CN216052235U - 一种ipc智能垂直廓线数据处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种IPC智能垂直廓线数据处理装置，它包括主控制器、电源管理模块、接口采集模块和USB电路；所述主控制器与所述接口采集模块和USB电路相互连接；所述电源管理模块的输出端与所述主控制器、接口采集模块和USB电路的供电输入端连接；所述主控制器还连接搭载有多片DDR。本实用新型集成主流通信接口，实现多种设备数据通信及质量控制，同时具备在线固件升级能力；集成主流通信接口，实现多种设备数据通信及质量控制，同时具备在线固件升级能力；集成嵌入式计算机实现各设备观测产品的产品融合与数据管理。
Description
技术领域
本实用新型涉及数据处理装置，尤其涉及一种IPC智能垂直廓线数据处理装置。
背景技术
福建省是气象灾害多发省份之一，暴雨洪涝、热带气旋(台风)、海雾等是福建主要气象灾害。开展福建省地基遥感协同观测廓线示范网建设，将加强福建区域气象灾害的监测预报，特别是中小尺度灾害性天气的监测预报服务能力，加强海气交换的机理研究，以及服务于国家的战略安全十分必要。而加强地基遥感协同观测能力是提升此方面能力的重要基础手段。为此，福建省在地方项目投资积极开展大气垂直廓线探测能力建设，特别是依托福建省气象现代化项目和福建省气象现代化提升工程积极推进台站温度、湿度、风、水凝物、气溶胶等大气廓线探测***建设。截止2019年底，福建省已建设风廓线雷达19部(16部对流层、3 部边界层)、微波辐射计5部、毫米波云雷达3部、激光测风雷达2部(福州、建瓯)、***溶胶雷达2部，部分站点(建瓯站、平和站)已初步具备较为完整大气廓线综合探测能力 (包括云雷达、微波辐射计、风廓线雷达等新型地基遥感设备)。至2020底，已建及将要建设的廓线站达7个，按照福建省气象现代化提升工程建设安排，将继续开展各类大气廓线探测技术建设，预计至2022年底，福建将有超10个台站具备大气廓线综合探测能力。
海洋和大气相互作用及其对天气气候的影响是气象学和海洋学的基本理论问题，大气对海洋的影响是动力性质的，表现为海洋中的海流、海浪、风暴潮和海冰等现象，而海洋对大气的影响主要是热力性质的，表现为海上局地天气乃至大陆上的天气气候以及气候变迁，内容比较广泛。需要建立具有一定水平分布的智能垂直廓线集成控制***，实现对海-气对流层内热能、动能和水汽交换方面的探测能力。通过集成和融合提供高可靠、高精度、高质量的观测数据和丰富的服务产品，实现从单一要素廓线遥感探测到综合要素廓线遥感探测的转变，提高温、湿、风、水凝物的探测能力，获得高质量精细化的垂直观测数据。通过精细化垂直综合观测，为海陆大气交互和海洋气象精细化预报服务提供数据支撑，提高精细化预报水平；而现有的廓线数据处理装置难以达到该目的。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种IPC智能垂直廓线数据处理装置，集成了主流通信接口，实现多种设备数据通信及质量控制，解决了现有垂直廓线控制的数据处理集成度低的问题。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种IPC智能垂直廓线数据处理装置，它包括主控制器、电源管理模块、接口采集模块和USB电路；所述主控制器与所述接口采集模块和USB电路相互连接；所述电源管理模块的输出端与所述主控制器、接口采集模块和USB 电路的供电输入端连接；所述主控制器还连接搭载有多片DDR。
所述电源管理模块包括一级电源管理电路、二级电源管理电路和三级电源管理电路；所述一级电源管理电路为所述主控制器提供1V内核电源和10A电流，并与所述二级电源管理电路连接；所述二级电源管理电路与所述三级电源管理电路连接，为每路电源提供3A电流。
所述接口采集模块包括RJ以太网接口电路、SFP光纤接口电路、RS232接口电路和Flash 闪存芯片；所述Flash闪存芯片通过SPI接口与所述主控制器连接；所述RJ以太网接口电路通过RGMII数据总线与所述主控制器连接；所述SFP光纤接口电路通过SFP光纤接口与所述主控制器连接；所述RS232接口电路与所述主控制器连接。
所述RJ以太网接口电路包括PHY收发器芯片和编号为ICA1的以太网芯片，所述PHY收发器芯片与所述以太网芯片ICA1连接，所述以太网芯片ICA1与所述主控制器连接。
所述USB电路包括USB-UART电路和USB扩展电路；所述USB-UART电路和所述USB 扩展电路与所述主控制器连接。
所述USB-UART电路包括USB桥接芯片和USB数据线，所述USB桥接芯片与UART 桥通过接口连接，所述USB桥接芯片与所述USB数据线之间通过一电容U3进行隔离，所述 USB数据线与所述主控制器连接。
本实用新型具有以下优点：一种IPC智能垂直廓线数据处理装置，集成主流通信接口，实现多种设备数据通信及质量控制，同时具备在线固件升级能力；集成主流通信接口，实现多种设备数据通信及质量控制，同时具备在线固件升级能力；集成嵌入式计算机实现各设备观测产品的产品融合与数据管理。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为电源管理模块电路图；
图3为RJ以太网接口电路图；
图4为SFP光纤接口电路图；
图5为RS232接口电路图；
图6为USB-UART电路图；
图7为USB扩展电路图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1所示，一种IPC智能垂直廓线数据处理装置，它包括主控制器、电源管理模块、接口采集模块和USB电路；所述主控制器与所述接口采集模块和USB电路相互连接；所述电源管理模块的输出端与所述主控制器、接口采集模块和USB电路的供电输入端连接；所述主控制器还连接搭载4片DDR，单片内存大小为512MB，数据接口为16bit，两片DDR3组成32bit数据接口，内存大小为1GB，内存数据主频可达1066MHZ。为主控芯片的PL端及 PS端提供数据缓冲区。
进一步地，主控制器的型号为XC7Z035是XILINX公司Zynq-7000 SoC系列芯片，集成 ARM处理器的软件可编程性与FPGA的硬件可编程性，不仅可实现重要分析与硬件加速，同时还在单个器件上高度集成CPU、DSP、ASSP以及混合信号功能。该芯片处理器为双核 ARMCortex-A9架构，最大频率高达1GHz。该控制器运行时会产生大量热量，使用成品计算机CPU散热器为其散热。
如图2所示，所述电源管理模块包括一级电源管理电路、二级电源管理电路和三级电源管理电路；所述一级电源管理电路为所述主控制器提供1V内核电源和10A电流，并与所述二级电源管理电路连接；所述二级电源管理电路与所述三级电源管理电路连接，为每路电源提供3A电流。
使用TI公司电源模块TPS54020作为一级电源管理，为主控芯片提供1.0V内核电源，10A 电流。TPS82085作为二三级电源管理芯片，为每路电源提供3A电流。
所述接口采集模块包括RJ以太网接口电路、SFP光纤接口电路、RS232接口电路和Flash 闪存芯片；所述Flash闪存芯片通过SPI接口与所述主控制器连接；所述RJ以太网接口电路通过RGMII数据总线与所述主控制器连接；所述SFP光纤接口电路通过SFP光纤接口与所述主控制器连接；所述RS232接口电路与所述主控制器连接。
其中，Falsh选用SPI接口的S25FL256SAGNFI00闪存芯片，芯片存储空间256Mbit(32 Mbytes)，在该数据处理模块中管理主控制器的固件程序的作用，可以通过网络远程升级下载固件程序对数据处理模块进行程序升级。
如图3所示，所述RJ以太网接口电路包括PHY收发器芯片和以太网芯片ICA1，所述PHY收发器芯片与所述以太网芯片ICA1连接，所述以太网芯片ICA1与所述主控制器连接。
以Marvell公司的88E1518系列以太网PHY收发器芯片作为桥，支持10/100/1000Mbps 自适应，RGMII数据总线与FPGA相连，实现网络数据通信。
如图4和图5所示，使用FPGAGTX高速引脚直接与光纤接口连接单路最高传输速率达 10.3125Gbps；SP3232是+3.0V到+5.5V RS232收发器，本装置使用SP3232作为RS232电平转换，实现装置雷达数据接收及控制命令发送。
如图6所示，所述USB电路包括USB-UART电路和USB扩展电路；所述USB-UART 电路和所述USB扩展电路与所述主控制器连接。
所述USB-UART电路包括USB桥接芯片和USB数据线，所述USB桥接芯片与UART 桥通过接口连接，所述USB桥接芯片与所述USB数据线之间通过一电容U3进行隔离，所述 USB数据线与所述主控制器连接。
CP2104是一款经典的USB桥接芯片，CP2104 UART至UART桥提供完整的即插即用接口，主控芯片FPGA到UART数据传输集成USB收发器，无外部电阻，集成内部时钟及 1024Byte可编程ROM，支持USB2.0规范，支持全速12MBps传输速率。CP2104与MICRO USB数据线使用RCLAMP0522P超低电容电视阵列进行隔离。
如图7所示，选择TUSB1210 USB2.0收发器芯片，用于ULPI接口与USB控制器接口。该收发芯片支持所有USB2.0数据速率(高速480Mbps、全速12Mbps和低速1.5Mbps)，并兼容主机和***模式。
本实用新型通过SFP光纤、RS485/RS232或RJ45网络等接口采集微波辐射计、云雷达、风廓线雷达的数据，主控制器XC7Z035对数据进行格式解析、参数适配及质量控制，响应IPC 终端软件下发指令及参数，处理完成后的数据通过RJ45网口输出。
同时装置通过数字通信接口控制及获取相应设备的运行状态及监控信息。采用商用计算机散热器，主控制器XC7Z035根据内核温度情况控制散热器风扇起停运行。
主控芯片的PL端FPGA(可编程逻辑)通过SFP光纤、RS485/RS232或RJ45网络等接口采集微波辐射计、云雷达、风廓线雷达的数据，PL端进行数据解析，通过质控参数分别对微波辐射计、云雷达、风廓线雷达的数据进行一级质量控制，在PS端ARM(处理***) 分别生成基本产品及二级质量控制，二级质量控制后生成融合产品，数据均缓存在DDR中。产品再经过网络组包，通过RJ45网口或串口输出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种IPC智能垂直廓线数据处理装置，其特征在于：它包括主控制器、电源管理模块、接口采集模块和USB电路；所述主控制器与所述接口采集模块和USB电路相互连接；所述电源管理模块的输出端与所述主控制器、接口采集模块和USB电路的供电输入端连接；所述主控制器还连接搭载有多片DDR。
2.根据权利要求1所述的一种IPC智能垂直廓线数据处理装置，其特征在于：所述电源管理模块包括一级电源管理电路、二级电源管理电路和三级电源管理电路；所述一级电源管理电路为所述主控制器提供1V内核电源和10A电流，并与所述二级电源管理电路连接；所述二级电源管理电路与所述三级电源管理电路连接，为二级电源管理电路和三级电源管理电路提供3A电流输出。
3.根据权利要求1所述的一种IPC智能垂直廓线数据处理装置，其特征在于：所述接口采集模块包括RJ以太网接口电路、SFP光纤接口电路、RS232接口电路和Flash闪存芯片；所述Flash闪存芯片通过SPI接口与所述主控制器连接；所述RJ以太网接口电路通过RGMII数据总线与所述主控制器连接；所述SFP光纤接口电路通过SFP光纤接口与所述主控制器连接；所述RS232接口电路与所述主控制器连接。
4.根据权利要求3所述的一种IPC智能垂直廓线数据处理装置，其特征在于：所述RJ以太网接口电路包括PHY收发器芯片和编号为ICA1的以太网芯片，所述PHY收发器芯片与所述以太网芯片连接，所述以太网芯片与所述主控制器连接。
5.根据权利要求1所述的一种IPC智能垂直廓线数据处理装置，其特征在于：所述USB电路包括USB-UART电路和USB扩展电路；所述USB-UART电路和所述USB扩展电路与所述主控制器连接。
6.根据权利要求5所述的一种IPC智能垂直廓线数据处理装置，其特征在于：所述USB-UART电路包括USB桥接芯片和USB数据线，所述USB桥接芯片与UART桥通过接口连接，所述USB桥接芯片与所述USB数据线之间通过一电容U3进行隔离，所述USB数据线与所述主控制器连接。
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| CN116466368A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-07-21 | 成都远望科技有限责任公司 | 基于激光雷达和卫星资料的沙尘消光系数廓线估算方法 |
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