多路稳定平台检测系统的设计

　　摘　要：光电设备的稳定平台通常采用闭环控制链路来实现光电设备视场内图像的稳定，目前没有专用的多模块检测设备来判断稳像的多路平台多个控制信号状态是否正常，为了解决多信号状态判断问题，笔者设计并应用了一种多路稳定平台检测系统。该系统主要用来检测稳定平台多信号的状态，通过模拟相关信号调整链路来实现对稳定平台状态的检测，并在实际应用中得到验证。

　　关键词：稳定控制平台;检测系统;AD;DA

　　1　概述

　　1.1　开发目标

　　测试平台主要是用来测试稳定平台的功能，现需要对5套稳定平台进行轮流测试。

　　稳定平台的测试项目主要包括如下几项。

　　(1)AD转换测试。每套稳定平台上都有一个16位的AD，所以需要设计对应16位的DA，稳定平台的AD转换芯片由主控板控制。通过上位机发送给稳定平台，再通过总线读取AD转换值，再在上位机显示结果。

　　(2)DA转换测试。每套稳定平台上都有一个4通道16位的DAC，所以需要设计对应16位的AD，主控板控制稳定平台的DAC进行数据转换，上位机通过数据采集卡发送给DA，转换结果再输出给采集卡的AD通道，并在上位机上显示。

　　(3)轴角结算转换测试。每套稳定平台上都有一个轴角结算模块，转换器接收18位的数字角度输入值，经过轴角结算模块转化后，输出给上位机，查看角度值。轴角结算模块连接到旋转变压器的输出，将旋转变压器输出的模拟量角度信号转换为数字量。

　　1.2　主要器件设计说明

　　旋转变压器(ResolverTransformer)是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用的小型交流电动机，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由定子和转子组成。旋转变压器的工作原理和普通变压器类似，区别在于普通变压器的原边、副边绕组是固定的，所以输入、输出电压比是常数，而旋转变压器的输出电压随转子的角位移而发生变化，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或者保持一定的比例关系。

　　本系统中，使用18SXZ22AA-S16-L型转换器，轴角结算芯片直接和转换器连接，转换器需要+15V、-15V和+5V共三组电压，输入为18位数字角度，输出为粗精角度值。模块的结构如图1所示。

　　模块说明如下。

　　(1)“+15V”“-15V”为电源输入引脚。

　　(2)“GND”为电源与数字量的公共地。

　　(3)“CRH”“CRL”为粗通道参考信号的输入端，“FRH”“FRL”为精通道参考信号的输入端，粗、精通道共用同一参考时，可将CRH和FRH、FRL和CRL短接，“RH”为高端，“RL”为低端。

　　(4)“CS1”“CS2”“CS3”“CS4”为粗通道轴角信号的输出端，“FS1”“FS2”“FS3”“FS4”为精通道轴角信号的输出端，两者的速比为1:16。

　　(5)“1”～“16”为数字全角量输入端。“1”为最高位，其权值为180°，“2”为次高位，其权值为90°，“16”为最低位，其权值为0.00549°。

　　(6)“ENM”为转换器的数字选通控制端，当“ENM”为逻辑“高”电平时，转换器的粗通道输出将跟随数字输入量变化，精通道输出与粗通道输出呈16:1的速比关系;当“ENM”端为逻辑“低”电平时，转换器的输出将被锁存为下降沿时刻的输入数据，并保持不变，直至“ENM”端再次被置为“高”电平[1]。

　　2　检测系统功能描述

　　上位机采用嵌入式主控板，通过设计相应的底板以及采集卡，配以自行设计的箱体组成一个测试用计算机平台。通过串行接口和稳定平台以及主控板进行通信，可以读取AD转换值，也可以设置DA转换的数据，可以保存总线数据，还可以发送旋变信号并回采比较。计算机可以自由设置并选择需要测试的板卡。需要测试的功能如下。

　　(1)对稳定平台上的AD进行测试，稳定平台包含AD7656芯片，16位的250kSPS的6通道AD转换芯片，箱体中的数据采集卡可以输出6路对应的模拟信号给稳定平台，稳定平台上的AD转换芯片由主控板上的ARM进行控制AD转换，转换后的结果保存到ARM内，再发送给上位机。采集速度不大于2Kbps[2]。

　　(2)对稳定平台上的DA功能的测试同上，由上位机设置电压值通过控制稳定平台上的DA输出3路模拟量，外加1路驱动板DA输出，然后通过数据采集卡读取后进行比较。

　　(3)对于旋转变压器功能的测试，是由PC机发送数字角度值给18SXZ22AA-S16-L型转换器，转换器将数字角度值转换成模拟角度信号输出到稳定平台的轴角结算模块，稳定平台的轴角结算模块转换出数字量的角度值后，再由ARM回读给PCI数据采集卡进行比较。

　　五块稳定平台是轮流进行测试的，在某一时刻只对其中一块稳定平台进行测试，测试完一块板卡后继续测试下一块板卡，这是通过多路模拟开关实现切换的。采用多路模拟开关，就可以使主控板依次轮流测试各个稳定平台。

　　3　实际应用验

　　证实现过程通过电脑串口接收测试板卡发送的各个IO板的实时状态，包括AD、DA、IO、轴角结算的运行状态，如果正常，对应的功能状态收到的结果为1，反之为0.1s一次更新率，波特率为115200，打包发送5套稳定平台的状态数据。

　　(1)DSP和FPGA发送控制指令，控制AD、DA、IO输入数据及采样值，比较返回值与输出值。

　　(2)DSP和FPGA发送旋变模拟角度数据到旋变模块，并控制模拟开关分别选通各IO板的激磁信号到旋变模块，促使旋变模块输出模拟角度值返回至DSP和FPGA，比较两个角度值。

　　4　结　语

　　检测系统采用新的检测思路和技术来完成该伺服控制电路的工作状态检测，这为整个光电设备的可靠运行提供了保证。通过ARM实现数据采样及处理功能，可为电路延时电路把关，通过与设计时间对比来检测器件是否有问题，甚至可以查出同一批次电路及器件的缺陷。工况检测功能的加入，更加完善的电路的检测，不仅调整方便，同时，节约了人力、物力、时间，降低了调试风险。

　　参考文献

　　[1]李红光,鱼云岐,宋亚民.最优控制在车载惯性平台稳定回路中的应用[J].应用光学,2007,28(3):251-256

　　[2]LIHong-guang,YUYun-qi,SONGYa-ming.Applicationofoptimalcontrolforstabilizationloopofvehicleintertialplatform[J].JournalofAppliedOptics,2007,28(3):251-256.