高帧频数据通信应用论文（精品）.docx

高帧频数据通信应用论文1高帧频数据通信系统设计原理光电经纬仪在捕捉目的图像的同时，能够实时记录准确的测角信息，并通过事后目的图像的判读处理，得出目的准确的中轴偏移量，进而叠加计算出更为准确的测角值1。因而，图像信息、时间信息和角度信息是光电经纬仪记录的三大重要信息。安装有高速摄像机的某型号光电经纬仪工作参数：1高速摄像机拍摄帧频：1000Hz；2编码器：处理帧频1000Hz；3时统终端：最高处理帧频200Hz。由于时统终端的处理速度最高只能到达200Hz，要想给1000Hz的编码器数据加上时标，需对时间信息进行细分处理，产生对应1000H编码器数据的时间信息。编码器信息由编码器系统以1000Hz同步信号为基准，对角度进行检测，并以一定的编码格式将角度信息发送到数据通信系统。1000Hz的角度信息是在1000Hz同步信号后560s完全发送到数据通讯系统，因而数据通讯系统应该在1000Hz同步信号后560s接收编码器数据，并与1000Hz采样点的时间信息一同打包，构成同一时间点的角度时间测量数据包，供事后与图像信息一同组成完好的经纬仪测量数据。1.1细分时间信息时统终端最高处理速度为200Hz，不能知足1000Hz数据频频要求。设计时，要求时统终端提供1Hz的时间信息，并提供1Hz和1000Hz同步信号，数据通讯系统以1Hz和1000Hz同步信号为基准产生毫秒时间信息。1.2通信时序设计设计1Hz脉冲信号启动一个外部中断，并在这个中断中接收1Hz的时间信息，此时间信息是对应上一个1Hz的时间信息，因而需对对时间信息进行“+1秒处理。设计1000Hz脉冲信号启动另个一个外部中断，在中断中根据相对1Hz中断后产生1000Hz中断的个数，产生毫秒信息。1000Hz计数在1Hz中断中清为零，每1Hz中断间隔共产生1000个1000Hz中断。根据设计原理，要求系统响应完1Hz中断后，响应1Hz后的第一个1000Hz中断，这种响应中断先后顺序是保证产生正确毫秒值的关键。数据通讯系统的主控制器S3C2440，其24个外部中断可配置引起中断的信号形式为电平触发或沿触发，并可配置极性2，在外部中断寄存EXTINT中进行设置。时统终端提供的1Hz同步信号和1000Hz同步信号格式如图1所示。能够设置1Hz中断为下降沿产生中断，与S3C2440的外部中断0EINT0连接，1000Hz中断为上升沿产生中断，与S3C2440的外部中断6EINT6连接，两个中断相差1个脉冲宽度时间，如此设计保证了两个中断的时序安排。2软件实现软件设计分为两部分，一部分为初始化设计，其中包括配置GPIO端口、中断配置和启动中断。另一部分为中断处理程序，包括外部中断0和外部中断6。2.1程序初始化程序初始化主要完成中断设置并启动看门狗计数器功能。2.2中断“01Hz中断1Hz中断处理程序：在1Hz中断中接收时统时间信息，并进行加1秒处理和1000Hz中断计数器值置“0，软件流程图如图2所示。2.3中断“61000Hz中断在中断“6中主要完成产生时间的毫秒信息、接收编码器数据并收发经纬仪各分系统通信数据。2.3.1产生毫秒信息毫秒产生程序：在1000Hz中断中根据1Hz同步信号后的1000Hz中断的个数m_n1000产生毫秒信息，毫秒=1×m_n1000，软件流程如图3所示。2.3.2接收编码器数据并收/发其它各分系统数据编码器在1000Hz到来时采集角度数据，并发送给数据通讯系统，数据完全传送至据通讯系统是在1000Hz信号后的560s，因而数据通讯系统在1000Hz中断中，延时560s接收编码器数据，此时接收的数据为当前1000Hz的经纬仪角度数据。综上分析可知，在1000Hz中断中处理顺序为：产生时间毫秒延时560s接收编码器数据将时间信息和编码器数据编码打包以系统规定帧频发送数据低于或等于1000Hz且能整除1000。在此能否实现准确延时是接收正确编码器数据的关键。准确时延时由ARM处理器内置的Watchdog计数器产生4。具本方法为：设置看门狗工作在计数器方式下，在1000Hz中断开场时读取一次计数器值WTCNT，然后通过不断读取该计数器值，得到相对开场时刻的运行时间，在到达程序所要求的延迟时间时，接收编码器数据。看门狗的计数脉冲是由ARM处理器的PCLK时钟经两次可编程分频后得到3。对看门狗的操作，包括看门狗分频数和工作形式设定，由设定WTCON完成；对16位数据寄存器WTDAT编程完成设定看门狗超时值；在软件运行经过中，读取看门狗16位计数器WTCNT的当前计数值，计算两次读数之差可得到准确时间差。PCLK为ARM处理器外围器件时钟，由ARM时钟控制逻辑产4。它与主时钟FCLK的关系由时钟分频控制寄存器CLKDIVN位2:0设定。主时钟频率与输入频率关系。在程序初始化中设置好看门狗工作方式后，在1000Hz中断中实现相对1000Hz中断信号延时560s接收编码器数据。接收编码器数据程序流程图如图4。图4中之所以要先清接收编码器数据端口的接收缓存器，是保证读到的数据是当前1000Hz时刻的编码器数据。处理完成时间信息和编码器数据后，可根据时间信息的毫秒值，完成对外50Hz、100Hz、200Hz、500Hz、1000Hz的通讯。如100Hz通讯时，当毫秒值能被10整除时，即执行100Hz通讯程序。3设计结果利用时间细分和看门狗准确时延设计，可在经纬仪上实现时间信息和编码器数据高帧频的数据合成，进而实现设备角度和时间信息与高速摄像机图像信息的数据匹配，完成经纬仪测姿需求。目前在某型号经纬仪上装有一款最高记录帧频400Hz的高速摄像机，系统指标要求为编码器发送数据帧频1200Hz，编码器发送数据波形如图5。通信系统向其它系统发送的编码器、时间信息合成数据包最高帧频400Hz，其设计依即为本文所述原理。通信系统要求提供1Hz和400Hz的同步信号，1Hz下降沿产生中断“0，400Hz上升沿产生中断“6。系统的两个中断信号波形如图6。在1Hz中断接收时统时间信息，在400Hz中断中先清接收编码数据端口的接收缓存器，然后延时560m接收编码器数据。根据系统要求，发送编码器与时间信息合成数据包的400Hz通信数据波形如图7。此款数据通信系统通过实际应用证实时序设计合理，性能可靠，完全符合设计要求。如若要求发送1000Hz编码器和时统时间合成数据包，则在设计中要求提供1Hz和1000Hz同步信号，并且提高通信波特率以便在1ms内完成数据的接收和发送。4结论利用时间细分和看门狗准确时延设计，可在经纬仪上实现时间信息和编码器数据高帧频的数据合成，进而实现设备信息与高速摄像机图像信息的数据匹配，完成经纬仪测姿需求。经在多型号经纬仪上应用，此种设计定时精度高，实现简单，针对不同经纬仪，在软件上稍做改动即可适用。