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结构健康监测中的数据采集处理系统硬件设计

张志军  
【摘要】:结构健康监测技术可以提供对飞机的在线监测,能够提前发现飞机中的疲劳结构,从而在合适的时间对疲劳结构进行保养或更换,这一方面能够延长飞机的寿命,提升飞机的整体性能,另一方面能够减少不必要的定期检修。这将极大地降低飞机的维护成本。 数据采集处理系统平台是结构健康监测体系中的重要组成部分。本系统按照物理区域采集飞机上的传感器数据,并根据数据特点对不同的数据采用相应的算法进行处理,并将运算得到的结果经统一的接口发送给上层系统,创造性地解决了飞机传感电路凌乱,上层系统负担过重的问题。 本文提出了一种以TI公司TMS320C6416 DSP为主处理器的数据采集处理系统硬件设计方案;系统以FPGA为协处理器,负责控制AD芯片并行采集,并作为系统内各模块间数据交互的桥梁;根据系统需求选用了合适的AD芯片并为其设计了运放驱动电路;系统采用CPCI接口与结构健康监测体系中的其他子系统进行数据交互。 本文首先介绍了系统的整体设计,包括主控制系统、接口通信系统和数据采集处理系统;然后针对数据采集处理系统各功能模块的设计需求为其选择了合适的芯片,并介绍了重要芯片的特性及原理;在此基础上为每个模块设计了关键的具体电路,对于需要进行软件配置的模块给出了配置方法;最后,经过调试和验证,优化了系统的硬件设计。最终测试结果表明,系统设计正确,运行良好,能够满足结构健康监测体系的要求。


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