基於pc104模塊和fpga晶片的電除塵控制器的製作方法
2023-07-03 12:22:26 1
專利名稱：基於pc104模塊和fpga晶片的電除塵控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電除塵控制器，具體的說，是涉及基於PC104模塊和FPGA芯 片的電除塵控制器。
背景技術：
中國國家知識產權局於2009年10月7日公開了授權公告號CN201320495Y的名 為基於32位ARM和32位DSP的靜電除塵控制器的實用新型專利，文中主要採用32位單片 機處理器為核心設計，主要存在以下幾點不足1、單片機I/O引腳數量較少，採集模擬信號 和數位訊號用的通道數量較少，不能將靜電除塵器控制過程中所需的所有高低壓信號接入 控制器中，如變壓器保護、安全保護等報警信號，振打、加熱、輸灰等控制信號，以及各種狀 態反饋信號；2、各種接口電路的性能受限於單片機自身的結構，靈活性不足，擴展性不足； 3、由於單片機系統硬體資源有限，無法移植嵌入式多任務實時作業系統，以致程序代碼結 構複雜，代碼中的隱患不易被發現，使軟體運行的穩定性降低，最終導致控制器運行穩定性 和可靠性降低；4、單片機運算能力較低，內存也較少，無法完成複雜的實時優化和多機聯合 優化所需的大量運算。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供基於PC104模塊和FPGA晶片的電除塵控制器，能夠有 效解決現有電除塵控制器I/O引腳數量少、靈活性和擴展性不足、無法使用多任務實時操 作系統，運算能力低的問題。為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的基於PC104模 塊和FPGA晶片的電除塵控制器，包括PC104模塊、FPGA晶片，所述PC104模塊與FPGA晶片 之間通過總線連接，所述PC104模塊包括X86構架的中央處理器、內存、IDE接口、通訊接口， 所述FPGA晶片上還連接有若干路模擬量信號採集電路、若干路開關量信號採集電路、若干 路模擬量信號輸出電路、若干路開關量信號輸出電路、可控矽觸發信號輸出電路。優選的，所述通訊接口包括乙太網接口、RS485接口 ；方便進行外部通信。優選的，所述模擬量信號採集電路包括依次連接的A/D轉換晶片、濾波電路、放大 電路，所述A/D轉換晶片與FPGA晶片連接；FPGA控制A/D轉換晶片的工作時序，並將採集 到的串行格式的模擬信號採樣值轉換為並行格式，保存在FPGA內部的FIFO存儲器中，累積 到一定數量後通知中央處理器來讀取採樣數據，這種緩存方法可有效降低中央處理器在採 樣數據讀取方面的工作負擔，大幅提升軟體運行效率。優選的，所述PC104模塊與FPGA晶片之間的連接總線採用ISA總線或PCI總線； ISA總線和PCI總線結構簡單、成本低、設計簡單傳輸速度快。與現有技術相比，本實用新型的優點是採用FPGA晶片I/O引腳數量多，能夠將靜 電除塵器運行過程所需的所有高低壓信號全部接入控制器中，FPGA晶片內部邏輯電路編程 靈活方便，擴展性強，與PC104模塊上的中央處理器通過總線進行數據交互的速度塊，能夠
3緩存A/D轉換晶片的採樣數據，減小中央處理器的負擔，提升軟體運行效率，X86構架的中 央處理器可以運行多任務實時作業系統平臺，中央處理器運算速度快、網絡通訊速度快，可 運行複雜的單機或多機控制及優化算法。
圖1為本實用新型基於PC104模塊和FPGA晶片的電除塵控制器的結構框圖；圖2為本實用新型基於PC104模塊和FPGA晶片的電除塵控制器的模擬量信號採 集電路結構框圖。
具體實施方式
參閱圖1為本實用新型基於PC104模塊和FPGA晶片的電除塵控制器的實施例，基 於PC104模塊和FPGA晶片的電除塵控制器，包括PC104模塊1、FPGA晶片2，所述PC104模 塊1與FPGA晶片2之間通過採用ISA總線或PCI總線連接，所述PC104模塊1包括X86構 架的中央處理器11、內存12、IDE接口 13、通訊接口，所述FPGA晶片2上還連接有若干路 模擬量信號採集電路3、若干路開關量信號採集電路4、若干路模擬量信號輸出電路5、若干 路開關量信號輸出電路6、可控矽觸發信號輸出電路7，所述通訊接口包括乙太網接口 14、 RS485接口 15，所述模擬量信號採集電路3包括依次連接的A/D轉換晶片31、濾波電路32、 放大電路33，所述A/D轉換晶片31與FPGA晶片2連接，如圖2所示。PC/104是一種工業計算機總線標準，其信號定義和PC/AT基本一致，但電氣和機 械規範卻完全不同，是一種優化的、小型、堆棧式結構的嵌入式控制系統。PC104模塊1電路 板包含一顆Intel x86系列486以上中央處理器11，內存12至少64MB，運算速度快，內存 12容量大，可以移植性能穩定、可靠性高、成熟的嵌入式多任務實時作業系統，在作業系統 平臺之上開發的程序代碼結構清晰簡單，代碼中的隱患極少，能夠滿足苛刻的工業應用環 境對穩定性和可靠性的要求。PC104模塊1包括10M/100Mbps乙太網通訊接口和RS485通 訊接口，可大規模組網，實現複雜的多機聯合控制及優化功能。PC104模塊1可以通過IDE 接口 13訪問CF卡，實現便攜的大容量的數據存儲，能夠記錄長達數月的控制器實時運行數 據，這些數據可以通過網絡接口讀取後在PC機上進行分析，也可以由控制器中央處理器11 自行分析。FPGA即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步 發展的產物。它是作為專用集成電路領域中的一種半定製電路而出現的，既解決了定製電 路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。FPGA晶片2通過ISA總線或PCI 總線與PC104模塊1進行數據交互，控制器中央處理器11通過FPGA獲取外部輸入信號，並 通過FPGA向外部輸出控制信號。FPGA晶片21/0引腳數量多，能夠將靜電除塵器運行過程 中所需的所有高低壓信號連接到晶片上，並通過FPGA內部的邏輯電路將這些信號所表達 的信息映射到相應的寄存器中，中央處理器11通過ISA總線或PCI總線可以讀取或設置相 應寄存器的內容。FPGA內部的邏輯電路編程靈活方便，擴展性強，運行穩定可靠，能滿足電 除塵控制器在信號輸入輸出方面的各種需求。模擬量信號採集電路3由放大電路33、濾波電路32、A/D轉換晶片31組成，FPGA 控制A/D轉換晶片31的工作時序，並將採集到的串行格式的模擬信號採樣值轉換為並行格
4式，保存在FPGA內部的FIFO存儲器中，累積到一定數量後通知中央處理器11來讀取採樣 數據，這種緩存方法可有效降低中央處理器11在採樣數據讀取方面的工作負擔，大幅提升 軟體運行效率。電除塵控制器需要二次電壓、二次電流、一次電壓、一次電流、線電壓、濁度 儀4 20mA、熱電阻或熱電偶等模擬量輸入信號，根據每種信號對採樣速率和採樣精度要 求的不同，每一路模擬量信號處理電路可選用不同類型和性能的運算放大器和A/D轉換芯 片31，靈活性很強。控制器採集的開關量信號包括接觸器開關手動控制信號、接觸器開關狀態反饋信 號、變壓器油溫高保護警告信號、變壓器油溫高保護跳閘信號、輕瓦斯保護警告信號、重瓦 斯保護跳閘信號、低壓隔離開關斷開跳閘信號、高壓安全開關斷開跳閘信號、可控矽溫度高 保護跳閘信號、振打器反饋信號、加熱器反饋信號、輸送器反饋信號、報警復位信號、灰鬥料 位計信號等。控制器輸出的模擬量信號包括2路4 20mA信號，分別用於表示二次電壓和二次 電流。控制器輸出的開關量信號包括接觸器控制信號、警告報警信號、跳間報警信號、振 打器控制信號、加熱器控制信號、輸送器控制信號等。可控矽觸發信號輸出電路是一個功率放大電路33，它的輸出端連接脈衝變壓器的 一次線圈，輸入端受FPGA直接控制。FPGA內部的邏輯電路產生一定頻率和一定佔空比的脈 衝觸發控制信號，該脈衝信號經功率放大電路33放大後驅動脈衝變壓器，脈衝變壓器的二 次線圈驅動可控矽導通。以上所述僅為本實用新型的具體實施例，但本實用新型的技術特徵並不局限於 此，任何本領域的技術人員在本實用新型的領域內，所作的變化或修飾皆涵蓋在本實用新 型的專利範圍之中。
權利要求基於PC104模塊和FPGA晶片(2)的電除塵控制器，其特徵在於包括PC104模塊(1)、FPGA晶片(2)，所述PC104模塊(1)與FPGA晶片(2)之間通過總線連接，所述PC104模塊(1)包括X86構架的中央處理器(11)、內存(12)、IDE接口(13)、通訊接口，所述FPGA晶片(2)上還連接有若干路模擬量信號採集電路(3)、若干路開關量信號採集電路(4)、若干路模擬量信號輸出電路(5)、若干路開關量信號輸出電路(6)、可控矽觸發信號輸出電路(7)。
2.如權利要求1所述的基於PC104模塊和FPGA晶片的電除塵控制器，其特徵在於所 述通訊接口包括乙太網接口(14)、RS485接口(15)。
3.如權利要求1所述的基於PC104模塊和FPGA晶片的電除塵控制器，其特徵在於所 述模擬量信號採集電路(3)包括依次連接的A/D轉換晶片(31)、濾波電路(32)、放大電路 (33)，所述A/D轉換晶片(31)與FPGA晶片(2)連接。
4.如權利要求1所述的基於PC104模塊和FPGA晶片的電除塵控制器，其特徵在於所 述PC104模塊(1)與FPGA晶片(2)之間的連接總線採用ISA總線或PCI總線。
專利摘要本實用新型公開了基於PC104模塊和FPGA晶片的電除塵控制器，包括PC104模塊、FPGA晶片，所述PC104模塊與FPGA晶片之間通過總線連接，所述PC104模塊包括X86構架的中央處理器、內存、IDE接口、通訊接口，所述FPGA晶片上還連接有若干路模擬量信號採集電路、若干路開關量信號採集電路、若干路模擬量信號輸出電路、若干路開關量信號輸出電路、可控矽觸發信號輸出電路。本實用新型的優點是I/O引腳數量多，邏輯電路編程靈活方便，擴展性強，能夠緩存A/D轉換晶片的採樣數據，減小中央處理器的負擔，提升軟體運行效率，可以運行多任務實時作業系統平臺，運算速度快、網絡通訊速度快。
文檔編號B03C3/68GK201684662SQ20102018276
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月5日 優先權日2010年5月5日
發明者周許生, 孟澤雨, 杜建軍, 遇彬 申請人:浙江菲達環保科技股份有限公司