專利名稱：基于fpga的同軸切換遠程監(jiān)控器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于微機應用領域，涉及用于離子回旋共振加熱(ICRF)加熱系統(tǒng)傳輸線 切換、天線電容調(diào)配的專用控制器設計，特別一種用可編程FPGA技術(shù)設計自動化遠程監(jiān)控 控制器。
背景技術(shù)：
目前，ICRH系統(tǒng)輸出RF功率，可在連續(xù)波或脈沖波兩種模式下工作，主要用于對 托卡馬克等離子體進行射頻加熱實驗、硼化和壁處理。在EAST超導托卡馬克實驗裝置中， 新系統(tǒng)射頻傳輸線需要在不同工作模式下工作，國外對微波傳輸線內(nèi)的惰性氣壓探測、排 放、同軸線轉(zhuǎn)換接頭的切換基本都是單片機為核心，CPU性能的好壞直接影響系統(tǒng)的功能， 控制裝置的硬件一直向著高速和高可靠性兩個方面發(fā)展。而且，MCU都采用排隊式串行指 令執(zhí)行方式，其工作速度和效率也都受限于該工作方式，在處理速度方面MCU微處理器的 速度仍然不能滿足科學工程實驗的要求；其次，ICRH系統(tǒng)工作在核聚變的強磁場環(huán)境下， 事實證明，無論抗干擾性能指標多高的MCU，在受強干擾特別是強電磁干擾情況下，其工作 電平有某種干擾性突變時，MCU都無法保證其仍能正常工作而進入“死機”狀態(tài)，MCU的復位 設置將成為系統(tǒng)不可靠工作的重要因素。基于EDA技術(shù)的FPGA (復雜可編程邏輯器件/現(xiàn)場可編程門陣列)的開發(fā)應用可 以解除MCU的缺陷。在+3. 3V工作電平下采用JTAG和系統(tǒng)配置編程方式可隨時對正在的系 統(tǒng)上的FPGA進行全部或部分地在線系統(tǒng)編程。Xilinx公司Spartan3E系列芯片在50MHz 時鐘下快速運算，使系統(tǒng)的響應速度、工作效率得到提高；高可靠性體現(xiàn)在不存在復位不可 靠與PC “死機”等固有缺陷，同時也體現(xiàn)在整個系統(tǒng)下載于同一芯片中，使ICRF系統(tǒng)的傳 輸線切換集成于微小的體積易于管理和屏蔽，提高抗干擾能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用可編程ASIC技術(shù)開發(fā)一個片上系統(tǒng)(SOC)，代替以往以單 片機為主控芯片的大功率同軸傳輸線的切換、天線電容調(diào)配控制器，克服所存在技術(shù)問題， 開發(fā)一種系統(tǒng)響應快、高可靠性、智能化的同軸切換遠程控制器。本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是包括惰性氣壓探測模塊、氣壓控制模塊、 A/D轉(zhuǎn)換模塊、限位反饋模塊、RS485模塊、同軸切換模塊、電源模塊、UART模塊、FPGA控制模 塊，同軸惰性氣體探測模塊的輸出氣壓所對應的電壓值，經(jīng)電平整形后由A/D轉(zhuǎn)換模塊采 集輸入FPGA控制模塊，限位反饋模塊輸入，限位反饋信號在其模塊內(nèi)反相電路輸入到FPGA 控制模塊，同軸切換模塊、電源模塊、分別與FPGA控制模塊相連，UART模塊在FPGA內(nèi)設計實 現(xiàn)、RS485模塊與UART模塊相連，電源DC-DC模塊為系統(tǒng)的各個模塊提供相應的直流電源。本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果同軸線惰性氣壓探測的氣壓在模塊進行 了抗干擾和信號整形處理，使探測氣壓誤差率降低到萬之三；限位信號在限位反饋模塊內(nèi) 進行了抗干擾和電平轉(zhuǎn)換處理；對同軸傳輸裝置的狀態(tài)進行精確的判斷、分析，最后根據(jù)判斷結(jié)果產(chǎn)生報警/不報警信號。本遠程監(jiān)控系統(tǒng)可在高磁場干擾環(huán)境、高/低溫度環(huán)境下 對控制目標進行精確的遠程監(jiān)控。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明實施例的電路連接具體實施例方式下面結(jié)合附圖及典型實施例對本發(fā)明作進一步說明。
參照附圖1。本實施例包括1是電源模塊，提供監(jiān)控系統(tǒng)中各功能芯片工作電壓； 2是惰性氣體探測模塊，實時檢測同軸傳輸線內(nèi)惰性氣體氣壓值；3是A/D轉(zhuǎn)換模塊，把氣壓 值轉(zhuǎn)換成對應的采集電壓；4是限位反饋模塊，行程傳感器信號通過反饋模塊送到FPGA控 制模塊；5是RS485模塊，負責與遠端控制臺的控制命令傳遞；6是FPGA控制模塊；7是UART 模塊，在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的串、并轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)通用異步收發(fā)器功能；8是氣壓控制模 塊，包括執(zhí)行FPGA控制發(fā)出的充、排氣命令的驅(qū)動電路；9是氣壓控制模塊，包括執(zhí)行FPGA 控制發(fā)出的同軸切換命令的驅(qū)動電路；10是控制器外圍的充氣、排氣裝置；11是控制器外 圍的同軸切換裝置。本實施例的工作原理是當系統(tǒng)工作時，RS485模塊5和UART模塊7接收遠程控 制端的監(jiān)控命令，先由限位反饋電路4讀取行程傳感器的狀態(tài)信號送給FPGA控制模塊6， 再由惰性氣體探測模塊2讀取壓力變送器的模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊3送給FPGA控制模 塊6，在FPGA控制模塊6內(nèi)按照監(jiān)控命令進行判斷、分析，根據(jù)比較結(jié)果向氣壓控制模塊8 發(fā)送控制信號，由氣壓控制模塊8內(nèi)的驅(qū)動電路驅(qū)動氣壓裝置，在此過程中，氣壓探測模塊 2、A/D轉(zhuǎn)換模塊3和FPGA控制模塊6實時采集處理數(shù)據(jù)，在滿足監(jiān)控命令要求后，最后由 FPGA控制模塊6向同軸切換模塊9發(fā)送操作命令，通過同軸切換模塊9內(nèi)的驅(qū)動電路驅(qū)動 切換裝置11的操作，任何異常情況時，進行光告警。本實施例的工作主要功能是(1)對同軸傳輸狀態(tài)實時精確檢測，氣壓誤差率降 低到萬之三。(2)全程自動監(jiān)控傳輸狀態(tài)，并進行惰性氣壓的反饋控制。(3)在強電磁干擾、 溫度落差大的環(huán)境下正常工作。(4)系統(tǒng)自檢功能，在異常情況下會自動聲報警。參照附圖2。本實施例電源模塊1由U15構(gòu)成，分別提供DC24V、3. 3V、1. 2V。Ul是 FPGA芯片XC3S50-TQ144，用于數(shù)據(jù)異步收發(fā)、信號數(shù)據(jù)分析處理以及各芯片間協(xié)調(diào)控制。 U14是RS485模塊的核心芯片，用于485總線與FPGA連接的讀寫接口。U2、U3、U4、U7是 74HC14六反相斯密特觸發(fā)器集成芯片，可以起到抗干擾和信號整形的作用然后并行傳送給 FPGA芯片。U17是壓力變送器HUBA50081，提供氣壓到電壓信號的裝換。TO是16位LTC1606 數(shù)據(jù)采集芯片，用于高精度采集壓力變送器U17的模擬信號。U10、U11是MC1413反相驅(qū)動 器芯片，用來驅(qū)動末端繼電器或電磁閥。U9是PC817光電耦合器芯片組，共8個PC817，用 于信號反饋和干擾信號的隔離作用。U6是PC817光電耦合器芯片組，共4個PC817，用于信 號反饋和干擾信號的隔離作用。U8是LED 二極管，在同軸傳輸異常狀態(tài)時提供報警信號。 U12是晶振芯片提供系統(tǒng)時鐘。U13是FPGA的在線編程接口。
權(quán)利要求
一種基于FPGA的同軸切換遠程監(jiān)控器，包括惰性氣壓探測模塊、氣壓控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、限位反饋模塊、RS485模塊、同軸切換模塊、電源模塊、UART模塊、FPGA控制模塊，其特征在于同軸惰性氣體探測模塊的輸出氣壓所對應的電壓值，經(jīng)電平整形后接A/D轉(zhuǎn)換模塊采集輸入FPGA控制模塊，限位反饋模塊輸入，限位反饋信號接反相電路輸入到FPGA控制模塊，同軸切換模塊、電源模塊、分別與FPGA控制模塊相連，UART模塊在FPGA內(nèi)設計實現(xiàn)、RS485模塊與UART模塊相連，DC-DC電源模塊為系統(tǒng)的各個模塊提供相應的直流電源。
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的基于FPGA的同軸切換遠程監(jiān)控器，其特征在于RS485模塊 核心芯片為芯片MAX485。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的基于FPGA的同軸切換遠程監(jiān)控器，其特征在于FPGA控制模 塊為芯片 XC3S50-TQ144。
4.根據(jù)權(quán)利1要求所述的基于FPGA的同軸切換遠程監(jiān)控器，其特征在于A/D轉(zhuǎn)換模 塊芯片為LTC1606。
5.根據(jù)權(quán)利1要求所述的基于FPGA的同軸切換遠程監(jiān)控器，其特征在于限位反饋模 塊核心芯片為PC817、74HC14。
6.根據(jù)權(quán)利1要求所述的基于FPGA的同軸切換遠程監(jiān)控器，其特征在于UART模塊在 FPGA內(nèi)設計實現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利1要求所述的基于FPGA的同軸切換遠程監(jiān)控器，其特征在于氣壓控制模 塊核心芯片為PC817、MC1413。
8.根據(jù)權(quán)利1要求所述的基于FPGA的同軸切換遠程監(jiān)控器，其特征在于同軸切換模 塊核心芯片為PC817、MC1413。
全文摘要
本發(fā)明設計一種基于FPGA的同軸切換遠程監(jiān)控器，包括惰性氣壓探測模塊、氣壓控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、限位反饋模塊、RS485模塊、同軸切換模塊、電源模塊、UART模塊、FPGA控制模塊。本發(fā)明通過惰性氣壓探測、限位反饋中輸入大功率同軸傳輸?shù)臓顟B(tài)，由A/D轉(zhuǎn)換、采集，經(jīng)過FPGA分析、處理后反饋控制同軸切換的操作。具有高精度、快響應、抗干擾強的特點。最終，本發(fā)明滿足了大科學工程中的ICRF系統(tǒng)的大功率同軸傳輸切換遠程監(jiān)控的技術(shù)要求。
文檔編號G05B19/05GK101833300SQ200910116328
公開日2010年9月15日 申請日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者楊津浦 申請人:楊津浦