基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及轨道交通技术领域，尤其是涉及一种基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置，包括硬件外设资源、核心控制板和电源板，电源板用于为测试仪装置供电，硬件外设资源包括模拟量输出模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块；核心控制板包括CPU芯片、FPGA芯片和SDRAM存储器，CPU芯片和FPGA芯片共享SDRAM存储器，实现CPU芯片对SDRAM存储器中的数据读写，CPU芯片通过寄存器配置实现测试仪装置对FPGA芯片内各测试单元的控制以及测试参数的读取。该测试仪装置大大提高了装置响应速度，保证了被测装置发生故障时，返回的故障值与故障时间的准确性，便捷。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置
本专利技术涉及轨道交通
，尤其是涉及一种基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置。
技术介绍
国内轨道交通行业正在蓬勃发展，直流牵引保护系统也成为轨道交通的重要组成部分，直流牵引保护系统主要采用直流开关设备实施保护，根据功能状况的不同，直流电路分为整流器回路断路器及馈线回路断路器等两种类型。直流变送器及直流牵引保护装置等高附加值产品在地铁供电设备日益国产化的背景下，吸引了许多高校及设备厂家加大了对该类产品的研发投入。但是目前市面上无法找到合适的测试设备对直流牵引保护装置系统做全面的测试。现有的继电保护装置测试系统虽然已经实现了测试的自动化，并且在一定程度上提高了测试项目的全面性，但是在测试项目执行过程中都存在一定的局限性，测试响应时间较慢，测试动作值误差较大等。并且现有继电保护测试仪装置体积都比较大、笨重，不便于携带，更不利于现场狭小空间的使用。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置，模块化电路设计和结构设计紧凑、轻便、体积小，解决了现有测试仪体积大、笨重、不便携带等问题，通过CPU+FPGA芯片架构、模拟量输出模块、模拟量输入模块和网口通讯模块等器件共同作用，实现对直流继电保护装置功能测试设计，如基本电气量测试、过流/电压保护测试、di/dt电流上升率保护测试等。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置，包括硬件外设资源、核心控制板和电源板，所述电源板用于为测试仪装置供电，所述硬件外设资源和核心控制板通过双排排针连接，所述硬件外设资源包括模拟量输出模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块，所述模拟量输出模块用于将核心控制板下发出的数字信号转换为模拟信号，所述模拟量输入模块用于将采集到的模拟量转换为数字信号，再传输至核心控制板，所述开关量输入模块用于捕捉被测装置的动作信号，将采集的电平变化传输至核心控制板，所述开关量输出模块将核心控制板传输的动作信号转换为开关动作信号至外接端口输出；所述核心控制板包括CPU芯片、FPGA芯片和SDRAM存储器，所述CPU芯片和FPGA芯片共享SDRAM存储器，实现CPU芯片对SDRAM存储器中的数据读写，所述CPU芯片通过寄存器配置实现测试仪装置对FPGA芯片内各测试单元的控制以及测试参数的读取，所述核心控制板还设有网口通讯模块，所述网口通讯模块用于连接测试仪装置与PC端。进一步地，所述模拟量输出模块包括光耦隔离模块、数模转换模块、输出量调理模块，所述FPGA芯片发控制信号至光耦隔离模块，经光耦隔离模块滤出高频、电磁干扰信号传输至数模转换模块，所述数模转换模块中的DAC芯片将数字信号转化为模拟信号输出至输出量调理模块中，所述输出量调理模块将模拟信号转化为标准信号。进一步地，所述模拟量输入模块包括光耦隔离模块、模数转换模块、开关控制模块，所述模数转换模块包括可编程ADC芯片，所述FPGA芯片接收CPU芯片采集信息，所述FPGA芯片发控制信号至光耦隔离模块，经光耦隔离模块滤出高频、电磁等干扰信号传输至模数转换模块，所述模数转换模块中的ADC芯片接收到控制信号转化为数字信号后，再通过光耦隔离模块传输至FPGA芯片内。进一步地，所述开关控制模块包括开关芯片，所述CPU芯片通过控制开关芯片通断从而控制模拟量输入模块的开启和暂停。进一步地，所述开关量输入模块包括光电耦合模块和开关量采集模块，所述开关量采集模块负责感知被测装置动作信号，当有高低电平变化后，立即输出动作电平经光电耦合模块传输至核心控制板中，所述FPGA芯片接收到动作信号后，从而判断被测装置当前发生故障，立即将当前故障输出模拟量值以及动作时间回传至CPU芯片处理。进一步地，所述开关量输出模块包括继电器控制模块、开关量输出模块，所述CPU芯片控制继电器控制模块中继电器动作，由开关量输出模块输出开/合动作电平至外接端口。进一步地，所述硬件外设资源还包括设置于输出量调理模块后连接的小信号(±600mV)输出模块，所述小信号输出模块用于将电压模拟量信号(±10V)转化为小信号(±600mV)输出。进一步地，所述CPU芯片采用STM32F407系列，所述FPGA芯片采用CycloneIVE系列，所述SDRAM芯片采用16M存储芯片。进一步地，所述核心控制板还包括状态指示灯，所述状态指示灯与CPU芯片连接。进一步地，所述继电器控制模块主要由小型继电器组成，具有10A、300VDC直流高压切换能力。在本专利技术中，硬件外设资源模拟量输出模块，由光耦隔离器用于接收FPGA下发控制信号以及参数，其中光耦隔离器包括隔离芯片，隔离芯片采用4通道数字隔离器，经过隔离器滤出高频、电磁等干扰信号后传输至数模转换模块，将经隔离模块隔离后的数字信号转化为模拟信号，再传输至输出量调理模块，将DAC芯片输出的模拟量调理为标准类型信号例如±20mA、4-20mA；所述硬件外设资源模拟量输入模块，由光耦隔离器用于接收FPGA下发控制信号以及参数，经隔离后将信号传输至模数转换模块，ADC芯片接收到控制信号后启动工作，并将转换后的数字量值通过光耦隔离器回传至核心控制中，最后开关控制模块用于控制整个模块工作的起始；CPU芯片和FPGA芯片共享SDRAM存储器，SDRAM存储器由FPGA芯片控制，实现CPU芯片对SDRAM存储器中的数据读写，CPU芯片通过并行数据总线实现对FPGA芯片内各测试单元的控制以及测试参数的读取，其中FPGA芯片可当CPU芯片的片外NORRAM，CPU芯片可通过并行数据总线直接对FPGA芯片中的内存进行访问，同时核心控制板上的网口通讯模块支持TCP/IP，通过以太网接口将测试仪装置与PC端连接，同时也可接收PC端的指令，实现双向通讯。在专利技术中，DAC芯片和ADC芯片大大提高了装置响应速度，保证了被测装置发生故障时，返回故障值与故障时间的准确性。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术提供的基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置，结构设计紧凑、轻便、体积小，解决了现有测试仪体积大、笨重、不便携带等问题；2.本专利技术采用FPGA芯片、数模转换模块、模数转换模块等模块，丰富了装置输入/输出接口类型，例如在±20mA、4-20mA、±10V情况下测试，使得测试仪应用场所更加广泛；3.本专利技术提供采用模拟量输出模块、模拟量输入模块和网口通讯模块等器件共同作用，实现对直流继电保护装置功能测试设计，如基本电气量测试、过流/电压保护测试、di/dt电流上升率保护测试等。附图说明图1为本专利技术基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置的硬件结构图；图2为本专利技术基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置的典型结构应用图；图3为本专利技术基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置的FPGA功能逻辑寄存器示意图；图4为本专利技术基于FPGA的直流牵引本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置，其特征在于，包括硬件外设资源、核心控制板和电源板，所述电源板用于为测试仪装置供电，所述硬件外设资源和核心控制板通过双排排针连接，所述硬件外设资源包括模拟量输出模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块，所述模拟量输出模块用于将核心控制板下发出的数字信号转换为模拟信号，所述模拟量输入模块用于将采集到的模拟量转换为数字信号，再传输至核心控制板，所述开关量输入模块用于捕捉被测装置的动作信号，将采集的电平变化传输至核心控制板，所述开关量输出模块将核心控制板传输的动作信号转换为开关动作信号至外接端口输出；/n所述核心控制板包括CPU芯片、FPGA芯片和SDRAM存储器，所述CPU芯片和FPGA芯片共享SDRAM存储器，实现CPU芯片对SDRAM存储器中的数据读写，所述CPU芯片通过寄存器配置实现测试仪装置对FPGA芯片内各测试单元的控制以及测试参数的读取，所述核心控制板还设有网口通讯模块，所述网口通讯模块用于连接测试仪装置与PC端。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置，其特征在于，包括硬件外设资源、核心控制板和电源板，所述电源板用于为测试仪装置供电，所述硬件外设资源和核心控制板通过双排排针连接，所述硬件外设资源包括模拟量输出模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、开关量输出模块，所述模拟量输出模块用于将核心控制板下发出的数字信号转换为模拟信号，所述模拟量输入模块用于将采集到的模拟量转换为数字信号，再传输至核心控制板，所述开关量输入模块用于捕捉被测装置的动作信号，将采集的电平变化传输至核心控制板，所述开关量输出模块将核心控制板传输的动作信号转换为开关动作信号至外接端口输出；
所述核心控制板包括CPU芯片、FPGA芯片和SDRAM存储器，所述CPU芯片和FPGA芯片共享SDRAM存储器，实现CPU芯片对SDRAM存储器中的数据读写，所述CPU芯片通过寄存器配置实现测试仪装置对FPGA芯片内各测试单元的控制以及测试参数的读取，所述核心控制板还设有网口通讯模块，所述网口通讯模块用于连接测试仪装置与PC端。


2.根据权利要求1所述的基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置，其特征在于，所述模拟量输出模块包括光耦隔离模块、数模转换模块、输出量调理模块，所述FPGA芯片发控制信号至光耦隔离模块，经光耦隔离模块滤出高频、电磁干扰信号传输至数模转换模块，所述数模转换模块中的DAC芯片将数字信号转化为模拟信号输出至输出量调理模块中，所述输出量调理模块将模拟信号转化为标准信号。


3.根据权利要求1所述的基于FPGA的直流牵引保护测试仪装置，其特征在于，所述模拟量输入模块包括光耦隔离模块、模数转换模块、开关控制模块，所述模数转换模块包括可编程ADC芯片，所述FPGA芯片接收CPU芯片采集信息，所述FPGA芯片发控制信号至光耦隔离模块，经光耦隔离模块滤出高频、电磁等干扰信号传输至模数转换模块，所述模数转换模块中的ADC芯片接收到控制信号转化为数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昆，常宝波，周震，王攀，谢悦海，王晓娜，黄晶光，
申请(专利权)人：广州市扬新技术研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44