鍵盤組成了模塊和用戶之間的人機接口。鍵盤采用4*4鍵盤，可為用戶提供16個功能按鍵。LCD可顯示步進電機的控制參數及曲線。
電源模塊負責從供電輸入產生系統需要的各種電源。
3.2
軟件實現方案模塊軟件設計主要包括GPS信號解調、傳感器脈沖信號采集（計數器實現）、ADC采集控制、數據處理、步進電機控制邏輯、LCD控制、鍵盤輸入監控、系統功能邏輯控制等。
傳感器輸出為脈沖信號，通過CPLD的I/O引入。使用頻率不小于2MHz的采樣時鐘，可保證采集精度大于0.5µs。CPLD中的ADC采集控制部分完成對信標電壓的采集，并把數據通過ARM上傳給DSP。
ADC采集控制部分完成對ADC采集操作的啟動/停止及采集數據的上傳，CPLD與ARM進行交互，控制ADC器件工作；ADC完成模數轉化后，將數據發送到ARM中，再送給DSP進行處理。
LCD控制部分是LCD顯示屏的底層驅動程序，負責在LCD上顯示文字、符號和圖形，以及清屏、開關背光等操作。鍵盤輸入監控則監視鍵盤輸入，將對鍵盤上的按擊轉化為控制命令，發送到系統軟件的其他模塊中。
系統功能邏輯控制是根據當前系統的狀態和參數對其他模塊進行控制，并根據各個軟件模塊的工作狀態、返回參數等信息更新系統狀態和參數。通過系統功能邏輯控制部分的協調，各個軟件模塊按照設計進行工作，實現指定的功能，完成數據的采集和處理任務。
軟件整體的結構框圖如圖2所示。
4
進度計劃
5
成本估算及風險控制
風險控制上，ARM集成了較多外設，可以減小設計風險、調試風險，避免延長研發周期；CPLD控制ADC靈活性較大，容易滿足系統在功能上的要求，同時方便日后升級。 |
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發表于 2009-5-28 17:11:53
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發表于 2009-10-14 11:08:05