CN204089891U - 差分spi信号的以太网接口转换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种差分SPI信号的以太网接口转换装置。以太网接口转换装置耦接于计算机与收发装置之间，以太网接口转换装置包括：FPGA芯片，与FPGA芯片的第一接口连接的接收第一差分SPI信号的第一接口芯片，与FPGA芯片的第二接口连接的输出第二差分SPI信号的第二接口芯片，与FPGA芯片的第三接口连接的接收第三差分SPI信号的第三接口芯片，与FPGA芯片的第四接口连接的接收第四差分SPI信号的第四接口芯片，与FPGA芯片的电源接口连接的直流电源，与FPGA芯片的第五接口连接的单片机，与FPGA芯片的第六接口及单片机连接的以太网接口芯片，耦接于计算机与以太网接口芯片之间的以太网接口变压器。本实用新型能够解决无人机的地面测控站的网络传输中的障碍。
Description
技术领域
本实用新型涉及接口通信领域，特别是一种差分SPI信号的以太网接口转换装置。
背景技术
无人驾驶飞机(Unmanned Aerial Vehicle,简称UAV)又被称为空中机器人，是一种由无线电遥控操纵或自主程序控制、无人驾驶的一种可重复使用的航空器。它装有自动驾驶控制***、遥控与遥测***、自动导航***、自动着陆***等，通过这些***实现远距离控制飞行。
地面测控站是连接地面导航站和无人机自动驾驶仪的重要环节，在整个***中起着服务器的作用。无人机姿态等信息由自动驾驶仪通过无线电数据链路发送到地面的收发装置，再通过串口传送到地面测控站。地面测控站实时处理接收到的信息并进行显示。同时地面操纵人员通过收发装置向无人机上传遥控指令，引导无人机按照预定航路完成飞行任务。上传的指令不仅包括来自地面测控站的飞行开关量、注入数据和飞行指令等，而且包括来自地面导航站的航迹规划指令等。
目前无线电数据链路通常都具备视频传输能力，地面测控站必须用软件对无人机发回的视频进行处理，比如图像解码、目标的跟踪、图像拼接以及图像去抖等，而这些软件通常运行在一台加固计算机上，这就需要把收发装置接收到的信号传输到加固计算机上。然而，加固笔记本只能接受以太网数据，因此，收发装置接收到的信号必须转换成以太网信号才能传输到加固计算机上，所以目前的无人机的地面测控站的网络传输存在障碍。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种差分SPI信号的以太网接口转换装置，能够解决无人机的地面测控站的网络传输中的障碍。
本实用新型采用的技术方案是提供一种差分SPI信号的以太网接口转换装置，所述以太网接口转换装置耦接于计算机与收发装置之间，所述以太网接口转换装置包括：现场可编程门阵列FPGA芯片，与所述FPGA芯片的第一接口连接的从所述收发装置接收第一差分串行外设接口SPI信号的第一接口芯片，与所述FPGA芯片的第二接口连接的向所述收发装置输出第二差分SPI信号的第二接口芯片，与所述FPGA芯片的第三接口连接的从所述收发装置接收第三差分SPI信号的第三接口芯片，与所述FPGA芯片的第四接口连接的从所述收发装置接收第四差分SPI信号的第四接口芯片，与所述FPGA芯片的电源接口连接的直流电源，与所述FPGA芯片的第五接口连接的进行协议配置的单片机，与所述FPGA芯片的第六接口及所述单片机连接的将SPI信号转换成以太网信号或将以太网信号转换成SPI信号的以太网接口芯片，耦接于所述计算机与所述以太网接口芯片之间的对以太网信号进行变压的以太网接口变压器。
优选地，所述直流电源的直流电压为5.5伏。
优选地，所述FPGA芯片内具有对以太网信号进行缓存的先入先出队列FIFO存储器，所述以太网接口芯片通过第六接口连接所述FPGA芯片中的FIFO存储器。
优选地，所述第一差分SPI信号为幅值相同、相位相反的时钟信号，所述第二差分SPI信号为幅值相同、相位相反的数据输出信号，所述第三差分SPI信号为幅值相同、相位相反的数据输入信号，所述第四差分SPI信号为幅值相同、相位相反的使能信号。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：通过FPGA芯片、单片机以及以太网接口芯片的相互配合，能够解决无人机的地面测控站的网络传输中的障碍，具备良好的抗干扰性能，而且传输速率较高，在复杂电磁环境可以保证数据可靠传输。
附图说明
图1是本实用新型实施例的差分SPI信号的以太网接口转换装置的硬件原理框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，是本实用新型实施例的差分SPI信号的以太网接口转换装置的硬件原理框图。本实施例的以太网接口转换装置耦接于计算机与收发装置之间。收发装置是地面测控站中的设备，用于从无线电数据链路接收差分SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)。计算机上运行有软件，这些软件用于执行图像解码、目标的跟踪、图像拼接以及图像去抖等操作。
以太网接口转换装置包括：FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片，与FPGA芯片的第一接口P1连接的从收发装置接收第一差分SPI信号的第一接口芯片，与FPGA芯片的第二接口P2连接的向收发装置输出第二差分SPI信号的第二接口芯片，与FPGA芯片的第三接口P3连接的从收发装置接收第三差分SPI信号的第三接口芯片，与FPGA芯片的第四接口P4连接的从收发装置接收第四差分SPI信号的第四接口芯片，与FPGA芯片的电源接口S连接的直流电源，与FPGA芯片的第五接口P5连接的进行协议配置的单片机，与FPGA芯片的第六接口P6及单片机连接的将SPI信号转换成以太网信号或将以太网信号转换成SPI信号的以太网接口芯片，耦接于计算机与以太网接口芯片之间的对以太网信号进行变压的以太网接口变压器。可选地，直流电源的直流电压为5.5伏。
在本实施例中，FPGA芯片内具有对以太网信号进行缓存的FIFO(FirstInput First Output，先入先出队列)存储器，以太网接口芯片通过第六接口P6连接FPGA芯片中的FIFO存储器。
收发装置接收或发送的差分SPI信号包括多种信号。具体地，第一差分SPI信号为幅值相同、相位相反的时钟信号，即MSCK+和MSCK-信号。第二差分SPI信号为幅值相同、相位相反的数据输出信号，即MOSI+和MOSI-信号。第三差分SPI信号为幅值相同、相位相反的数据输入信号，即MISO+和MISO-信号。第四差分SPI信号为幅值相同、相位相反的使能信号，即MSEN+和MSEN-信号。
本实施例的以太网接口转换装置在实际应用时，FPGA芯片主要用于接收差分SPI信号并将差分SPI信号合并为SPI信号以及向FIFO存储器发送接收到的SPI信号。单片机主要完成对以太网接口芯片进行协议配置，配置的协议主要有TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)，UPD(UserDatagram Protocol，用户数据报协议)等协议。此外，单片机还进行服务器的建立和监听以及连接断开后重新监听等工作。以太网接口芯片按照FIFO的传输方式从FIFO存储器读取SPI信号，并将SPI信号转换成以太网信号。然后单片机控制以太网接口芯片将以太网信号按照所配置的协议进行发送，以太网接口变压器将以太网接口芯片发送的以太网信号进行变压处理，以适合计算机接收。同样地，计算机发出的以太网信号经过以太网接口变压器变压处理后发送至以太网接口芯片，以太网接口芯片将以太网信号转换成SPI信号，FPGA将SPI信号以差分方式向收发装置输出差分SPI信号。
通过以太网接口芯片将SPI信号转换成以太网信号或将以太网信号转换成SPI信号，能够解决无人机的地面测控站的网络传输中的障碍，同时通过FPGA接收差分SPI信号，传输速率较高，经过验证，实际传输数据率能到10Mbps以上，并且采用差分SPI信号的传输方式，可以具备良好的抗干扰性能，在复杂电磁环境可以保证数据可靠传输。
本实施例的以太网接口转换装置可以对FPGA芯片的接口进行扩展，使得以太网接口转换装置可以最多支持7个收发装置同时对遥测数据进行接收处理。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种差分SPI信号的以太网接口转换装置，其特征在于，所述以太网接口转换装置耦接于计算机与收发装置之间，所述以太网接口转换装置包括：现场可编程门阵列FPGA芯片，与所述FPGA芯片的第一接口连接的从所述收发装置接收第一差分串行外设接口SPI信号的第一接口芯片，与所述FPGA芯片的第二接口连接的向所述收发装置输出第二差分SPI信号的第二接口芯片，与所述FPGA芯片的第三接口连接的从所述收发装置接收第三差分SPI信号的第三接口芯片，与所述FPGA芯片的第四接口连接的从所述收发装置接收第四差分SPI信号的第四接口芯片，与所述FPGA芯片的电源接口连接的直流电源，与所述FPGA芯片的第五接口连接的进行协议配置的单片机，与所述FPGA芯片的第六接口及所述单片机连接的将SPI信号转换成以太网信号或将以太网信号转换成SPI信号的以太网接口芯片，耦接于所述计算机与所述以太网接口芯片之间的对以太网信号进行变压的以太网接口变压器。
2.根据权利要求1所述的以太网接口转换装置，其特征在于，所述直流电源的直流电压为5.5伏。
3.根据权利要求1所述的以太网接口转换装置，其特征在于，所述FPGA芯片内具有对以太网信号进行缓存的先入先出队列FIFO存储器，所述以太网接口芯片通过第六接口连接所述FPGA芯片中的FIFO存储器。
4.根据权利要求1所述的以太网接口转换装置，其特征在于，所述第一差分SPI信号为幅值相同、相位相反的时钟信号，所述第二差分SPI信号为幅值相同、相位相反的数据输出信号，所述第三差分SPI信号为幅值相同、相位相反的数据输入信号，所述第四差分SPI信号为幅值相同、相位相反的使能信号。
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