基于FPGA的发射检测单元及其实现方法技术

本发明专利技术提供了一种基于FPGA的发射检测单元及其实现方法，包括：AD采集控制模块、串口通信模块、温度采集模块、传输控制模块，其中，利用FPGA的逻辑程序实现对所述AD采集控制模块、串口通信模块、温度采集模块、传输控制模块的控制。在每个周期时间内，同步信号触发AD采集控制模块开始工作，将输入AD的模拟信号转换为数字信号。当AD转换完需要采集的最后一个数据点之后，传输控制模块将存储在RAM中的波形数据顺序读取出来，再按照串口通讯协议规定的数据格式将检测数据通过串口发送给上位机，由上位机的显控界面直接实时显示出来。本发明专利技术信息处理实时高效、多通道采集、系统结构简单、存储资源耗费少、传输距离长以及抗噪声干扰性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发射机功放通道检测领域，具体地，涉及基于FPGA的发射检测单元及其实现方法。
技术介绍
发射机是系统的重要组成部分，为系统提供大功率发射信号，它的稳定性对整个系统至关重要。而发射设备一般结构较复杂且拆装起来比较困难，检测维修都不太方便，因此需要对发射分机各单元或模块的重要输出信号进行实时在线检测。这就要求发射机检测电路能及时检测发射机异常并实时上报，以便维护人员判断异常来源，及时处理，防止发射机在不正常状态下工作，损坏发射机及其他分系统。以往的发射机检测电路一直使用单片机完成信息处理和信息的串口传输。单片机虽然具有强大的信息处理、逻辑分析、决策判断能力，但单片机存在不可克服的缺点和弱点：低速--单片机靠执行指令来完成各种功能，不论多高的工作时钟频率或多好的指令时序，其排队式串行指令执行方式使工作速度和效率大打折扣。在高速实时仿真、高速数据采集等方面显得力不从心；复位工作方式--单片机工作之初，需花一段时间经历复位过程。工作时，在某种干扰性突变情况下，也会复位，复杂的复位过程很可能就是工作不可靠的根源；程序跑飞--偶然因素，会引起程序跑飞，虽然有“看门狗”或其他抗干扰措施，但在极复杂情况下，单片机的程序仍存在跑飞的可能，从而进入“死机”状态，影响发射机的可靠性。另外，在单片机系统中，单片机的芯片通过印制板与系统中由其他集成电路组成的逻辑电路相连，一旦改变设计，可能重新制版，延长开发周期。随着微电子技术飞速发展，集成电路规模越来越大，产生了复杂可编程逻辑器件CPLD和现场可编程门阵列FPGA。同以往的PAL和GAL器件相比，这些器件含有数量众多的可编程逻辑宏单元或逻辑块，规模大，组合能力强，设计成功能各异的逻辑电路，适合于时序、组合等逻辑电路。FPGA器件输入引脚的箝位电平和输出引脚的原始电平可预先设定，一开机立即就能达到预定电平，状态明确。各逻辑宏单元或逻辑块的输入信号仅需几纳秒至几十纳秒就反映到输出端。信号传输效率很高，适合高速采样等场合。可编程逻辑宏单元或逻辑块之间的相互连线在同一封装内，受外界干扰影响小，电磁兼容(EMC)性能好。然而，对设计者来说，FPGA器件最大的优点在于可现场编程。改变逻辑关系时.无需更改外部线路板，只需用图形语言程序或硬件描述语言程序来改变电路，生成下载编辑软件，通过下载电缆输入FPGA器件即可，非常方便，特别有利于新品试制，可以大大缩短开发周期。比较新技术带来的有利之处，本文提出一种基于FPGA的发射检测技术，它不仅能实时检测发射功放通道的工作状态、采集信号源输出波形和功放输出的包络信号，还能监测发射仓内的温度、电路板的工作姿态和电子舱底部电极的进水情况，并利用串口通讯将检测数据发送至上位机，提高了设备的检测维修性，为发射机的高效可靠安全运行保驾护航。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种基于FPGA的发射检测单元及其实现方法。根据本专利技术提供的基于FPGA的发射检测单元，包括：AD采集控制模块、串口通信模块、温度采集模块、传输控制模块，其中，利用FPGA的逻辑程序实现对所述AD采集控制模块、串口通信模块、温度采集模块、传输控制模块的控制；-所述AD采集控制模块用于采集功放通道包络信号、信号源波形、同步信号、整流模块的数字、接收和功放电源的正负电压、以及电子仓底部电极的正负电压值；-所述串口通信模块用于实现与电子罗盘、外部电路进行数据通信；-所述温度采集模块用于控制温度传感器的数据采集；-传输控制模块用于将AD采集控制模块采集到的模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号、温度传感器采集到的数据按照串口通讯协议规定的数据格式发送给上位机。优选地，所述AD采集控制模块包括七个AD采集器，其中：两个AD采集器用于采集整流模块的数字、接收和功放电源的正负电压，以及电子仓底部电极的正负电压值，这两个AD采集器中的每一个AD采集器支持四路输入，每一路输入在同步信号触发转换之后，采集60个数据点，并对这60个数据点对应的采样值进行比较，取最大值作为一个周期的采样结果存入FPGA的片内RAM中；其余五个AD采集器采集的信号包括：多路功放包络信号、信号源输出的波形、同步信号；每一个周期时间内，对每一路输入按顺序采集60个数据点，连同60个数据里面的最大值一起存入RAM中。优选地，所述串口通信模块包括两个串口芯片，其中一个串口芯片设置为半双工工作模式，通过底板接插件与具有RS485接口的电子罗盘进行数据通信；另一个串口芯片设置为全双工工作模式，并将串口协议定义为4线差分制，波特率38400bps，8位数据位，1个停止位，无奇偶校验；串口通信控制模块通过串口芯片及接插件与外部电路板之间搭建基于RS422接口的串口传输通道。优选地，所述温度采集模块为DS18B20，控制温度传感器的数据采集，利用单根数据线进行指令的输入及数据的输出。优选地，所述传输控制模块用于在每个周期时间内，同步信号触发AD采集控制模块开始工作，将输入AD的模拟信号转换为数字信号，当AD采集器采集完数据后，传输控制模块将存储在RAM中的波形数据顺序读取出来，再按照串口通讯协议规定的数据格式将发射仓温度、电子仓绝缘电极电压值、功放工作状态、整流模块的输出电压值、信号源电压值及波形包络数据、同步信号电压值及波形包络数据、功放通道电压值及波形包络数据通过串口发送给上位机。根据本专利技术提供的基于FPGA的发射检测单元的实现方法，包括如下步骤：信号采集步骤：AD转换器采集功放通道包络信号、信号源波形及同步信号；电压采集步骤：AD转换器采集功放板整流模块输出的电压、电子仓底部电极的绝缘电压值；功放通道状态和传感器数据采集步骤：采集功放通道工作状态和温度传感器的数据；数据上传步骤：利用串口传输芯片与外部电子罗盘进行数据通信，并通过串口将发射检测单元的采集数据发送给外部电路板，所述发射检测单元的采集数据包括：功放通道包络信号、信号源波形、同步信号、功放板整流模块输出的电压、电子仓底部电极的绝缘电压值、功放通道工作状态以及温度传感器的数据；硬件模块控制步骤：利用FPGA的逻辑程序实现AD采集控制模块、串口通信模块、温度采集模块以及传输控制模块的控制。优选地，所述信号采集步骤包括：将发射机功放通道输出的多路包络信号、信号源输出的波形，以及触发功放开始工作的同步信号经运算放大器进行隔离滤波后输出给AD采集器。优选地，所述电压采集步骤包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的发射检测单元，其特征在于，包括：AD采集控制模块、串口通信模块、温度采集模块、传输控制模块，其中，利用FPGA的逻辑程序实现对所述AD采集控制模块、串口通信模块、温度采集模块、传输控制模块的控制；‑所述AD采集控制模块用于采集功放通道包络信号、信号源波形、同步信号、整流模块的数字、接收和功放电源的正负电压、以及电子仓底部电极的正负电压值；‑所述串口通信模块用于实现与电子罗盘、外部电路进行数据通信；‑所述温度采集模块用于控制温度传感器的数据采集；‑传输控制模块用于将AD采集控制模块采集到的模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号、温度传感器采集到的数据按照串口通讯协议规定的数据格式发送给上位机。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的发射检测单元，其特征在于，包括：AD采集控制模块、串口
通信模块、温度采集模块、传输控制模块，其中，利用FPGA的逻辑程序实现对所述
AD采集控制模块、串口通信模块、温度采集模块、传输控制模块的控制；
-所述AD采集控制模块用于采集功放通道包络信号、信号源波形、同步信号、整
流模块的数字、接收和功放电源的正负电压、以及电子仓底部电极的正负电压值；
-所述串口通信模块用于实现与电子罗盘、外部电路进行数据通信；
-所述温度采集模块用于控制温度传感器的数据采集；
-传输控制模块用于将AD采集控制模块采集到的模拟信号转换为数字信号，并将所
述数字信号、温度传感器采集到的数据按照串口通讯协议规定的数据格式发送给上位
机。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的发射检测单元，其特征在于，所述AD采
集控制模块包括七个AD采集器，其中：
两个AD采集器用于采集整流模块的数字、接收和功放电源的正负电压，以及电子
仓底部电极的正负电压值，这两个AD采集器中的每一个AD采集器支持四路输入，每
一路输入在同步信号触发转换之后，采集60个数据点，并对这60个数据点对应的采样
值进行比较，取最大值作为一个周期的采样结果存入FPGA的片内RAM中；
其余五个AD采集器采集的信号包括：多路功放包络信号、信号源输出的波形、同
步信号；每一个周期时间内，对每一路输入按顺序采集60个数据点，连同60个数据里
面的最大值一起存入RAM中。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的发射检测单元，其特征在于，所述串口通
信模块包括两个串口芯片，其中一个串口芯片设置为半双工工作模式，通过底板接插件
与具有RS485接口的电子罗盘进行数据通信；另一个串口芯片设置为全双工工作模式，
并将串口协议定义为4线差分制，波特率38400bps，8位数据位，1个停止位，无奇偶
校验；串口通信控制模块通过串口芯片及接插件与外部电路板之间搭建基于RS422接口
的串口传输通道。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的发射检测单元，其特征在于，所述温度采
集模块为DS18B20，控制温度传感器的数据采集，利用单根数据线进行指令的输入及数
据的输出。
5.根据权利要求1所述的基于FPGA的发射检测单元，其特征在于，所述传输控
制模块用于在每个周期时间内，同步信号触发AD采集控制模块开始工作，将输入AD
的模拟信号转换为数字信号，当AD采集器采集完数据后，传输控制模块将存储在RAM
中的波形数据顺序读取出来，再按照串口通讯协议规定的数据格式将发射仓温度、电子
仓绝缘电极电压值、功放工作状态、整流模...

【专利技术属性】
技术研发人员：任娟，文明，董卫珍，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二六研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31