引言
基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统能够切实地提升温度采集能力和测试信号采集能力,也进一步强化了温度信息和测试信号的整合性,近年来,我国在航空航天事业的发展中,对于高温热流传感器信号采集系统的应用需求不断提升,全面提升高温热流传感器信号采集系统设计水平至关重要。
1.基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要功能
基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统可以有效地满足我国对飞行器起飞时底部气流和燃气回流参数的获取需求,同时也能够进一步监视飞行器的飞行状态和控制水平。近年来,我国在基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的研究上投入了大量的人力、物力和资金,有效地促进了技术水平的切实提升,以下对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要功能进行介绍:
第一,信息整合功能。基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统可以将飞行器底部气流和底部燃气回流的有效热流参数进行充分搜集,打破了传统高温热流传感器信号采集系统的信号采集框架,充分地强化了信息收集的全面性和信息收集的精准性。
第二,信息分析功能。基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统可以结合计算机的分析能力和系统整合能力,实现热流密度的有效监控和热流密度数据的实时导出,这一功能能够为我国相关人员监视飞行器飞行状态和飞行稳定性产生积极影响。
第三,数据储存能力。基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统可以有效地结合当前我国的5G、云计算等相关现代化信息技术,实现储存效率的有效提升和储存空间的充分拓展,不仅降低了高温热流传感器信号采集系统的运行压力,还进一步保证了信息的安全,有助于我国科研人员根据储存数据分析数据的演变规律,从而精准获知飞行器的飞行状态。
2.基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统设计内容
(1)系统设计
FPGA芯片比CPU更快,比GPU功耗更低、延时更短,且比ASIC(专用芯片)性价比更高、周期更短,因此在目前人工智能芯片领域备受青睐。基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统能实现飞行器的飞行状态、飞行测试信息采集和飞行器飞行时底部气流和底部燃气回流有效热流参数的整合。基于此,在系统设计过程中,需要通过相关设计模块和先进科技进一步体现信息搜集的全面性和整合性特征,以下对系统设计进行介绍:
基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统需要具备测试信号、调理温度、信号处理、控制部分、储存模块、通信模块和电源模块,要想切实地发挥其信息统计能力和信号收集能力,在系统设计过程中,必须保证各个模块信息的快速传输。热流传感器可以实现测试信号的全面收集,并在信号调理模块中进行模拟信号的导出,模拟信号将经由单片机传输到上位机,进一步实现数据的分析和整合,而温度信号则可通过芯片处理,实现从温度信号到数字信号的转换,再经由单片机到达FLASH。在系统设计过程中,要切实保证信号的传输能力和信号的互相转换能力,为了维护整个系统的稳定性,需要具备优良的供电系统,从而深度支持基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统能够有效地实现程序命令的完成。当前,在程序系统设计过程中,需要设定匹配的程序流程,程序流程包括单片机初始化、单片机等待接收命令状态、单片机接收响应命令、AD采集、读数、滤波擦除等相关内容。
(2)硬件设计
硬件设计是基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的重要设计模块,也是维护系统功能正常发挥和切实保障系统稳定性的重要模块,在硬件设计过程中,相关人员必须深入分析和掌握基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要应用方向和应用功能,有效地融合现代化科技,呈现优良的硬件环境,以下对硬件设计进行介绍:
立足于当前我国相关领域对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要应用需求,在系统硬件模块设计中,主要包括测试信号调理模块设计、温度信号处理模块设计以及实施监测与储存模块设计。就测试信号调理模块设计而言,需要切实分析传感器的测试信号传输形式,以此为基础,为其设置匹配的信号输出处理系统和处理流程,实现输出信号的有效放大和滤波处理,同时,在测试信号调理模块的设计过程中,在滤波电路中应采用max291滤波器,充分发挥其优良的应用性能,切实提升信号的可靠性和信号分析的精准性。在温度信号处理模块设计过程中,温度信号的接收主要由外接热电偶测得,输出后由芯片实现由温度信号到数据信号的转换。在此基础上,为了进一步保证转换效率和转换精度,必须在实际设计过程中添加热电偶断线检测电路及冷端补偿电路。实时监测与数据储存模块是硬件设计的重要内容,该设计内容能够实现在数据存入FLASH之前进行实施监测,并精准地导出分析数据。
(3)软件设计
热流测量能提供一些只靠温度测量是无法得到的、非常重要而且详尽的数据,当前热流传感器在各行各业研究中的应用越来越广,不仅在建筑、节能、防火、保温等领域广泛应用,还可在飞行器研究等高科技领域中发挥数据分析、数据处理优势。在系统软件设计过程中,需要有效地满足当前我国对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的应用需求,切实优化系统总流程,满足信息收集、信息分析和信息导出的具体要求。
系统总流程主要包括系统复位初始化判断、上级指令信号采集、FLASH擦除FLASH回读、实时监测、储存数据等功能模块,支持了基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统功能的发挥。除此之外,在软件设计过程中,还要进行数据采集、储存部分的软件设计,在该设计模块可以积极地结合当前云计算技术中的云储存技术,充分扩大基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的储存能力,全面加强储存数据的分类效果。另外,在软件设计过程中,还应该进行上位机软件的设计,上位机软件是一款通信界面软件,能有效地对采集的信息进行反馈和监视,有助于相关人员以基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统为基础,进一步实现飞行器飞行热流数据的整合和导出,并实时分析数据变化的规律,掌握飞行状态[1]。
(4)控制平台设计
要想进一步发挥基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的功能性和应用有效性,必须实现控制平台的有效设计,以下对其进行介绍:
在实际设计过程中,为了有效地满足应用需求,相关人员应该采用现代化的信息集成芯片,并切实保证该芯片在系统主功能控制过程中能够具备充足的逻辑资源和分析能力、整合能力,FPGA芯片具有较高的智能化优势。在控制平台设计过程中,控制功能主要包括采集热传感器的测试信号和温度信号,将温度信号和测试信号有机转换成数据信号,并实现数据的精细化整合,以及将整合后的数据经由USB单片机在上位机上进行合理显示,满足信息阅读需求和信息获取需求。控制平台的设计功能还应该包括数据的合理储存和数据的精准分类,以便后期对数据信息进行回读。在具体的设计过程中,控制平台设计模块可以实现测试信号数据、温度信号数据的有效整合,同时在主控FPGA系统内部的FIFO中实现FLASH读写控制,最终完成数据的输出[2]。另外,在控制平台设计过程中,工作模式控制模块还可以实现启动储存和数据读写的功能[3]。
3.结论
总而言之,当前我国正处于现代化建设的关键时期,航空航天领域对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的应用需求比以往任何时候都更为迫切,基于此,可以积极利用现代化的科学技术和科技发展观念,完成基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的系统设计、硬件设计、软件设计和控制平台设计,使该系统能够稳定发挥数据采集能力和状态监测能力。
摘要：近年来,我国全面提升了对科研工作的重视程度,基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统能够有效的适配于我国相关重要领域的科技环境。本文分析了基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的主要功能,并立足于当前我国的科技环境和科技水平,对基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统的设计进行了具体介绍。
关键词：FPGA,高温热流传感器信号采集系统,系统设计,硬件设计
参考文献
[1] 张翠平,方俊.高温大量程热流传感器结构及信号调理电路的设计[J].仪表技术与传感器,2019(07):15-18.
[2] 郑胜.高温薄膜热流传感器功能结构层制备工艺[D].大连理工大学,2018.
[3] 李娟.用于航空发动机热端部件表面热流测量的薄膜热流计研制[D].上海交通大学,2018.