摘　要：光電設(shè)備的穩(wěn)定平臺通常采用閉環(huán)控制鏈路來實現(xiàn)光電設(shè)備視場內(nèi)圖像的穩(wěn)定，目前沒有專用的多模塊檢測設(shè)備來判斷穩(wěn)像的多路平臺多個控制信號狀態(tài)是否正常，為了解決多信號狀態(tài)判斷問題，筆者設(shè)計并應(yīng)用了一種多路穩(wěn)定平臺檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要用來檢測穩(wěn)定平臺多信號的狀態(tài)，通過模擬相關(guān)信號調(diào)整鏈路來實現(xiàn)對穩(wěn)定平臺狀態(tài)的檢測，并在實際應(yīng)用中得到驗證。

　　關(guān)鍵詞：穩(wěn)定控制平臺;檢測系統(tǒng);AD;DA

　　1　概述

　　1.1　開發(fā)目標(biāo)

　　測試平臺主要是用來測試穩(wěn)定平臺的功能，現(xiàn)需要對5套穩(wěn)定平臺進行輪流測試。

　　穩(wěn)定平臺的測試項目主要包括如下幾項。

　　(1)AD轉(zhuǎn)換測試。每套穩(wěn)定平臺上都有一個16位的AD，所以需要設(shè)計對應(yīng)16位的DA，穩(wěn)定平臺的AD轉(zhuǎn)換芯片由主控板控制。通過上位機發(fā)送給穩(wěn)定平臺，再通過總線讀取AD轉(zhuǎn)換值，再在上位機顯示結(jié)果。

　　(2)DA轉(zhuǎn)換測試。每套穩(wěn)定平臺上都有一個4通道16位的DAC，所以需要設(shè)計對應(yīng)16位的AD，主控板控制穩(wěn)定平臺的DAC進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，上位機通過數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送給DA，轉(zhuǎn)換結(jié)果再輸出給采集卡的AD通道，并在上位機上顯示。

　　(3)軸角結(jié)算轉(zhuǎn)換測試。每套穩(wěn)定平臺上都有一個軸角結(jié)算模塊，轉(zhuǎn)換器接收18位的數(shù)字角度輸入值，經(jīng)過軸角結(jié)算模塊轉(zhuǎn)化后，輸出給上位機，查看角度值。軸角結(jié)算模塊連接到旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出，將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的模擬量角度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

　　1.2　主要器件設(shè)計說明

　　旋轉(zhuǎn)變壓器(ResolverTransformer)是一種電磁式傳感器，又稱同步分解器。它是一種測量角度用的小型交流電動機，用來測量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度，由定子和轉(zhuǎn)子組成。旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理和普通變壓器類似，區(qū)別在于普通變壓器的原邊、副邊繞組是固定的，所以輸入、輸出電壓比是常數(shù)，而旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出電壓隨轉(zhuǎn)子的角位移而發(fā)生變化，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或者保持一定的比例關(guān)系。

　　本系統(tǒng)中，使用18SXZ22AA-S16-L型轉(zhuǎn)換器，軸角結(jié)算芯片直接和轉(zhuǎn)換器連接，轉(zhuǎn)換器需要+15V、-15V和+5V共三組電壓，輸入為18位數(shù)字角度，輸出為粗精角度值。模塊的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　模塊說明如下。

　　(1)“+15V”“-15V”為電源輸入引腳。

　　(2)“GND”為電源與數(shù)字量的公共地。

　　(3)“CRH”“CRL”為粗通道參考信號的輸入端，“FRH”“FRL”為精通道參考信號的輸入端，粗、精通道共用同一參考時，可將CRH和FRH、FRL和CRL短接，“RH”為高端，“RL”為低端。

　　(4)“CS1”“CS2”“CS3”“CS4”為粗通道軸角信號的輸出端，“FS1”“FS2”“FS3”“FS4”為精通道軸角信號的輸出端，兩者的速比為1:16。

　　(5)“1”～“16”為數(shù)字全角量輸入端。“1”為最高位，其權(quán)值為180°，“2”為次高位，其權(quán)值為90°，“16”為最低位，其權(quán)值為0.00549°。

　　(6)“ENM”為轉(zhuǎn)換器的數(shù)字選通控制端，當(dāng)“ENM”為邏輯“高”電平時，轉(zhuǎn)換器的粗通道輸出將跟隨數(shù)字輸入量變化，精通道輸出與粗通道輸出呈16:1的速比關(guān)系;當(dāng)“ENM”端為邏輯“低”電平時，轉(zhuǎn)換器的輸出將被鎖存為下降沿時刻的輸入數(shù)據(jù)，并保持不變，直至“ENM”端再次被置為“高”電平[1]。

　　2　檢測系統(tǒng)功能描述

　　上位機采用嵌入式主控板，通過設(shè)計相應(yīng)的底板以及采集卡，配以自行設(shè)計的箱體組成一個測試用計算機平臺。通過串行接口和穩(wěn)定平臺以及主控板進行通信，可以讀取AD轉(zhuǎn)換值，也可以設(shè)置DA轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，可以保存總線數(shù)據(jù)，還可以發(fā)送旋變信號并回采比較。計算機可以自由設(shè)置并選擇需要測試的板卡。需要測試的功能如下。

　　(1)對穩(wěn)定平臺上的AD進行測試，穩(wěn)定平臺包含AD7656芯片，16位的250kSPS的6通道AD轉(zhuǎn)換芯片，箱體中的數(shù)據(jù)采集卡可以輸出6路對應(yīng)的模擬信號給穩(wěn)定平臺，穩(wěn)定平臺上的AD轉(zhuǎn)換芯片由主控板上的ARM進行控制AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的結(jié)果保存到ARM內(nèi)，再發(fā)送給上位機。采集速度不大于2Kbps[2]。

　　(2)對穩(wěn)定平臺上的DA功能的測試同上，由上位機設(shè)置電壓值通過控制穩(wěn)定平臺上的DA輸出3路模擬量，外加1路驅(qū)動板DA輸出，然后通過數(shù)據(jù)采集卡讀取后進行比較。

　　(3)對于旋轉(zhuǎn)變壓器功能的測試，是由PC機發(fā)送數(shù)字角度值給18SXZ22AA-S16-L型轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器將數(shù)字角度值轉(zhuǎn)換成模擬角度信號輸出到穩(wěn)定平臺的軸角結(jié)算模塊，穩(wěn)定平臺的軸角結(jié)算模塊轉(zhuǎn)換出數(shù)字量的角度值后，再由ARM回讀給PCI數(shù)據(jù)采集卡進行比較。

　　五塊穩(wěn)定平臺是輪流進行測試的，在某一時刻只對其中一塊穩(wěn)定平臺進行測試，測試完一塊板卡后繼續(xù)測試下一塊板卡，這是通過多路模擬開關(guān)實現(xiàn)切換的。采用多路模擬開關(guān)，就可以使主控板依次輪流測試各個穩(wěn)定平臺。

　　3　實際應(yīng)用驗

　　證實現(xiàn)過程通過電腦串口接收測試板卡發(fā)送的各個IO板的實時狀態(tài)，包括AD、DA、IO、軸角結(jié)算的運行狀態(tài)，如果正常，對應(yīng)的功能狀態(tài)收到的結(jié)果為1，反之為0.1s一次更新率，波特率為115200，打包發(fā)送5套穩(wěn)定平臺的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

　　(1)DSP和FPGA發(fā)送控制指令，控制AD、DA、IO輸入數(shù)據(jù)及采樣值，比較返回值與輸出值。

　　(2)DSP和FPGA發(fā)送旋變模擬角度數(shù)據(jù)到旋變模塊，并控制模擬開關(guān)分別選通各IO板的激磁信號到旋變模塊，促使旋變模塊輸出模擬角度值返回至DSP和FPGA，比較兩個角度值。

　　4　結(jié)　語

　　檢測系統(tǒng)采用新的檢測思路和技術(shù)來完成該伺服控制電路的工作狀態(tài)檢測，這為整個光電設(shè)備的可靠運行提供了保證。通過ARM實現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣及處理功能，可為電路延時電路把關(guān)，通過與設(shè)計時間對比來檢測器件是否有問題，甚至可以查出同一批次電路及器件的缺陷。工況檢測功能的加入，更加完善的電路的檢測，不僅調(diào)整方便，同時，節(jié)約了人力、物力、時間，降低了調(diào)試風(fēng)險。

　　參考文獻

　　[1]李紅光,魚云岐,宋亞民.最優(yōu)控制在車載慣性平臺穩(wěn)定回路中的應(yīng)用[J].應(yīng)用光學(xué),2007,28(3):251-256

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

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