本发明专利技术提出了一种多路开关量信号跳变检测与精确计时系统，包括通过PCI接口或PC104Plus接口与计算机连接的至少一块多路开关量信号跳变检测与精确计时板卡，所述至少一块多路开关量信号跳变检测与精确计时板卡包括顺序连接的信号调理电路、信号隔离电路、信号采集模块、信号检测模块和PCI协议实现电路。本发明专利技术的多路开关量信号跳变检测与精确计时系统，可用于工业生产或科学研究中影响因素与异常因素分析，实现多路开关信号的并行采集与跳变检测功能，并且对检测到的跳变信息进行精确计时；具有多块板卡协同工作能力，用于超过单板32路开关信号检测的领域，计时精度可达0.025ms。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数据采集领域，具体涉及一种多路开关量信号跳变检测与精确计时系统。
技术介绍
在现代工业生产和科学研究过程中，常常需要检测在生产和研究过程中开关量信号变化，然后根据各个开关量信号变化关系(常常是时间关系)，判定生产过程或科学研究过程中影响因素、异常因素等信息。目前市面的一些数据采集卡可以实现基本的开关量信号测量需求，但在开关量信号跳变计时方面没有专门的应用。特别是在现代工业生产中或科学研究过程中，需要同时记录多路(多达几十路甚至上百路)的开关量信号，并要求开关量信号与后端处理电路完全隔离时，目前未见有解决方案。
技术实现思路
为了解决多路开关量信号跳变检测与计时问题，本专利技术旨在提供一种多路开关量信号跳变检测与精确计时系统。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是: 本专利技术的多路开关量信号跳变检测与精确计时系统，包括通过PCI接口或PC104P1US接口与计算机连接的至少一块多路开关量信号跳变检测与精确计时板卡，所述至少一块多路开关量信号跳变检测与精确计时板卡包括顺序连接的信号调理电路、信号隔离电路、信号采集模块、信号检测模块和PCI协议实现电路。优选的，所述信号调理电路与信号输入端口连接。进一步的，所述信号调理电路采用RC低通滤波电路和稳压电路组成，具有过流保护、浪涌保护、对输入信号滤波去毛刺干扰、调整信号幅度满足后端电路处理等功能。优选的，所述信号隔离电路包括光耦隔离器件，用于完全隔离输入信号和后端信号采集电路，其响应速度快，可以确保输入信号的保真度。进一步的，在信号的采集速度在40kHz的情况下，选择带宽在IMHz以上的光耦器件，对信号的延时在IOus以下。优选的，所述信号采集模块中包含的采集电路可采用专用芯片实现，也可选择用FPGA的IP核等方式实现，且在采集后先对光耦输出的信号进行缓冲。进一步的，在选择处理器实现方式中，可以选择DSP作为主处理器，也可 以选择FPGA作为主处理芯片，且在FPGA内实现与PCI协议实现电路的无缝接口，实现中信号的采集利用FPGA的通用I/O 口以并行方式进行，并将采集到的信号缓存入FPGA内部所设计的FIFO模块。优选的，所 述PCI协议实现电路可以采用专用芯片实现，也可以利用FPGA的IP核实现，PC104Plus接口也选择PCI协议进行通信。相对于现有技术，本专利技术的多路开关量信号跳变检测与精确计时系统，具有以下有益的技术效果: 1.本专利技术提出一种多路开关量信号跳变检测与精确计时板卡，该板卡可采用PCI接口与现有的计算机构成多达上百路的开关量信号跳变检测与精确计时系统，也可采用PC104P1US接口与单板计算机共同构成便携式多路开关量信号跳变检测与精确计时系统，该系统最多可以同时4块板卡同时工作，合计可以同时采集上百路开关量信号。2.实现多路开关信号的并行采集与跳变检测功能，并且对检测到的跳变信息进行精确计时，可用于工业生产或科学研究中影响因素与异常因素分析。3.该板卡支持PCI接口和PC104Plus接口两种模式，其中采用PC104Plus接口模式可以和单板机配合构成便携式的多路开关信号跳变检测与计时系统。4.具有多块板卡协同工作能力，用于超过单板32路开关信号检测的领域。其中采用PC104P1US接口便携模式下，最多可扩展到4块共128路开关信号的实时检测。而采用PCI接口的板卡一般来说仅受PCI机主板可用的PCI插槽限制。5.该计时系统的计时精度可达0.025ms。附图说明图1为本专利技术 的一种多路开关量信号跳变检测与精确计时系统的系统设计方案示意图。图2为本专利技术的一种多路开关量信号跳变检测与精确计时系统的单板硬件原理框图。具体实施例方式以下结合附图详细描述本专利技术的多路开关量信号跳变检测与精确计时系统的体系结构，但不构成对本专利技术的限制。本专利技术的一种系统设计方案:根据开关量跳变检测和精确计时的需求，可以采用如图1所示的设计方案:单块多路开关量信号跳变检测与精确计时板卡可以根据板卡的设计面积进行采集开关量信号的路数确定，根据PCI长卡规范和PC104P1US接口板卡便携式要求，一般选择32路开关量信号进行并行处理。若需要同时进行上百路开关量信号的跳变检测和精确计时，可以采用多块板卡协同工作的模式进行系统扩展。一般来说，在采用PCI接口的多路开关信号跳变检测与计时系统中，可协同工作的板卡数目主要受其载体计算机主板PCI插槽数限制，而采用PC104P1US接口的便携式多路开关量信号跳变检测与精确计时系统中，受PC104P1US接口限制，最多只能堆叠4块板卡，即可以实现128路开关量信号跳变检测与精确计时处理。1.信号调理电路 本系统要求实现对开关量信号的正确检测，同时要求输入信号耐压达到45V,为使输入信号适合信号隔离模块的输入，必须对输入信号进行调理，使其满足隔离电路使用的TTL电平。为消除输入信号的高频抖动，系统采用数字滤波和模拟滤波两种方式进行去抖动，在信号调理模块主要采用RC低通滤波电路来实现。因此本系统中的信号调理电路采用RC低通滤波电路和稳压电路组成，具有过流保护、浪涌保护、对输入信号滤波去毛刺干扰、调整信号幅度满足后端电路处理等功能。2.信号隔离电路 为保护后端电路以及整个系统，要求前端电路(输入信号)与后端处理电路进行隔离，因此在前端信号调理的基础上，采用隔离模块实现前后端的隔离。由于系统输入信号为开关量信号，经调理后可看作数字信号，对数字信号的隔离可采用业界常用的光耦隔离器件实现。光耦器件选择时应考虑其隔离度、输入阻抗、响应速度和带宽等性能指标，假设信号的采集速度在40kHz，则可以选择带宽在IMHz以上的光耦器件，另外对信号的延时应在IOus以下。3.信号采集模块 本系统单板主要实现对32路开关量信号的采集和处理。本系统设计中首先对光耦输出的信号进行缓冲，然后再进行采集。采集电路可采用专用芯片实现，也可选择FPGA的IP核等方式实现。在选择处理器实现方式中，可以选择DSP作为主处理器，也可以选择FPGA作为主处理芯片。FPGA由于FPGA能提供众多的IO管脚，同时FGPA具有功能定制的优势及强大的并行处理能力，因此成为多路信号处理的优选方案。4.信号检测模块 本系统单板需实现32路信号的采集和跳变检测，如上述信号采集若采用FPGA实现，从系统的集成度考虑，信号的检测也将由FPGA实现。从图2的系统结构框图可知，本系统的信号采集和检测模块的前端为光耦 隔离阵列的输出，后端为PCI协议实现电路。在使用FPGA实现信号采集和检测方案下，要求在FPGA内部实现信号的采集、缓存、滤波和检测等功能，同时要求在FPGA内实现与PCI协议实现电路的无缝接口。实现中信号的采集利用FPGA的通用I/O 口以并行方式进行，并将采集到的信号缓存入FPGA内部所设计的FIFO模块。信号滤波按照所设计的状态机对所有32路信号并行进行，采用平滑滤波技术实现对干扰的消除。FPGA内部同时设计计时模块，对各路信号的状态切换(跳变)进行精确计时，总体实现开关量信号的跳变检测与精确计时功能。同时，当发生信号跳变事件时，需实时通知主机系统，主要采用硬件中断的方式处理。5.PCI协议实现电路 该板卡可以采用专用芯片实现PCI协议通信，也可以利用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多路开关量信号跳变检测与精确计时系统，其特征在于，包括通过PCI接口或PC104Plus接口与计算机连接的至少一块多路开关量信号跳变检测与精确计时板卡，所述至少一块多路开关量信号跳变检测与精确计时板卡包括顺序连接的信号调理电路、信号隔离电路、信号采集模块、信号检测模块和PCI协议实现电路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡剑凌，曹洪龙，徐昕，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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