直升機自動測試中的數據采集及濾波模塊的研究

摘要：針對國內某型號直升機自動測試系統的實際應用需求，設計了基于TMS320F2812的可配置參數的實時數據采集及濾波模塊。模塊能夠對實時數據進行FIR濾波、FFT頻譜分析，實現CAN通訊。在介紹硬件系統的基礎上，研究了上述算法的實現，闡述了系統根據實測信號自動調用相關濾波算法的方法，并結合實際應用進行了系統分析。結果表明，該模塊滿足測試系統的要求，具有良好的實用性。
關鍵詞：自動測試系統；FIR濾波；FFT算法；CAN通訊

0 引言
現代西方許多國家都投入了大量的人力和經費，研究制造武器裝備的自動化測試系統，以提高武器裝備的質量與可行性，加強作戰的總體實力，適應現代戰爭需要。本課題研究來源于項目“某型號直升機自動測試系統的研發”。系統包括若干模塊，如電源管理模塊、液壓系統模塊、轉速測量模塊等。在測試過程中，常需要采集該型號直升機各個設備在給定激勵信號情況下的響應，如電流、電壓、溫度、壓力等信號。能否實現對這些信號精確的采集、恰當的數字濾波、實時的分析處理，對整個自動測量系統的分析診斷功能有很大的影響。
本文采用TI公司的TMS320F2812芯片作為控制器，應用片內ADC模塊進行數據采集，并與上位機和自動測試系統內其他模塊實現CAN總線通訊。整個系統能夠完成對直流信號、頻率范圍在100 kHz之內的周期信號的精確采樣，能夠準確分析出信號的特征值。由這些特征值可以確定被測對象是否具有規范中的規定的功能和性能。

1 信號采集分析系統的硬件設計
該信號采集分析系統的總體硬件結構如圖1所示。

TMS320F2812芯片適用需大批量數據處理的測控場合，如數據采集、工業自動化控制。系統硬件設計以該芯片為核心，利用可編程增益放大器、可編程低通模擬濾波器等器件組成的信號調理電路對信號進行調理，以使模擬信號符合ADC模塊的工作范圍。經調理后的信號經F2812內置的12位A／D轉換模塊轉換為數字量，并利用DSP中斷來完成數據讀取。ADC采樣頻率由EVA事件管理器中的通用定時器設置和調整。整個硬件系統通過CAN總線與上位機通訊，實現對整個信號采集分析系統的控制，可以調整A／D采樣頻率的設置、調用不同的數字濾波算法、顯示波形參數等。
1．1 數據采集功能模塊介紹及A／D校準
該系統采用TMS320F2812芯片自帶ADC模塊。該ADC模塊為流水線結構，最高采樣速率可達12．5 MSPS，并可實現過采樣算法，而且控制A／D啟動的方式很多，方便使用。但是該ADC模塊存在固有偏置誤差和增益誤差(嚴重時轉換結果的誤差能達到280LSB，1LSB=3.0／4.95=0.73 2mV，280LSB相當于滿量程的7％)。
本系統在校準時選用ADC的2個通道A0，A1作為校準通道，分別輸入已知的直流參考電壓。采用TI公司的低噪聲、極低漂移、高精度電壓基準芯片REFS030，它能提供3．O V電壓，0．1％的精確度。然后通過運放生成兩路子電壓1 V和2 V，分別輸入A0，A1通道進行校準。如圖2所示。

TMS320F2812芯片為定點DSP，本系統在校準程序實現方面，使用了TI公司28X系列的IQmath庫，它收集了高度優化和準確的數學函數庫并精確地在28X芯片上將浮點轉換成固定點算法的運算代碼。得到增益校準系數CalGain和偏置校準系數CalOffset后，對其他轉換通道數據進行補償。