本發(fā)明屬于航天測試技術(shù)領域，尤其涉及一種應用于程控轉(zhuǎn)接適配器的繼電器安全保護系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通用程控接口轉(zhuǎn)接適配器實現(xiàn)的功能是把星上端子的信號轉(zhuǎn)接為地面端子信號，地面端子的定義已固定，它的特點在于轉(zhuǎn)接適配器可以兼容所有的星上端子的信號定義。通過程序的控制可以實現(xiàn)任意的X_i＝Y(jié)_j。它實現(xiàn)的原理是采用開關(guān)矩陣的方式。如圖1所示，通過控制繼電器的開關(guān)，每一個輸出Y_j都可以轉(zhuǎn)接為輸入的任何一個信號。它的缺點是實現(xiàn)n點的轉(zhuǎn)接配置，需要n²個繼電器。如果輸入是Y2-50端子，則適配器需要采用2500個繼電器。導致設備體積大，價格高。2500個繼電器往往需要用多IO口的嵌入式芯片，F(xiàn)PGA成為程控開關(guān)矩陣控制芯片的首選。

利用FPGA的管腳驅(qū)動三極管，F(xiàn)PGA當輸出管腳為1時電壓為3.3V，驅(qū)動三極管基極和發(fā)射極導通，繼電器線圈大阻抗導致三極管工作在飽和區(qū)，集電極和發(fā)射極壓降小，使得線圈兩端電勢差近似為24V，繼電器完成切換。電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

該電路能可靠驅(qū)動繼電器，繼電器切換完成后控制FPGA輸出管腳為0V，減少繼電器線圈上的功率損耗。

然而，眾所周知，F(xiàn)PGA上電時，由PROM給FPGA寫入程序，在這個幾秒的過程中，F(xiàn)PGA所有管腳默認為邏輯1的狀態(tài)，當程序加載完成后所有管腳按照程序正常輸出邏輯電平。也就是說，在設備上電開始有幾秒鐘的時間內(nèi)，所有繼電器開啟，隨后關(guān)閉，這種工作模式存在安全隱患，如果在設備加電過程中忽然斷電重啟，或者開關(guān)機忘記拔掉已經(jīng)連接電纜，都會對系統(tǒng)造成損壞。如果靠規(guī)范使用步驟來保證安全并不能解決根本問題，所以急需要一種繼電器保護技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的提供一種能夠解決上述問題的新技術(shù)，方法，具體而言本發(fā)明提供一種應用于程控轉(zhuǎn)接適配器的繼電器安全保護系統(tǒng)，F(xiàn)PGA和繼電器陣列，其特征在于：還包括單片機，其中，單片機管腳接第一三極管的基極，第一三極管發(fā)射機接地，集電極通過串聯(lián)兩個分壓電阻與電源連接，場效應管的柵極連接兩個分壓電阻之間，漏極連接繼電器線圈正端，源極連接電源，F(xiàn)PGA管腳與第二三極管的基極連接，第二三極管發(fā)射機接地，集電極連接所述繼電器線圈的負極。

進一步地，其特征在于：所述單片機與FPGA之間存在電路連接，所述電路連接用于傳輸單片機向FPGA發(fā)送的數(shù)據(jù)查詢指令，以及FPGA向單片機返回的結(jié)果。

進一步地，其特征在于：所述單片機為AVR單片機。

進一步地，其特征在于：所述電源為24伏。

進一步地，其特征在于：兩個分壓電阻的阻值相同，優(yōu)選為阻值為10kΩ。、

進一步地，其特征在于：在所述繼電器線圈兩端反向并聯(lián)一個二極管。

進一步地，其特征在于：所述系統(tǒng)還包括計算機，連接在計算機與單片機之間的網(wǎng)絡，通過計算機可以實現(xiàn)對每一繼電器的控制，所述單片機與FPGA之間的電路連接為總線。

本發(fā)明還提供一種應用于程控轉(zhuǎn)接適配器的繼電器安全保護方法，其特征在于：采用上面方案所述的保護系統(tǒng)實現(xiàn)，其具體步驟為：

設備開機后，單片機及FPGA上電；

單片機先完成程序預讀，AVR單片機在程序完成后會持續(xù)對FPGA發(fā)送數(shù)據(jù)查詢指令，如果FPGA按照相同格式對AVR單片機進行返回，則認為FPGA完成程序讀取，隨后進入步驟3)；如果FPGA未完成程序讀取，則單片機繼續(xù)對FPGA發(fā)送指令，直至接受到返回指令；在此期間單片機管腳邏輯輸出0，第一三極管集電極和發(fā)射極關(guān)斷，場效應管柵極電壓為24V正電壓，場效應管源極和集電極關(guān)斷，繼電器線圈無法供電，無論FPGA管腳信號為高低，均不會對電路造成影響；

此時認為FPGA完成加電過程；同時單片機管腳輸出邏輯1，第一三極管集電極和發(fā)射極導通，經(jīng)過兩個電阻的分壓，溝道場效應管的柵極電壓為12V正電壓，場效應管管源極和集電極壓差使場效應管管工作在完全導通狀態(tài)，給繼電器線圈正常供電；

隨后，根據(jù)FPGA的管腳信號的高低來設定繼電器的開關(guān)狀態(tài)。

采用本方案，避免了FPGA上電時的不可控狀態(tài)對電路系統(tǒng)造成的損壞，結(jié)構(gòu)簡單有效。

附圖說明

圖1是轉(zhuǎn)接適配器原理圖；

圖2是現(xiàn)有FPGA與繼電器線圈連接示意圖；

圖3是本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4示出了本發(fā)明各部件的連接示意圖；

圖5本發(fā)明系統(tǒng)的工作流程圖。

具體實施方式

圖3示出了本發(fā)明基于單片機控制的繼電器線包延遲加電方案，具體來說，單片機管腳連接第一三極管的基極，其三極管發(fā)射級接地，集電極通過兩個分壓電阻R(阻值選擇10kΩ)與電源(例如24V電源)連接，場效應管(P溝道)的柵極g連接兩個電阻之間，漏極d連接繼電器線圈正端，源極連接電源，例如24V正電壓。當單片機管腳輸出邏輯1(輸出電平3.3V)時，第一三極管集電極和發(fā)射極導通，經(jīng)過兩個電阻R的分壓，P溝道場效應管的柵極g電壓為12V正電壓，場效應管管源極和集電極壓差使場效應管管工作在完全導通狀態(tài)，給繼電器線圈正常供電。當單片機管腳輸出邏輯0(輸出電平為0V)時，第一三極管集電極和發(fā)射機關(guān)斷，場效應管柵極g電壓為24V正電壓，場效應管源極和集電極關(guān)斷，繼電器線圈無法供電。

FPGA管腳與一第二三極管的基極連接，第二三極管發(fā)射機接地，集電極連接所述繼電器線圈的負極。并且優(yōu)選地，在繼電器線圈正負極間反向并聯(lián)一二極管，因為繼電器內(nèi)部的線圈一個電感，通電之后，當繼電器釋放時，線圈突然斷電會產(chǎn)生方向相反的較高的感生電壓，此電壓對驅(qū)動繼電器的三極管容易造成損壞，所以用方向相反的二極管并聯(lián)于線圈上起抵消、泄放電流作用。

這樣的方案，通過選擇單片機管腳輸出高電平的時機，可以控制第一三極管集電極和發(fā)射極的導通，進而可以控制P溝道場效應管源極和漏極的導通，最終實現(xiàn)了可以選擇將電源電壓加載到線圈正極的時機。

這樣，即使FGPA管腳在初始上電默認管腳為1，并將第二三極管集電極和發(fā)射極的導通，使得繼電器線圈負極接地，然而，只要在該初始時間內(nèi)繼電器線圈的正極沒有連接電源，就不會造成前述安全隱患。

圖4示出了本發(fā)明系統(tǒng)的電路連接關(guān)系，其中計算機通過網(wǎng)絡連接AVR單片機，AVR單片機通過總線與多個FPGA連接，每個FPGA與一個繼電器陣列連接。這樣通過計算機可實現(xiàn)對每個繼電器的開關(guān)控制。AVR單片機與FPGA在功能上有很強的互補性，單片機具有性能價格比高、功能靈活、易于人機對話、強大的數(shù)據(jù)處理能力的特點；而FPGA則具有高速、高可靠性以及開發(fā)便捷、規(guī)范等優(yōu)點。AVR單片機與FPGA通信時，將FPGA作為單片機的一個外設。單片機以固定的總線方式讀/寫時序與FPGA交換信息。由于FPGA器件內(nèi)部含有豐富的存儲器資源，可配置成單口RAM、雙口RAM、FIFO等，特別適合單片機采用并行的方式交換數(shù)據(jù)。為了使單片機能訪問FPGA內(nèi)部的各種資源(如存儲器，鎖存器)，單片機與FPGA接口的信號線包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。單片機的數(shù)據(jù)總線為D0～D7，共8根。地址總線由A0～A12組成，為了減少接口信號線的數(shù)目，數(shù)據(jù)線和低8位地址共用，通過FPGA內(nèi)部的鎖存器獲得低8位地址A0～A7?？刂瓶偩€包括ALE、

本發(fā)明系統(tǒng)加電流程如圖5所示，設備開機后，AVR單片機及FPGA上電，F(xiàn)PGA有幾秒的時間預讀程序，AVR單片機上電速度快，先完成程序預讀，AVR單片機在程序完成后，持續(xù)對FPGA發(fā)送數(shù)據(jù)查詢指令，如果FPGA完成程序讀取，則會按照預存代碼對AVR單片機進行返回，此時認為FPGA完成加電過程；如果接收不到FPGA的返回數(shù)據(jù)，則AVR單片機繼續(xù)對FPGA發(fā)送指令，直至接受到返回數(shù)據(jù)。

為了確保FPGA狀態(tài)判斷準確，本發(fā)明方案中，在FPGA程序內(nèi)部預留了多個校驗地址(以下地址以0x8081、0x8082、0x8083 3個為例)，假設里面存的數(shù)據(jù)都是0x55。單片機完成程序預讀后，單片機循環(huán)訪問0x8081、0x8082、0x8083三個地址，只有三個地址返回的數(shù)據(jù)都是0x55時，才認為FPGA工作正常，完成上電。FPGA上電完成后，由AVR單片機完成所有繼電器的上電控制操作，最終實現(xiàn)整個設備的繼電器安全保護措施?？梢灾?，校驗地址和校驗內(nèi)容都是可以更改的，這里只提供了一個思路，單片機和FPGA完成多次握手信號后，認為通信建立連接，系統(tǒng)工作正常。

上面方案中的電阻只是可選的，并不必須使用。單片機也可以采用其他類型，而且單片機可以由其他非CPLD/FPGA嵌入式芯片替代，只要芯片上電加載程序過程中，管腳無輸出電平信號即可。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語僅僅是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。