基于面向TTE的新型数据综合系统的设计与实现

针对传统总线无法实时网络传输,新型总线时间触发以太网(TTE)兼容IP协议和IEEE802.3协议,但TT业务和BE业务需设备满足TTE协议,实际工程缺少适用性的问题,设计了一种基于FPGA的时间触发以太网数据综合系统。该数据综合系统以FPGA作为核心控制器,千兆网作为主要通信接口,在满足高速率、高宽带、高灵活的前提下,设计出数据综合模块,将多种传统总线与TTE总线良好兼容。试验结果表明:系统在同步精度高达40 ns、通信抖动仅为392 ns的前提下,数据转换收发无误码现象。同时将多种数据混合编帧,具备极高的稳定性与灵活性,为TTE网络数据服务于实际工程提供了可靠的解决方案。

一种基于火工品技术的数据安全保护方法研究

数据存储器作为飞行器参数的重要记录设备,在推动远程精确打击武器的发展进程中有重要作用。由于远程武器的射程范围广,常常导致数据存储器无法快速有效地定位回收,若数据存储器被敌人获取,将会导致数据泄露,危害国家安全。基于以上研发背景,分析了各种数据销毁方式的优缺点,设计实现了一种基于火工品技术的芯片毁伤方法,用于保护数据存储器的记录数据。测试结果表明:毁伤模块能够在无解保指令下对被恶意拆除的目标芯片进行摧毁,且毁伤模块在待机情况下能够长时间工作超过120 h。满足系统的方案设计需求。

基于北斗RDSS的船用海上定位设备关键技术研究

针对海上船舶的定位问题,利用北斗短报文装置的位置报告功能,通过对定位、通信模块的关键技术研究和实验,设计出一整套北斗实时定位及通信系统,实现了对渔船位置的监测和对遇险渔船救援的指挥。北斗短报文设备采用了北斗二号的导航定位,双向短信发送和定时功能。有效地解决了通信距离远,通讯费用高等问题。该系统具有实时性强,通讯频率高,定位精度高,实用性强,传输功率大等优点。

一种面向航空发动机的多通道力学参数存储测试系统设计

航空发动机测试技术在航空工业中占据重要地位,而发动机的力学状态正常与否直接决定其工作可靠性。针对航空发动机试验中面临的全新要求,为实现对前端力学参数高速有效的采集分析处理,设计了一种基于FPGA的存储测试系统,该系统运用FPGA内部程序并行处理的特点,将AD采集的前端多达63通道力学传感器数据存入大容量NAND Flash芯片,结合千兆以太网的高速运行,将采集到的数据发送到上位机进行实时处理和进一步分析。现场试验表明,该系统能实时有效地监控发动机状态,数据存储准确可靠性高,确保稳定运行。

宽温度范围下多通道高精度模拟量输出板卡设计

针对无人机综合测试领域对复杂温度环境下模拟量信号输出的精度以及通道数量的需求,设计了一种宽温度范围下多通道高精度模拟量输出板卡。系统采用FPGA作为主控单元,使用分辨率为16位的D/A转换器AD5372,利用DS18B20温度传感器实时监测系统工作温度,进行模拟量输出的温度校准,最终实现在0~85℃条件下精准输出64路模拟量信号,输出范围在-10~10 V。为提高通用性和标准性,系统支持千兆以太网、LVDS、RS4223种数据通讯接口,并配备上位机软件实现人机交互。经实际工程验证,在0~85℃条件下输出的模拟量信号误差均在±0.5 mV以内,符合系统设计指标,为无人机测试领域产生多通道高质量的模拟量信号提供了成熟可靠的工程化解决方案。

基于FT601Q的超高速多模式智能存储系统

针对目前大多数存储系统数据传输速率慢,传输模式单一,存储操作过于依赖上位机的问题,设计了一种基于FT601Q的超高速多模式智能存储系统。系统采用FPGA主控芯片,RS422接口接收PCM数据码流,光耦指令解析模块进行智能数据存储操作,并实现断电续存功能,通过检测判读“FF”位置确定断电位置,保证意外断电时,原有数据不被覆盖,通过USB3.0接口或千兆以太网方式将数据高速传至上位机显示。测试结果表明:该系统传输速率能够达到370 Mbit/s,存储数据读取速度得到极大提高,且未发现数据丢失现象,满足存储系统传输速率快、可靠性高、智能存储设计需求。

基于FPGA和LoRa的燃烧室振动信号无线测试装置设计

燃烧不稳定性问题可引起大幅的机械振动,严重影响发动机正常工作。为满足新型试验需求,针对传统燃烧室测试装置灵活性不足、可靠性差等问题,设计了一种基于FPGA和LoRa的燃烧室振动信号无线测试装置,以FPGA作为主控单元,将前端高速AD采集的振动传感器数据存入Flash,通过LoRa技术并结合以太网的高速运行,在PC端进行远程操控和数据处理。试验表明:该装置可以实现至少500 m开阔距离内待测燃烧室振动信号的可靠测试,工作稳定,实时性强。

基于FPGA的智能在线升级存储系统设计

为解决工业测试领域中存储系统程序更新需频繁拆卸的问题且存在无上位机数据存储的特殊需求,提出基于FPGA的智能在线升级存储系统设计。系统以FPGA为主控,采用千兆以太网与FLASH组合方案,更新指令及配置文件通过千兆以太网下发到程序存储器,对SPI Flash进行分区擦除写入,从而实现FPGA程序的在线升级。同时,光耦指令解析模块使系统摆脱上位机依赖,能独立完成智能数据存储,此外,系统还集成自定义DR_UDP协议反馈可靠设计,优化了千兆以太网口的通信效率与稳定性。经功能验证分析,该系统运行稳定,灵活可靠,千兆以太网传输速率达700 Mb/s,且未发现数据丢失,可广泛应用于诸多不便拆卸的场景。

基于FPGA的智能多路绝缘测试平台国产化设计

针对当下工业生产领域愈来愈繁复的电缆网与系统阻值的测试需求以及国内绝缘测试技术发展不够充分的现状,基于型号为HWD2V1000国产FPGA,提出了智能多路绝缘测试平台的国产化设计。绝缘测试平台具有静态、导通、绝缘3种测试模式,分别采用开尔文测试法和二线法,该绝缘测试平台全自动化、智能化,测试效率相较传统测试方法显著提升;能够对可拓展的多通道(>200点)中的任意测点设置3种阻值测试模式,测试阻值范围能覆盖至0.01~100 MΩ,测试误差在10%以内;全国产化设计,不依赖国外器件或模块,技术完全自主可控。

基于北斗/GPS双模模块的高可靠定位系统设计

针对飞行器在飞行试验结束后部分重要结构的定位及可靠回收的问题,设计了一种基于北斗/GPS双模模块的高可靠定位系统。系统采用集成了GPS/RNSS(Radio navigation satellite system)模块和RDSS(Radio determination satellite system)模块的BDM910模块为核心的定位装置,通过双链路及四天线互为冗余来接收北斗导航卫星系统(Beidou navigation satellite system,BDS)频点和GPS频点导航电文,在捕获有效卫星导航信号的同时,实时解算自身位置信息,并将位置信息以北斗短报文形式实时发送给搜寻装置,最终确定飞行器的落点坐标。该系统解决了在复杂环境下,飞行试验中相关重要结构的定位回收问题。此定位系统有实时解析定位数据和定位装置通信信息的能力,数据解析率小于5 s,定位精度在10 m以内,通信成功率在95%以上,系统持续工作时间4 h以上,实现了高可靠定位。

一种基于FPGA的宽范围绝缘测试系统设计与研究

针对工业领域对绝缘测试越来越高的需求,提出了一种基于FPGA的宽范围绝缘测试系统,同时针对大电阻测试情况下工频干扰对测试精度的影响,提出了采用双T型陷波器的方法。首先,分析绝缘测试平台的测试原理,并给出系统整体设计框架,该绝缘测试平台分为上位机和下位机两部分,两者通过以太网进行通信;其次,分析电路原理,根据原理和测试需求提出相应的硬件设计,陷波器采用双T结构,电阻测试原理采用二线法;再次,根据电路和测试原理设计软件和通信协议;最后,对电路仿真并进行实物测试。测试结果表明,绝缘测试系统测试范围能覆盖至10Ω~10 MΩ,双T型陷波器能够滤除大电阻测试情况下的工频干扰,滤波后的测试误差均在10%以内。

基于STM32的可靠性锂电池充电系统的设计与实现

在应用锂电池的测试测量系统中,为了降低锂电池充电子系统对整体系统的影响因素,提高整体系统的可靠性,设计了一种以STM32为主控核心的锂电池充电系统。该系统以FD180A作为充电管理芯片;以BQ34Z100作为锂电池信息读取芯片;锂电池充电系统可以根据锂电池的参数不同进行充电电流和充电电压的配置,在配置完成后锂电池充电模块会自动监测输入电流,智能的对锂电池充电电流进行实时调整,以确保整体系统中其他负载可以正常工作,提高了系统的可靠性。实际测试结果显示,锂电池充电模块可以安全有效地完成对锂电池的充放电工作,已成功应用于实际项目中。

基于FPGA的多通道数据监测存储系统

针对飞行器试验数据种类繁杂、通道数多、速率差大、并发性高等特点以及缺少对机载设备运行情况实时监测等问题设计了基于FPGA的多通道数据监测存储系统。系统整体由主控板、电源板、1553B通信板、模拟量板以及双Flash存储卡构成,采用热备份的方法实现了高可靠性1553B总线监测信道的搭建;采用并行分时相结合的方法实现了对多通道模拟量、PCM码流、LVDS数据的混合编帧;采用三级异步FIFO缓冲结构实现了数据监测与回读逻辑;最后,通过可重传的千兆以太网通信逻辑实现与地面设备可靠的数据传输。经数次温循及振动测试,成功验证了该系统对于极端环境的适应性,有效解决了飞行器多通道数据监测存储的难题,在实际生产中具有一定应用价值。

基于FPGA的分布式自组网监控系统

为解决视频监控场景分布距离远,节点数多实时性要求高等问题,设计了一种基于FPGA的分布式自组网监控系统。系统在硬件上由路由器板和接口板两部分组成,设计LVDS光电转换接口实现远距离高速传输,设计百兆、千兆以太网接口兼容多种网络监控设备及上位机终端。在软件上,通过对RIP路由协议的改进,实现了动态自组网设计可形成任意网络拓扑,通过对报文、路由表及路由更新规则的改进,提升了路由更新的收敛速度及网络冗余度,通过环路抑制和震荡处理机制进一步维护了路由网络的稳定性。经多次传输测试,该系统单路实时图像传输速率约为3.04 Mb/s,最大丢包率约为1.95%,达到实时视频传输要求,在实际生产中具有一定应用价值。

外系统等效器的国产化设计及测试

火箭、卫星等飞行器测试实验阶段需要外部系统等效器来模拟各种控制信号和测量参数。然而近几年国外实施技术封锁,为解决我国芯片领域面临着“卡脖子”的问题,创新性地提出了一种以国产FPGA为控制核心、国产电源芯片为供电核心、国产千兆以太网和国产四路收发有源光模块为传输核心的外系统等效器。经过在高、低温试验,振动试验以及电磁干扰试验的测试下,该系统实时性好、可靠性高,在光纤链路中的通信速度可达1.25Gbit/s,满足了项目要求,达到了国产化的目的,并已成功应用于某型号等效器测试系统中。

高可靠性高精度定位系统的国产化设计与实现

针对航空航天、国防军工领域内飞行器飞行实验中残骸和存储器的快速、准确、高效的定位回收问题,创新性地利用RNSS和RDSS相结合的卫星通信方式并利用包括国产单片机在内的国产器件,设计了一种高可靠高精度的全国产化实现落点定位的定位系统。经过多种复杂恶劣环境下的实验与应用,系统的定位精度最高可以优于5 m,北斗短报文的通信频度在2次/分,丢包率小于5%,大容量锂电池可以保证系统连续最长工作时间达4 h;满足对残骸和存储器的定位回收需求,具有体积小、高精度、高可靠性、实时性强等特点。目前已经在某项目中得到应用。

基于嵌入式PLC和Modbus通信协议的舱室自动排水系统

舱室排水系统是船舶的重要组成部分,随着通信技术与自动化技术的发展,舱室排水对自动化和智能化的要求也在不断提高。论文提出舱室排水系统的自动化设计思路,根据具体的控制要求,设计了基于嵌入式PLC和Mod-bus-RTU协议的舱室自动排水系统,结合Cortex-M3内核低功耗、低成本和高性价比的优势,再利用RS232/RS485搭配Mod-bus-RTU通讯协议组成网络,通过上位机监控整个系统,最终实现排水泵的快速启停控制,为船舶的安全行驶提供了保证。

基于空间的三维线圈磁场强度研究

针对通电线圈产生空间磁场的强度大小不确定,难以对此进行更好的磁通信等问题,论文采用Maxwell和Matlab软件仿真验证空间中不同位置的磁感应强度来进行更好的磁通信。磁通信的三维线圈是一种将电能转化为磁场能量进行无线电能传输的装置,由多个环形线圈组成,每个线圈都被称为一个“匝”,并且它们是相互嵌套的。在工作时,磁通信的三维线圈会通过交变电流在线圈中产生磁场,然后将这个磁场传输到接收器中,接收器通过感应产生的电压将磁场能量转化为电能,采用棱边单元法对发射线圈进行了求解分析,并得出了发射线圈磁场强度的分布情况。研究分析了线圈直径、线圈匝数和线圈匝间距等设计参数对磁场强度的影响,并提出了优化感应线圈的理论依据。

基于千兆以太网的高速可靠数据传输系统

针对当前大容量存储数据传输系统速度慢、可靠性低的现状,设计了一种自定义FR_UDP协议,采用千兆以太网接口实现了一种高速可靠数据传输系统。整个系统以FPGA为控制核心,通过采用UDP协议实现数据高速传输,在UDP协议数据部分设计了反馈可靠协议,确保数据高速可靠传输。千兆以太网物理层接口电路选择88E1111实现,高速数据缓存在DDR3中,在数据丢失时可重新发送。某遥测数据记录器试验结果表明,该系统读取速度可达600 Mbit/s左右,且经过多次实验分析验证,传输过程未发现数据丢失现象,具有很高的使用价值。

基于PDMS海绵介质的柔性光纤压力传感器制备及性能研究

为了提高柔性光纤压力传感器的灵敏度和稳定性,对压力传感器结构设计、结构参数及制作工艺进行了研究。设计并制作了基于海绵增敏结构下的不同厚度和不同固化温度的光纤压力传感器。对比了不同参数下传感器的性能得出了最佳的厚度和固化温度,最后利用光频域反射计(OFDR)测量了光纤应变变化。结果表明,在PDMS基底配比和固化时间恒定的情况下,厚度和固化温度均对柔性光纤压力传感器的灵敏度有影响,并验证了当施加压力的范围为0~276.2kPa,加压的步长为27.7kPa时,PDMS厚度3mm,固化温度80℃的传感器灵敏度最高,可达6.65με/kPa。同时,柔性压力传感器具有柔韧、轻薄、可测量复杂曲面等优点,为航天航海领域弧形物体表面压力测量提供了可靠的解决方案。