專利名稱：基于fpga的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于信號檢測領(lǐng)域，具體涉及一種用于熱保護器批量檢測的專用系統(tǒng)，更具體涉及一種基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱保護器又稱溫度開關(guān)或溫度繼電器，是一種由雙金屬片制成的熱保護元件，廣泛應(yīng)用于電機、家用電器等多種發(fā)熱電器的保護回路中。分為觸點常閉和常開兩種。當(dāng)溫度升高至動作溫度值時，雙金屬片受熱產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而迅速動作，打開/閉合觸點，實現(xiàn)切斷/接通電路，從而起到熱保護作用。當(dāng)溫度降到復(fù)位溫度時，觸點自動閉合/斷開，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。熱保護器在到達動作溫度時若不能迅速動作，發(fā)生較長時間抖動，導(dǎo)致動作時間超過允許動作時間，這樣的產(chǎn)品稱為動作閃動(抖動)品。同樣，在復(fù)位時不能迅速復(fù)位,復(fù)位時發(fā)生較長時間抖動,導(dǎo)致復(fù)位時間超過允許復(fù)位時間,這樣的產(chǎn)品稱為復(fù)位閃動(抖動)品。熱保護器的生產(chǎn)廠家在熱保護器出廠時要進行檢測，檢測其溫度特性，動作與復(fù)位特性等，并進行分類。溫度特性包括動作溫度、復(fù)位溫度，動作與復(fù)位特性包括不動作、不復(fù)位、動作閃動、復(fù)位閃動、復(fù)位不同步。熱保護器的全國年總產(chǎn)量在10億只左右，每個熱保護器生產(chǎn)廠家日產(chǎn)量也在幾萬、幾十萬甚至上百萬。熱保護器的檢測方法一般為電路檢測方法。將批量熱保護器接入檢測電路，熱保護器固定于特制的夾具上置入烘箱，烘箱按照一定的溫度曲線進行升溫、降溫，在此過程中檢測熱保護器的開關(guān)狀態(tài)，并進行判斷。熱保護器的性能檢測主要采用手工測試法，其存在的最大問題是無法按照國家標準的要求檢測產(chǎn)品。再加上不同生產(chǎn)廠家，不同型號、規(guī)格的熱保護器，其特性往往有所不同，尤其是閃動的特性，這成為了熱保護器大批量檢測的瓶頸。研發(fā)能夠準確、可靠地檢測出閃動特性、復(fù)位不同步特性，并可設(shè)定檢測標準的檢測系統(tǒng)是非常有意義和市場前景的。
目前，一些國內(nèi)的熱保護器生產(chǎn)廠家引進或研發(fā)了一些自動化的批量檢測設(shè)備。這些檢測設(shè)備中的微控制器一般由單片機系統(tǒng)構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集部分通過擴展單片機總線或者增加單片機數(shù)量來實現(xiàn)，并配有上位機用于監(jiān)控、顯示、打印等。單片機負責(zé)控溫、檢測被測熱保護器的通斷狀態(tài)并讀取溫度值。這些檢測設(shè)備往往采用的是循環(huán)掃描的串行檢測方式，要求對全部產(chǎn)品掃描一遍的時間要小于一個觸點允許的抖動時間，否則就會產(chǎn)生漏檢，而對于不同的廠家，不同型號、規(guī)格的熱保護器，其允許的抖動時間不同。對于復(fù)位不同步的產(chǎn)品，其閃動時間可能只有IOus或者更小，一般的單片機系統(tǒng)基本上檢測不出來。這樣的檢測方法不易提高一次批量檢測的數(shù)量，且要求微控制器的處理速度足夠快、抗干擾能力強。這必然導(dǎo)致系統(tǒng)造價昂貴，可靠性降低。熱保護器批量檢測系統(tǒng)能否判定熱保護器的閃動特性、復(fù)位不同步特性的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)采集部分。不同型號、規(guī)格的熱保護器的允許抖動時間不同，對于復(fù)位不同步的產(chǎn)品，其閃動時間可能只有IOus或者更小?，F(xiàn)有的完全依靠微控制器速度的數(shù)據(jù)采集檢測方法很難準確、可靠地檢測出閃動產(chǎn)品和復(fù)位不同步產(chǎn)品，并且集成度低，價格昂貴。
實用新型內(nèi)容實用新型目的:針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本實用新型的目的是提供一種基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)，確保準確、可靠地檢測出熱保護器閃動特性、復(fù)位不同步特性。技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為一種基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)，包括高速光耦、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、微控制器和上位機，128路熱保護器的輸出端依次連接高速光耦、現(xiàn)場可編程門陣列、微控制器和上位機。進一步的，所述128路熱保護器置于烘箱中，通過高溫導(dǎo)線引出與高速光耦相連接。進一步的，所述高速光耦的型號為TLP2530。進一步的，所述現(xiàn)場可編程門陣列的型號為EP1C6Q240C8N。進一步的，所述現(xiàn)場可編程門陣列的輸出端以3根控制線、9根地址線和I根數(shù)據(jù)線的三總線形式與微控制器連接。進一步的，所述微控制器為單片機。進一步的，所述微控制器的輸出端通過485通信接口與上位機相連接。有益效果:1.FPGA的處理速度快。用FPGA實現(xiàn)批量熱保護器并行高頻采樣，記載、分析、存儲其閃動特性、復(fù)位不同步特性等瞬時信息，確保準確、可靠地采集到熱保護器閃動特性、復(fù)位不同步特性信息。 2.將高速數(shù)據(jù)采集、分析和信息儲存集成在一起的FPGA芯片極大地減少了分立器件的數(shù)量，提高了集成度、可靠性和抗干擾能力，減小了系統(tǒng)成本和體積，并縮短了設(shè)計周期，提高了設(shè)計效率，并可在線修改設(shè)計。3.由高速光耦和FPGA構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)既能滿足實時采集的要求，又實現(xiàn)了信號隔離，也可應(yīng)用在基于脈沖高壓的熱保護器檢測系統(tǒng)中。4.應(yīng)用本實用新型實現(xiàn)的檢測系統(tǒng)只需配置一片普通的微控制器，降低了對微控制器處理速度的要求，并且便于擴展，提高了一次批量檢測的數(shù)量。

圖1為現(xiàn)有熱保護器批量檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖3為FPGA中實現(xiàn)一路信號檢測的電路邏輯結(jié)構(gòu)框圖；圖4為FPGA外部輸入輸出邏輯不圖；圖5為FPGA內(nèi)部16路數(shù)據(jù)采集邏輯結(jié)構(gòu)圖；圖6為FPGA全局時鐘分頻為低頻時鐘和高頻時鐘邏輯結(jié)構(gòu)圖；圖7為FPGA內(nèi)部128路數(shù)據(jù)采集邏輯結(jié)構(gòu)圖；圖8為基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)各部分的連接示意圖。
具體實施方式
[0026]
以下結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍?，F(xiàn)有熱保護器批量檢測系統(tǒng)采用的是串行檢測方式，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本實用新型將現(xiàn)有熱保護器批量檢測系統(tǒng)改進為并行檢測方式，結(jié)構(gòu)如圖2所示。所改進的內(nèi)容是:在光耦隔離和微控制器之間增加了現(xiàn)場可編程門陣列FPGA實現(xiàn)信號并行檢測，用于信號隔離的光耦采用高速光耦。具體描述如下:本系統(tǒng)由128路熱保護器輸入、高速光耦、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA、微控制器、上位機組成。128路熱保護器置于烘箱中，通過高溫導(dǎo)線引出與高速光耦相連接。高速光耦輸出與FPGA相連接，起信號隔離作用，型號為TLP2530。FPGA為ALTERA公司Cyclone系列EP1C6Q240C8N型號，全局時鐘晶振為40M有源晶振。FPGA輸出以3根控制線、9根地址線、I根數(shù)據(jù)線的三總線形式與微控制器連接。微控制器由單片機系統(tǒng)構(gòu)成，微控制器輸出通過485通信接口與上位機相連接。針對熱保護器批量檢測系統(tǒng)，不但要檢測出熱保護器的溫度特性，而且要檢測出其閃動特性、復(fù)位不同步特性。采用傳統(tǒng)的檢測方案因基于串行工作機制的微控制器端口和處理速度有限，難以實現(xiàn)。本實用新型提出基于FPGA的批量熱保護器并行檢測系統(tǒng)，通過FPGA實時記錄熱保護器的閃動特性、復(fù)位不同步特性并存儲，最后再將所存儲的熱保護器閃動特性、復(fù)位不同步特性向微控制器傳送。本實用新型的原理是判定熱保護器的閃動特性、復(fù)位不同步特性需要高速數(shù)據(jù)采集，以實現(xiàn)全信息采集，并進行實時分析與信息存儲，而判定熱保護器的動作與復(fù)位不需要高速數(shù)據(jù)采集。本實用新型是在現(xiàn)有的熱保護器批量檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對其中數(shù)據(jù)采集部分的改進，能夠?qū)崿F(xiàn)熱保護器特性信息的高速并行采集、分析與信息存儲，從而實現(xiàn)對熱保護器的閃動特性、復(fù)位不同步特性的準確判定。應(yīng)用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA對128路熱保護器進行并行檢測，每一路的電路結(jié)構(gòu)是相同的。FPGA中實現(xiàn)一路信號檢測的電路邏輯結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。當(dāng)選擇開關(guān)與I接通時，信號輸出鎖存器中鎖存 輸入信號；當(dāng)選擇開關(guān)與2接通時，信號輸出鎖存器鎖存熱保護器閃動特性、復(fù)位不同步特性的測試結(jié)果。選擇開關(guān)、128路信號輸出鎖存器與FPGA中建立的總線相連接，包括3根控制線、9根地址線、I根數(shù)據(jù)線。FPGA中的總線再與微控制器相連接。 基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)的FPGA部分的設(shè)計描述如下:FPGA內(nèi)部電路邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4、圖5、圖6和圖7所不，各圖中FPGA外部輸入、輸出信號，內(nèi)部信號定義如表I所不。表I
權(quán)利要求1.一種基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括高速光耦、現(xiàn)場可編程門陣列、微控制器和上位機，128路熱保護器的輸出端依次連接高速光耦、現(xiàn)場可編程門陣列、微控制器和上位機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述128路熱保護器置于烘箱中，通過高溫導(dǎo)線引出與高速光耦相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述高速光耦的型號為TLP2530。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述現(xiàn)場可編程門陣列的型號為EP1C6Q240C8N。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述現(xiàn)場可編程門陣列的輸出端以3根控制線、9根地址線和I根數(shù)據(jù)線的三總線形式與微控制器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器為單片機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器的輸出端通過485通信接口與上位機相連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基于FPGA的128路熱保護器并行檢測系統(tǒng)，包括高速光耦、現(xiàn)場可編程門陣列、微控制器和上位機，128路熱保護器的輸出端依次連接高速光耦、現(xiàn)場可編程門陣列、微控制器和上位機。本實用新型確保準確、可靠地檢測出熱保護器閃動特性、復(fù)位不同步特性。
文檔編號G01R31/327GK203101590SQ20132005768
公開日2013年7月31日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者張 杰, 王宏華, 閆兆賓 申請人:河海大學(xué)