專利名稱：基于fpga的模件化狀態(tài)監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種狀態(tài)監(jiān)測裝置，尤其是涉及一種基于FPGA的模件化狀態(tài)監(jiān) 測裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA容量和密度的不斷提高，原有的分立元件實現(xiàn) 的系統(tǒng)可以在一片大容量的FPGA實現(xiàn)系統(tǒng)集成，以降低產(chǎn)品的成本，在速度和可靠性上 FPGA也有DSP和微處理器不可比擬的優(yōu)勢。在電力系統(tǒng)中電子裝置的硬件設(shè)計中，已經(jīng)開 始采用FPGA，并完成系統(tǒng)中的一些重要的工作，如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等。常見的數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)方案是采用微處理器，通過軟件實現(xiàn)采集控制，這種做法的 顯著缺點是由程序控制采樣及讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，無法充分發(fā)揮硬件系統(tǒng)的速度，限制了采樣 率的提高，當被測信號頻率較高時，無法實現(xiàn)高速采集。當需要同步采集的通道數(shù)量較多、 同時又需要慢變量信號時，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式更無法勝任；針對不同的用戶，對通道的數(shù) 量和種類各有差別，非模件化裝置由于通道的數(shù)量和種類不可更改，對特定的用戶要么顯 得數(shù)量不夠，要么就冗余的太多，從而浪費了資源。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有裝置中存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多可同步處理 84路高速通道信號的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。此發(fā)明提高了數(shù)據(jù)采集的速度、增加可處 理信號通道的數(shù)量和實現(xiàn)了大批量采集數(shù)據(jù)的快速上傳，同時在信號通道種類和數(shù)量的配 置上更加靈活，使得用一種裝置便能滿足不同的用戶的需求。本實用新型采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)上述發(fā)明目的包括安裝有CPU模件的主機箱、擴展機箱、人機接口，其特征在于，主機箱中還包 括高速模入模件、鍵相信號模件，其中，CPU模件、高速模入模件、鍵相信號模件通過數(shù)據(jù) 總線相連接。本發(fā)明具有的有益效果是高速的同步數(shù)據(jù)采集、較多信號通道和對PLC的支持，使得系統(tǒng)配置非常靈活，能 滿足大多數(shù)狀態(tài)監(jiān)測用戶需求，與那些需要多臺不同種類裝置組合而形成的系統(tǒng)相比具有 明顯的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢。

圖1是結(jié)構(gòu)配置示意圖圖2是CPU模件原理示意圖
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。[0012]本實用新型的由電源模件、CPU模件、各種功能專用模件和模件安裝底板組成，主 要有下幾部分主機箱安裝有CPU模件的機箱。安裝底板分為6槽和10槽兩種不同的類型，因 此主機箱可以選用上述安裝底板的任何一種，主機箱上主要使用的功能模件為“高速模擬 信號采集模件”、“鍵相信號處理模件”等，同是時主機箱還兼容MB60系例PLC模件。擴展機箱不安裝CPU模件的機箱(擴展機箱和MB系例模件是現(xiàn)有的PLC產(chǎn)品， 不是本發(fā)明的內(nèi)容，本發(fā)明具有對PLC產(chǎn)品兼容的能力)。同樣也可以選用6槽和10槽等 不同類型的安裝底板。擴展機箱只能用于擴展PLC系例模件，不能擴展“高速模擬信號采集 模件”、“鍵相信號處理模件”等需要高速數(shù)據(jù)處理的模件。人機接口 包括鼠標、鍵盤、顯示器，用于現(xiàn)地監(jiān)測和對裝置進行配置操作。其中擴展機箱安裝底板只支持CAN網(wǎng)接口，主機箱既支持CAN網(wǎng)接口還支持并行 數(shù)據(jù)控制總線接口，因而能快速地與高速數(shù)據(jù)處理模件進行數(shù)據(jù)交換，而擴展機箱無此種 功能。由于本裝置CPU模件具有以太網(wǎng)接口，可以把采集數(shù)據(jù)實時上傳給上位機，而上 位機也可以把操作命令下傳給現(xiàn)地狀態(tài)監(jiān)測裝置，因而用戶可有選擇地配置人機接口。CPU模件主要由FPGA組成，其控制邏輯部分承擔對信號通道數(shù)據(jù)采集的管理和控 制，RAM緩存器為雙端口 RAM用于暫存采集數(shù)據(jù)，定時間用于提供同步采樣脈沖，頻譜分析 由硬邏輯FFT模塊完成，F(xiàn)PGA內(nèi)嵌的PowerPC硬核承擔整個系統(tǒng)的管理和控制，包括數(shù)據(jù) 采集、以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、基于Mini⑶I的圖形界面、CAN數(shù)據(jù)交換等，通過人機接口(VGA、 鼠標、鍵盤)可設(shè)置和修改裝置配置參數(shù)等。軟件開發(fā)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)開發(fā)，在Linux操作系統(tǒng)上實現(xiàn)對Mini⑶I、 FLASH、I2C總線、CAN總線、以太網(wǎng)等的支持。在圖二中CPU模件通過數(shù)據(jù)總線、I2C總線和CAN總線與其它模件進行數(shù)據(jù)交換， CAN總線用于兼容PLC產(chǎn)品，數(shù)據(jù)總線用于與高速模入模件和鍵相信號模件交換監(jiān)測數(shù)據(jù)， I2C總線用于對這兩個模件進行配置，實現(xiàn)狀態(tài)點燈、開入、開出和自檢等功能。高速模入模件用于處理各種傳感器輸出信號，如低頻振動傳感器信號、電渦流傳 感器信號、水壓脈動傳感器信號等，高速模入模件將上述傳感器送來的信號進行調(diào)理并轉(zhuǎn) 化為AD可處理范圍，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后，通過數(shù)據(jù)總線把采集數(shù)據(jù)提交給CPU模件。高速模入模件的CPU不采用傳統(tǒng)單片機，而是用高速CPLD (ComplexProgrammable Logic Device)來實現(xiàn)，從而避免由傳統(tǒng)單片機響應(yīng)速度慢帶來的瓶頸，每塊高速采集模塊 可以采集12路信號，共分兩組，其中第1至第6通道為一組，第7至第12通道為另一組，這 兩組可接同一類傳感器信號也可接兩種不同類型傳感器信號。在主機箱上最多可配置7塊 高速模入模件，共84路采集通道。鍵相信號模件由高速CPLD進行管理和控制，具有以下幾個功能①鍵相信號處理對傳感器送來的鍵相信號進行調(diào)理，一路送AD進行采集，另一 路轉(zhuǎn)化成有效的數(shù)字脈沖，每塊鍵相信號模件可以處理4路鍵相信號；②8路開出；③8路開入。
權(quán)利要求1.基于FPGA的模件化狀態(tài)監(jiān)測裝置，包括安裝有CPU模件的主機箱、擴展機箱、人機接 口，其特征在于，主機箱中還包括高速模入模件、鍵相信號模件，其中，CPU模件、高速模入 模件、鍵相信號模件通過數(shù)據(jù)總線相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的模件化狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的主機 箱的安裝底板可以是6槽或者10槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA的模件化狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述高速模 入模件可以配置1 7個。
專利摘要本實用新型公開了一種基于FPGA的模件化狀態(tài)監(jiān)測裝置。本實用新型包括安裝有CPU模件的主機箱、擴展機箱、人機接口，其特征在于，主機箱中還包括高速模入模件、鍵相信號模件，其中，CPU模件、高速模入模件、鍵相信號模件通過數(shù)據(jù)總線相連接。本實用新型具有的有益效果是高速的同步數(shù)據(jù)采集、較多信號通道和對PLC的支持，使得系統(tǒng)配置非常靈活，能滿足大多數(shù)狀態(tài)監(jiān)測用戶需求，與那些需要多臺不同種類裝置組合而形成的系統(tǒng)相比具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢。
文檔編號G05B19/048GK201780478SQ20102002259
公開日2011年3月30日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者刁東海, 朱浩, 鄭慧娟 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院;南京南瑞集團公司