一種基于工控板和fpga的電纜故障檢測(cè)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測(cè)裝置，一種基于工業(yè)控制板卡與超大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列(FPGA)組合而成的電纜故障檢測(cè)裝置。主要由包括12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝觸摸鼠標(biāo)的工業(yè)控制板卡與FPGA組合而成。還有高壓產(chǎn)生器及高壓脈沖發(fā)生器等輔助外部設(shè)備。用于檢測(cè)及控制的核心電路集成在一塊4層的印制電路板上，該電路板采用4層布線，水晶工藝，表貼電路，歐式接插件，抗電磁干擾達(dá)到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)EMC快速瞬變4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)用新型具有極高的計(jì)算精度和極快的計(jì)算速度；超強(qiáng)的抗強(qiáng)電磁干擾能力；多功能綜合和極高的集成度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)及電子技術(shù)中電纜故障檢測(cè)裝置，特別是一種基于工業(yè)控制板卡與超大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列(FPGA)組合而成的電纜故障檢測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]電纜作為一種重要的通信媒介，廣泛應(yīng)用于儀器儀表、電力、通信等重要領(lǐng)域。因此，檢測(cè)電纜的正常以及在出現(xiàn)故障后利用最短的時(shí)間修復(fù)將變得非常重要。由于電力電纜多埋在地下，人們?cè)诘孛嫔鲜怯^察不到故障點(diǎn)的，必須先用儀器測(cè)出準(zhǔn)確的故障位置，才能進(jìn)行地面修復(fù)。電力電纜故障點(diǎn)檢測(cè)是一項(xiàng)技術(shù)性比較強(qiáng)的工作，需要檢測(cè)人員很好的掌握檢測(cè)原理和方法，并具有一定的工作經(jīng)驗(yàn)。對(duì)電力電纜故障，必須采用成套的儀器和專(zhuān)門(mén)的方法進(jìn)行檢測(cè)。電纜故障檢測(cè)首先需要確定電纜故障的性質(zhì)；然后根據(jù)故障性質(zhì)對(duì)故障點(diǎn)距離進(jìn)行粗測(cè)；粗測(cè)后，用路徑儀確定電纜路徑；根據(jù)不同故障性質(zhì)，選擇合適的定點(diǎn)方法，精確測(cè)定故障點(diǎn)位置。對(duì)電纜進(jìn)行粗測(cè)，找出故障點(diǎn)的大體方位，是故障檢測(cè)中必須且重要的一步。
[0003]電力電纜故障的粗測(cè)需要借助于一整套基于嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的檢測(cè)控制裝置，粗測(cè)的定位精度對(duì)嵌入式處理器的計(jì)算速度、精度與可靠性的都有很大的關(guān)系。由于其功能復(fù)雜，常規(guī)的方法往往需要龐大的電路和多塊電路板來(lái)完成，計(jì)算精度、速度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，且抗干擾能力差，傳統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)落后于新興的微電子技術(shù)，不能滿足進(jìn)一步提高電纜故障粗測(cè)工作特性的要求。
[0004]該檢測(cè)裝置研發(fā)的主要技術(shù)難點(diǎn)如下:1)要求有非常高的計(jì)算精度、計(jì)算速度和采樣頻率；2)由于檢測(cè)高阻故障的時(shí)候需要對(duì)電纜施加高壓擊穿，需要有超強(qiáng)的抗強(qiáng)電磁干擾的能力；3)龐大而靈活的硬件資源和多功能高集成度的硬件設(shè)計(jì)；4)便于用戶操作和觀察分析故障點(diǎn)的可視化軟件。這些技術(shù)難點(diǎn)決定了該裝置的開(kāi)發(fā)具有非常大的技術(shù)難度。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一套高精度、穩(wěn)定可靠的電纜故障粗測(cè)定位檢測(cè)裝置。
[0006]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測(cè)裝置，核心的控制與檢測(cè)部分包括應(yīng)用嵌入式技術(shù)的工業(yè)控制板卡與FPGA核心板，同時(shí)還包括12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝觸摸鼠標(biāo)；
[0007]該控制與檢測(cè)部分另外還包括I路脈沖發(fā)生器和I路高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，與FPGA核心板連接；
[0008]用于檢測(cè)及控制的核心電路集成在一塊4層的印制電路板上，與工業(yè)控制板卡通過(guò)系統(tǒng)總線連接；
[0009]系統(tǒng)總線控制器；
[0010]所述12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝觸摸鼠標(biāo)均與所述工業(yè)控制板卡連接；所述工業(yè)控制板卡與FPAG均連接所述系統(tǒng)總線控制器。
[0011]應(yīng)用嵌入式技術(shù)的工業(yè)控制板卡、12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝的觸摸鼠標(biāo)主要完成發(fā)送檢測(cè)命令、分析處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，并以波形圖及文字相結(jié)合的方式顯示檢測(cè)分析結(jié)果。核心板主要由超大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列(FPGA)構(gòu)成的SOPC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，完成低壓脈沖、高壓擊穿脈沖的發(fā)送及故障點(diǎn)反射脈沖檢測(cè)。
[0012]工控板和核心板作為電纜故障檢測(cè)裝置的兩個(gè)主要部件，完成了故障檢測(cè)的主要功能，將這兩部分通過(guò)系統(tǒng)總線相連并進(jìn)行功能劃分，由核心板完成脈沖發(fā)送和AD轉(zhuǎn)換，由工控板完成信號(hào)分析、處理及結(jié)果輸出。
[0013]核心板電路采用4層布線，水晶工藝，表貼電路，歐式接插件，抗電磁干擾達(dá)到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)EMC快速瞬變4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
[0014]由于采用了上述的技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有的有益效果是:具有極高的計(jì)算精度和極快的計(jì)算速度；超強(qiáng)的抗強(qiáng)電磁干擾的能力；多功能綜合和極高的集成度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]通過(guò)參照附圖更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例，本實(shí)用新型的以上和其它方面及優(yōu)點(diǎn)將變得更加易于清楚，在附圖中:
[0016]圖1是本實(shí)用新型基于工業(yè)控制板卡與超大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列(FPGA)組合而成的電纜故障檢測(cè)裝置原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]在下文中，現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述本實(shí)用新型，在附圖中示出了各種實(shí)施例。然而，本實(shí)用新型可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施，且不應(yīng)該解釋為局限于在此闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例使得本公開(kāi)將是徹底和完全的，并將本實(shí)用新型的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
[0018]參見(jiàn)附圖，一種基于工業(yè)控制板卡與超大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列(FPGA)組合而成的電纜故障檢測(cè)裝置，包括工業(yè)控制板卡、12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏、嵌入式安裝觸摸鼠標(biāo)、I路脈沖發(fā)生器和I路高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等輔助外部設(shè)備；用于檢測(cè)及控制的核心電路集成在一塊4層的印制電路板上，與工控板卡通過(guò)系統(tǒng)總線連接。
[0019]各電路的原理和功能設(shè)計(jì)如下:
[0020]工業(yè)控制板卡采用PC104CPU模塊VDX-6353D-512，該模塊主頻達(dá)800MHz，集成兩路 USB、VGA、LCD、LAN、GP1 等接口，512M DDR2SDRAM。移植了 Win CE 嵌入式操作系統(tǒng)。其主要功能是設(shè)置電纜故障檢測(cè)方式、配置檢測(cè)參數(shù)、發(fā)送檢測(cè)命令、接收并分析處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了故障檢測(cè)的智能化與可視化，方便用戶操作及識(shí)別電纜故障類(lèi)型。
[0021]顯示模塊采用12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏，便于用戶設(shè)置參數(shù)，輸入指令和查看檢測(cè)結(jié)果，面板嵌入式安裝鼠標(biāo)為用戶提供了便捷的交互操作方式。
[0022]FPGA電路采用美國(guó)Altera公司的Cyclone II系列EP2C5T144C8N大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列電路，該FPGA內(nèi)部設(shè)計(jì)了 N1s II軟核處理器為核心的S0CP(SyStem onProgramnlable Chip)系統(tǒng),并通過(guò)VHDL語(yǔ)言進(jìn)行功能描述,其主要功能為對(duì)高速ADC芯片進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換控制、構(gòu)造8位4K異步FIFO存儲(chǔ)AD轉(zhuǎn)換結(jié)果供工控板讀取、實(shí)現(xiàn)與工控板之間的系統(tǒng)總線通信功能；通過(guò)VHDL語(yǔ)言進(jìn)行功能描述，實(shí)現(xiàn)倍頻、分頻、計(jì)數(shù)、反射脈沖觸發(fā)等。
[0023]ADC采用美國(guó)AD公司AD9283構(gòu)成采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，在FPGA的控制下，以數(shù)字鎖相環(huán)PLL輸出頻率對(duì)電纜反射脈沖進(jìn)行高達(dá)100MSPS的采樣轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)于FPGA內(nèi)構(gòu)造的FIFO存儲(chǔ)器中，N1s II可訪問(wèn)將該數(shù)據(jù)并通過(guò)系統(tǒng)總線發(fā)送給工控板。
[0024]直流脈沖產(chǎn)生電路包括直流高壓產(chǎn)生電路和脈沖發(fā)送電路兩部分。直流高壓產(chǎn)生電路由FPGA控制通過(guò)高頻變壓器和整流電路實(shí)現(xiàn)，在電路板中可產(chǎn)生200V直流電壓。脈沖發(fā)送電路由FPGA根據(jù)故障檢測(cè)方式控制發(fā)送。
[0025]該核心板采用4層布線，中間兩層分別為電源層和電源地層，根據(jù)電路板上元器件的布局對(duì)電源層和電源地層進(jìn)行了分割。元器件焊盤(pán)為水晶工藝，實(shí)現(xiàn)全部表貼電路，歐式插接件，抗電磁干擾達(dá)到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)EMC快速瞬變4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。電路板上FPGA可通過(guò)JTAG在線編程。
[0026]以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型。本實(shí)用新型可以有各種合適的更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測(cè)裝置，其特征在于: 核心的控制與檢測(cè)部分包括應(yīng)用嵌入式技術(shù)的工業(yè)控制板卡與FPGA核心板， 同時(shí)還包括12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝觸摸鼠標(biāo)； 該控制與檢測(cè)部分另外還包括I路脈沖發(fā)生器和I路高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，與FPGA核心板連接； 用于檢測(cè)及控制的核心電路集成在一塊4層的印制電路板上，與工業(yè)控制板卡通過(guò)系統(tǒng)總線連接； 系統(tǒng)總線控制器； 所述12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝觸摸鼠標(biāo)均與所述工業(yè)控制板卡連接；所述工業(yè)控制板卡與FPAG均連接所述系統(tǒng)總線控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測(cè)裝置，其特征在于:應(yīng)用嵌入式技術(shù)的工控板、12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝的觸摸鼠標(biāo)發(fā)送檢測(cè)命令、接收并分析處理檢測(cè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)的智能化與可視化，方便用戶操作及識(shí)別電纜故障類(lèi)型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測(cè)裝置，其特征在于:核心板采用4層布線，中間兩層分別為電源層和電源地層，根據(jù)電路板柵元器件的布局對(duì)電源層和電源地層進(jìn)行分割；元器件焊盤(pán)為水晶工藝，實(shí)現(xiàn)全部標(biāo)貼電路，歐式接插件，抗電磁干擾達(dá)到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)EMC快速瞬變4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；電路板上的FPGA可通過(guò)JTAG 口在線編程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測(cè)裝置，其特征在于:FPGA電路為美國(guó)Altera公司Cyclone II系列大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列，在該FPGA中實(shí)現(xiàn)SOPC技術(shù)，通過(guò)配置N1s II并編程實(shí)現(xiàn)對(duì)高速ADC芯片進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換控制、構(gòu)造8位4K異步FIFO存儲(chǔ)AD轉(zhuǎn)換結(jié)果供工控板讀取、實(shí)現(xiàn)與工控板之間的系統(tǒng)總線通信功能；通過(guò)VHDL語(yǔ)言進(jìn)行功能描述，實(shí)現(xiàn)倍頻、分頻、計(jì)數(shù)、反射脈沖觸發(fā)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測(cè)裝置，其特征在于:采用美國(guó)AD公司的AD9283芯片構(gòu)成采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，在FPGA的控制下，以數(shù)字鎖相環(huán)PLL輸出頻率對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)于FPGA內(nèi)部的8位4K異步FIFO存儲(chǔ)器中，采樣速率可達(dá)100MSPS。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測(cè)裝置，其特征在于:I路脈沖發(fā)生器可產(chǎn)生150VDC負(fù)脈沖信號(hào)，用于低阻故障及高阻故障擊穿測(cè)試。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK203929966SQ201420300452
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】米建偉, 段學(xué)超, 李素蘭 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)