一种基于FPGA的工业现场温度采集报警方法及装置与流程

本发明属于一种温度采集报警装置，更具体地说，是一种基于FPGA的工业现场温度采集报警方法及装置。

背景技术：

新兴的温度采集报警系统要求同时具备高精度和远距离传输，用FPGA和以太网来实现能更好的满足这些需求，并且体积小、质量轻、修改方便、开发周期短易于移植和制作相应的专用ASIC和批量生产，在现代工业温度采集报警领域中得到了十分广泛的应用。

随着科学技术的发展和工业自动化水平的不断提高，工业现场温度的采集和传输越来越重要。通过千兆以太网对工业现场温度进行实时传输，可以实现高速、远距离的数据传输。

目前温度测量采集报警主要是通过单片机来实现控制，但单片机处理速度慢，过程繁琐，信号采集频率受单片机时钟的限制，难以实现高速的温度测量且不易在线修改。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足或缺陷，提供一种基于FPGA的工业现场温度采集报警方法，该方法以FPGA为主要平台，采用逻辑设计的方式，利用温度采集控制器多路采集温度，实时、高速传输温度数据，有效的实现对工业现场的安全实时保护。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于FPGA的工业现场温度采集报警方法，包括以下步骤：

步骤一，主机控制现场的温度采集模块进行现场温度采集；

步骤二，所述温度采集模块将采集的温度数据通过单总线传输给主机的数据处理发送模块；

步骤三，所述数据处理发送模块将所述温度数据处理打包成标准的以太网包，并通过发送端以太网控制模块发送出去；

步骤四：客户端以太网控制模块接收所述以太网包，并传输给数据处理接受模块，所述数据处理接收模块接收所述以太网包，并处理、解析所述温度数据供给显示及温度报警模块；

步骤五：所述显示及温度报警模块显示所述温度数据并根据所述温度数据判断是否超过预设温度，若超过则给发出报警信号。

较佳的是，所述温度采集模块包括多个温度传感器，所述主机控制温度采集模块进行每一次读写温度数据之前都要对所述温度采集模块进行复位操作，且复位成功后所述温度采集模块依次发送一ROM指令和一RAM指令给所述主机。

较佳的是，在复位操作时，所述主机将数据线下拉500us，然后释放，当所述温度采集模块收到所述主机将数据线下拉的信号后等待16～60us，发出60～240us的存在低脉冲，所述主机收到此低脉冲信号后表示复位成功。

较佳的是，所述温度采集模块包括读时序、写时序，其中，所述写时序，所有写时序必须持续最少60us，包括两个周期之间最少1us的恢复时间，所述写时序包括写“1”时序和写“0”时序：当主机把数据线从逻辑高电平拉到低电平的时候，写“1”时序开始，15us后释放总线，所述总线被5K上拉电阻拉成高电平，在第15us到60us进行采样，这样采到的就是高电平；当主机把总线持续拉到低电平并持续保持至少60us，主机生成一个写“0”时序；所述读时序必须持续最少60us，包括两个周期之间最少1us的恢复时间；当主机把所述数据线从逻辑高电平拉到低电平的时候，读时序开始，所述数据线保持至少1us，然后主机释放所述总线，所述温度采集模块通过拉高或拉低所述总线来传输“1”或“0”，传输“0”和“1”的时间为15us内有效，所以必须在读时序开始后15us内读取数据，之后所述总线将会被上拉电阻拉成高电平。

较佳的是，所述数据处理发送模块主要输入端口有：复位信号输入端口、时钟信号输入端口、后级模块发送完成信号输入端口、温度传感器的温度数据输入端口、温度数据有效使能信号输入端口、后级模块先进先出存储器写满信号输入端口、数据发送长度输入端口；该模块的主要输出端口有：送给网口模块的数据输出端口、数据有效使能输出端口、网口数据发送起始信号输出端口。

较佳的是，所述数据处理发送模块将所述温度采集模块传送过来的16bit数据第15位表示符号位，第0到10位表示数据有效位，将第11到14位进行编码，第一个温度传感器编码为4’b0000，第二个温度传感器编码为4’b0001，重新组合成16位数据；所述数据处理发送模块将2个16位数据拼接组合成4字节32bit发送给发送端以太网控制模块使用，当接收到所述发送端以太网控制模块发送结束信号后，等待1us，再次发送网口数据起始信号。

较佳的是，所述发送端以太网控制模块由以太网数据发送子模块、第一MAC寄存器配置子模块、第一复位子模块、第一MDIO配置子模块、第一三速以太网IP子模块组成，其中：所述以太网数据发送子模块，其将从所述数据处理发送模块送过来的数据存入所述以太网数据发送子模块的先进先出存储器，当所述数据处理发送模块给出发送命令后，按照所述MAC寄存器配置子模块帧格式，从所述以太网数据发送子模块先进先出存储器中取出数据，发送给所述第一MAC寄存器配置子模块的先进先出存储器，统计发送的数据和传输速率；所述第一MAC寄存器配置子模块，其主要对所述第一三速以太网IP子模块进行配置初始化，按照数据手册寄存器初始化步骤进行配置；所述第一复位子模块，其主要是完成上电后对以太网发送子模块和第一MAC寄存器配置子模块的复位；所述第一MDIO配置子模块，按照设定的模式，上电对以太网发送子模块进行配置；上电后，当以太网发送子模块的模式需要改变时，再次进行MDIO配置；每次模式改变后，需要对MDIO配置子模块的寄存器进行软复位，即：0.31：0＝32’h8140，当使用光口时，27.15：0＝4’hb003，当使用电口时，27.15：0＝4’h800b；所述第一三速以太网IP子模块，其主要功能是线路侧与系统侧的时序转换，收端前导码检测、去除，发端前导码添加，收端循环冗余校验检查，发端循环冗余校验插入，以及回环功能，包括线路侧环回，系统侧环回。

较佳的是，所述客户端以太网控制模块由以太网数据接收子模块、第二MAC寄存器配置子模块、第二复位子模块、第二MDIO配置子模块、第二三速以太网IP子模块组成，其中：所述以太网数据接收子模块，其对从所述第二MAC寄存器配置子模块传输过来的报文，经过数据收集的媒体存取控制协议、传感器介质访问控制协议及以太网类型匹配进行过滤处理，对符合要求的报文，将其数据存入所述以太网数据接收子模块的先进先出存储器，供所述以太网数据发送子模块读取，按字节统计收包数据，计算吞吐率；所述第二MAC寄存器配置子模块，其主要对所述第二三速以太网IP子模块进行配置初始化，按照数据手册寄存器初始化步骤进行配置；所述第二复位子模块，其主要是完成上电后对以太网数据接收子模块和第二MAC寄存器配置子模块的复位；所述第二MDIO配置子模块，按照设定的模式，上电对以太网数据接收子模块进行配置；上电后，当以太网数据接收子模块的模式需要改变时，再次进行MDIO配置；每次模式改变后，需要对第二MDIO配置子模块的寄存器进行软复位，即：0.31：0＝32’h8140，当使用光口时，27.15：0＝4’hb003，当使用电口时，27.15：0＝4’h800b；所述第二三速以太网IP子模块，其主要功能是线路侧与系统侧的时序转换，收端前导码检测、去除，发端前导码添加，收端循环冗余校验检查，发端循环冗余校验插入，以及回环功能，包括线路侧环回，系统侧环回。

较佳的是，所述数据处理接收模块主要输入端口有：复位信号输入端口、时钟信号输入端口、前级模块先进先出存储器输出数据输入端口，前级模块先进先出存储器输出数据有效使能输入端口，前级模块先进先出存储器空信号输入端口；该数据处理接收模块的主要输出端口有：读前级模块先进先出存储器请求信号输出端口，第一个温度传感器的数据输出端口，第一个温度传感器的数据有效使能输出端口，第二个温度传感器的数据输出端口，第二个温度传感器的数据有效使能输出端口。

较佳的是，当所述数据处理接收模块检测到所述客户端以太网的先进先出存储器为非空时立即给一个读请求信号，读取所述数据处理接收模块的先进先出存储器里面的数据；读取出来的数据根据第11位至14位和第27位至30位来判断为哪个温度采集器的数据，4’b0000为第一个温度采集器的数据，4’b0001为第二个温度采集器的数据，并根据第15位和第30位来还原温度的正负值。

较佳的是，所述显示及温度报警模块由按键消抖子模块、LCD1602显示子模块、led灯显示子模块、报警系统控制子模块组成；其中：所述按键消抖子模块，是通过按键的延时消抖来进行控制，所述按键消抖子模块内部采用参数化设计，可以通过参数的改变来改变按键的控制数目；LCD1602显示子模块，其用于驱动LCD1602进行显示，其操作步骤是先写指令，后写数据；led灯显示子模块，其由多个LED灯组成，当出现报警信号时对应的LED灯按照流水灯形式进行不停的闪烁；报警系统控制子模块，其完成报警温度阀值的加减，将温度采集模块当前的实时温度与设定的阀值温度进行比较，当超过阀值温度时给出报警信号，低于报警温度时取消报警。

本发明还提出一种基于FPGA的工业现场温度采集报警装置，其包括：温度采集模块，其设于工业现场，该温度采集模块用于工业现场的温度采集；主机，该主机连接并控制所述温度采集模块；所述主机包括一数据处理发送模块，该数据处理发送模块与所述温度采集模块相连，将所述温度采集模块传输过来的温度数据处理打包成标准的以太网包，控制所述温度数据的发送；发送端以太网控制模块，其连接所述数据处理模块，该所述发送端以太网控制模块在所述数据处理模块的控制下将所述温度数据进行传输；客户端以太网控制模块，其与所述发送端以太网控制模块网路连接，该客户端以太网控制模块接收所述发送端以太网控制模块传输的以太网包并将其传输给数据处理接收模块；所述数据处理接收模块，其与所述客户端以太网控制模块相连，所述数据处理接收模块接收所述以太网包并将其处理、解析出所述温度数据，所述数据处理接收模块将解析出的温度数据发送给一报警及显示模块；所述显示及温度报警模块，其与所述数据处理接收模块相连，所述显示及温度报警模块接收所述温度数据，显示所述温度数据并根据所述温度数据判断是否超过预设温度，若超过则给发出报警信号。

较佳的是，所述温度采集模块包括多个温度传感器。

较佳的是，所述数据处理发送模块主要输入端口有：复位信号输入端口、时钟信号输入端口、后级模块发送完成信号输入端口、温度传感器的温度数据输入端口、温度数据有效使能信号输入端口、后级模块先进先出存储器写满信号输入端口、数据发送长度输入端口；该模块的主要输出端口有：送给网口模块的数据输出端口、数据有效使能输出端口、网口数据发送起始信号输出端口。

较佳的是，所述发送端以太网控制模块由以太网数据发送子模块、第一MAC寄存器配置子模块、第一复位子模块、第一MDIO配置子模块、第一三速以太网IP子模块组成，其中：所述以太网数据发送子模块，其将从所述数据处理发送模块送过来的数据存入所述以太网数据发送子模块的先进先出存储器，当所述数据处理发送模块给出发送命令后，按照所述MAC寄存器配置子模块帧格式，从所述以太网数据发送子模块先进先出存储器中取出数据，发送给所述第一MAC寄存器配置子模块的先进先出存储器，统计发送的数据和传输速率；所述第一MAC寄存器配置子模块，其主要对所述第一三速以太网IP子模块进行配置初始化，按照数据手册寄存器初始化步骤进行配置；所述第一复位子模块，其主要是完成上电后对以太网发送子模块和第一MAC寄存器配置子模块的复位；所述第一MDIO配置子模块，按照设定的模式，上电对以太网发送子模块进行配置；上电后，当以太网发送子模块的模式需要改变时，再次进行MDIO配置；每次模式改变后，需要对MDIO配置子模块的寄存器进行软复位，即：0.31：0＝32’h8140，当使用光口时，27.15：0＝4’hb003，当使用电口时，27.15：0＝4’h800b；所述第一三速以太网IP子模块，其主要功能是线路侧与系统侧的时序转换，收端前导码检测、去除，发端前导码添加，收端循环冗余校验检查，发端循环冗余校验插入，以及回环功能，包括线路侧环回，系统侧环回。

较佳的是，所述客户端以太网控制模块由以太网数据接收子模块、第二MAC寄存器配置子模块、第二复位子模块、第二MDIO配置子模块、第二三速以太网IP子模块组成，其中：所述以太网数据接收子模块，其对从所述第二MAC寄存器配置子模块传输过来的报文，经过数据收集的媒体存取控制协议、传感器介质访问控制协议及以太网类型匹配进行过滤处理，对符合要求的报文，将其数据存入所述以太网数据接收子模块的先进先出存储器，供所述以太网数据发送子模块读取，按字节统计收包数据，计算吞吐率；所述第二MAC寄存器配置子模块，其主要对所述第二三速以太网IP子模块进行配置初始化，按照数据手册寄存器初始化步骤进行配置；所述第二复位子模块，其主要是完成上电后对以太网数据接收子模块和第二MAC寄存器配置子模块的复位；所述第二MDIO配置子模块，按照设定的模式，上电对以太网数据接收子模块进行配置；上电后，当以太网数据接收子模块的模式需要改变时，再次进行MDIO配置；每次模式改变后，需要对第二MDIO配置子模块的寄存器进行软复位，即：0.31：0＝32’h8140，当使用光口时，27.15：0＝4’hb003，当使用电口时，27.15：0＝4’h800b；所述第二三速以太网IP子模块，其主要功能是线路侧与系统侧的时序转换，收端前导码检测、去除，发端前导码添加，收端循环冗余校验检查，发端循环冗余校验插入，以及回环功能，包括线路侧环回，系统侧环回。

较佳的是，所述数据处理接收模块主要输入端口有：复位信号输入端口、时钟信号输入端口、前级模块先进先出存储器输出数据输入端口，前级模块先进先出存储器输出数据有效使能输入端口，前级模块先进先出存储器空信号输入端口；该数据处理接收模块的主要输出端口有：读前级模块先进先出存储器请求信号输出端口，第一个温度传感器的数据输出端口，第一个温度传感器的数据有效使能输出端口，第二个温度传感器的数据输出端口，第二个温度传感器的数据有效使能输出端口。

较佳的是，所述显示及温度报警模块由按键消抖子模块、LCD1602显示子模块、led灯显示子模块、报警系统控制子模块组成；其中：所述按键消抖子模块，是通过按键的延时消抖来进行控制，所述按键消抖子模块内部采用参数化设计，可以通过参数的改变来改变按键的控制数目；LCD1602显示子模块，其用于驱动LCD1602进行显示，其操作步骤是先写指令，后写数据；led灯显示子模块，其由多个LED灯组成，当出现报警信号时对应的LED灯按照流水灯形式进行不停的闪烁；报警系统控制子模块，其完成报警温度阀值的加减，将温度采集模块当前的实时温度与设定的阀值温度进行比较，当超过阀值温度时给出报警信号，低于报警温度时取消报警。

较佳的是，所述按键消抖子模块设有三个按键，一个按键用来控制温度报警阀值的选择，另两个按键用来调节阀值温度的大小。

由于采用上述技术手段，本申请以FPGA为主处理器，通过编写逻辑代码驱动相应的硬件，完成整个温度监控和温度数据的传输系统，相对现有技术，其优点在于能够实现高精度的采集，实时、高速传输温度信号，有效的实现对工业现场的安全实时保护。

附图说明

通过以下实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。附图中：

图1为本申请的结构示意图；

图2为本申请的方法步骤示意图；

图3为温度采集流程图；

图4以太网控制模块流程图。

具体实施方式

实施例一

参见图1所示，本申请的整个温度控制流程如图1所示。本申请包括了：温度采集模块1、主机2、以太网控制模块3、客户端数据处理接收模块4和显示及温度报警模块5。其中，主机由FPGA构成，主机2包括了一个数据处理发送模块21。

如图1所示，本申请的温度控制流程分为了5个过程：

1.温度采集模块1在主机2的控制下采集工业现场的温度。

2.温度采集模块1将采集到的温度数据通过单总线传输给数据处理发送模块21。

3.数据处理发送模块21接收温度数据并对温度数据进行处理，将其打包成标准的以太网包，然后控制所述以太网控制模块3将其发送给客户端。

4.客户端的数据处理接收模块4接收所述温度数据，将其进行处理、解析，并将解析后的温度数据传输给显示及报警模块。

5.显示及报警模块接收该现场温度数据，显示所述温度数据并根据所述温度数据判断是否超过预设温度，若超过则给发出报警信号，开始报警；若低于则取消警报。

关于本申请的基于FPGA的工业现场温度采集报警方法详细请参见图2所示，具体阐述如下：

步骤S1：温度采集模块1在主机2的控制下对工业现场温度进行采集。

温度采集模块1包括了多个温度传感器，可以进行多路的温度数据采集。

根据温度采集模块1的通讯协议，主机(FPGA)2控制温度采集模块1完成将传感器的温度信息转换成数据信息时必须要经过三个步骤。每一次读写之前都要对温度采集模块1进行复位操作，复位成功之后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对温度采集模块1进行预定的操作。复位要求主机2将数据线下拉500us，然后释放，当温度采集模块1收到信号后等待16～60us左右，发出60～240us的存在低脉冲，主机2收到此信号后表示复位成功。

参见图3所示温度采集流程图，是温度采集模块的操作时序，图3只是大概的过程表，大致流程为：温度采集模块指令CCH：跳过ROM，忽略64位ROM地址，直接向温度采集模块发温度变换指令，温度采集模块RAM指令BEH：读暂存器，读内部RAM中的内容。

温度采集模块1的读写时序，其中有两种写时序：写“1”时序和写“0”时序，所有写时序必须持续最少60us，包括两个周期之间最少1us的恢复时间。当主机把数据线从逻辑高电平拉到低电平的时候，写“1”时序开始，15us后释放总线，总线被5K上拉电阻拉成高电平，在第15us到60us进行采样，这样采到的就是高电平。主机要想生成一个写“0”时序，就必须要把数据总线持续拉到低电平并持续保持至少60us。所有读时序必须持续最少60us，包括两个周期之间最少1us的恢复时间。当主机把数据线从逻辑高电平拉到低电平的时候，读时序开始，数据线保持至少1us，然后主机释放总线，温度采集模块1通过拉高或拉低总线来传输“1”或“0”，传输“0”和“1”的时间为15us内有效，所以必须在读时序开始后15us内读取数据，之后总线将会被上拉电阻拉成高电平。

步骤S2：所述温度采集模块1将采集的温度数据通过单总线传输给主机2的数据处理发送模块21。

步骤S3：数据处理模块21接收所述温度数据，将所述温度数据处理打包成标准的以太网包，并通过发送端以太网控制模块发送出去。

该数据处理模块21首先对多路温度传感器采集的温度数据分别添加相应的协议，控制温度数据的发送。该数据处理模块21将温度数据送入主机FPGA的数据处理接收模块的先进先出存储器。

所述数据处理发送模块21主要输入端口有：复位信号输入端口、时钟信号输入端口、后级模块发送完成信号输入端口、温度传感器的温度数据输入端口、温度数据有效使能信号输入端口、后级模块先进先出存储器写满信号输入端口、数据发送长度输入端口。

所述数据处理发送模块21的主要输出端口有：送给网口模块的数据输出端口、数据有效使能输出端口、网口数据发送起始信号输出端口。

所述温度采集模块1传送给数据处理发送模块21的16bit数据第15位表示符号位，第0到10位表示数据有效位，将第11到14位进行编码，第一个传感器编码为4’b0000，第二个传感器编码为4’b0001，重新组合成16位数据。采用该协议编码，最多可以支持16个温度采集模块1的温度传输。为了配合后级模块的数据格式，所述数据处理发送模块将2个16位数据拼接组合成4字节32bit发送给发送端以太网控制模块使用，当接收到所述发送端以太网控制模块发送结束信号后，等待1us，再次发送网口数据起始信号。因而相对于16bit，本申请的32bit传输速度更加快。

所述发送端以太网控制模块3由以太网数据发送子模块31、第一MAC寄存器配置子模块32、第一复位子模块33、第一MDIO配置子模块34、第一三速以太网IP子模块35组成。其中：

所述以太网数据发送子模块31，其将从数据处理发送模块21送过来的数据存入所述以太网数据发送子模块的先进先出存储器，当数据处理发送模块21给出发送命令后，按照所述第一MAC寄存器配置子模块帧格式，从所述以太网数据发送子模块先进先出存储器中取出数据，发送给所述第一MAC寄存器配置子模块的先进先出存储器，统计发送的数据和传输速率。

所述第一MAC寄存器配置子模块32，其主要对所述第一三速以太网IP子模块按照RGMII模式进行配置初始化，按照数据手册寄存器初始化步骤进行配置。

所述第一复位子模块33，其主要是完成上电后对以太网发送子模块和第一MAC寄存器配置子模块的复位。第一MAC寄存器配置子模块的复位是上电后将复位信号高10拍然后拉低取消复位。

第一MDIO配置子模块34，按照设定的模式，上电对以太网发送子模块进行配置；上电后，当以太网发送子模块的模式需要改变时，再次进行MDIO配置；每次模式改变后，需要对第一MDIO配置子模块的寄存器进行软复位，即：0.31：0＝32’h8140，当使用光口时，27.15：0＝4’hb003，当使用电口时，27.15：0＝4’h800b。

第一三速以太网IP子模块35，其主要功能是线路侧与系统侧的时序转换，收端前导码检测、去除，发端前导码添加，收端循环冗余校验检查，发端循环冗余校验插入，以及回环功能，包括线路侧环回，系统侧环回。

请参见图4所示，图4以太网控制模块流程图。

步骤S4：客户端以太网控制模块4接收所述以太网包，并传输给数据处理接受模块5，所述数据处理接收模块5接收所述以太网包，并处理、解析所述温度数据供给显示及温度报警模块6。

所述客户端以太网控制模块4由以太网数据接收子模块41、第二MAC寄存器配置子模块42、第二复位子模块43、第二MDIO配置子模块44、第二三速以太网IP子模块45组成。其中：

所述以太网数据接收子模块41，其对从所述第二MAC寄存器配置子模块42传输过来的报文，经过数据收集的媒体存取控制协议、传感器介质访问控制协议及以太网类型匹配进行过滤处理，对符合要求的报文，将其数据存入所述以太网数据接收子模块的先进先出存储器，供所述以太网数据发送子模块读取，按字节统计收包数据，计算吞吐率。

所述第二MAC寄存器配置子模块42，其主要对所述第二三速以太网IP子模块45进行配置初始化，按照数据手册寄存器初始化步骤进行配置。

所述第二复位子模块42，其主要是完成上电后对以太网数据接收子模块41和第二MAC寄存器配置子模块42的复位。

所述第二MDIO配置子模块44，按照设定的模式，上电对以太网数据接收子模块进行配置；上电后，当以太网数据接收子模块的模式需要改变时，再次进行MDIO配置；每次模式改变后，需要对第二MDIO配置子模块的寄存器进行软复位，即：0.31：0＝32’h8140，当使用光口时，27.15：0＝4’hb003，当使用电口时，27.15：0＝4’h800b。

所述第二三速以太网IP子模块45，其主要功能是线路侧与系统侧的时序转换，收端前导码检测、去除，发端前导码添加，收端循环冗余校验检查，发端循环冗余校验插入，以及回环功能，包括线路侧环回，系统侧环回。

所述数据处理接收模块5主要输入端口有：复位信号输入端口、时钟信号输入端口、前级模块先进先出存储器输出数据输入端口，前级模块先进先出存储器输出数据有效使能输入端口，前级模块先进先出存储器空信号输入端口。

该数据处理接收模块5的主要输出端口有：读前级模块先进先出存储器请求信号输出端口，第一个温度传感器的数据输出端口，第一个温度传感器的数据有效使能输出端口，第二个温度传感器的数据输出端口，第二个温度传感器的数据有效使能输出端口。

当所述数据处理接收模块5检测到客户端以太网控制模块4的先进先出存储器为非空时立即给一个读请求信号，读取所述数据处理接收模块的先进先出存储器里面的数据；读取出来的数据根据第11位至14位和第27位至30位来判断为哪个温度传感器的数据，4’b0000为第一个温度传感器的数据，4’b0001为第二个温度传感器的数据，并根据第15位和第30位来还原温度的正负值。

步骤S5：所述显示及温度报警模块6显示所述温度数据并根据所述温度数据判断是否超过预设温度，若超过则给发出报警信号；若没有超过则取消报警信号。

所述显示及温度报警模块6由按键消抖子模块61、LCD1602显示子模块62、led灯显示子模块63、报警系统控制子模块64组成。

按键消抖模块61主要是通过按键的延时消抖来进行控制，模块内部采用参数化设计，可以通过参数的改变来改变按键的控制数目。本申请采用了3个按键，一个按键用来控制温度报警阀值的选择，另外两个按键用来调节阀值温度的大小。

LCD1602显示模块62的主要作用是驱动LCD1602进行显示，其操作步骤是先写指令，后写数据。由于LCD1602的显示内容有限，但是又考虑到要显示多路实时温度以及多路报警温度，所以采用了分行显示报警阀值和实时温度发方式。实时温度精确值达到了0.0625度。

led灯显示模块63由18个LED灯组成，右边8个用作第一路温度数据的报警，左边8个用作第二路温度数据的报警。当出现报警信号时对应的LED灯按照流水灯形式进行不停的闪烁。

报警系统控制模块64主要完成报警温度阀值的加减，将两路温度传感器当前的实时温度与设定的阀值温度进行比较，当超过阀值温度时给出报警信号，低于报警温度时取消报警。

实施例二

实施例二为本申请的一个基于FPGA的工业现场温度采集报警装置的实施例。

本申请的基于FPGA的工业现场温度采集报警装置包括了温度采集模块1、主机2以及主机的数据处理发送模块21、发送端以太网控制模块3、客户端以太网控制模块4、数据处理接收模块5和显示及温度报警模块6。

温度采集模块1，其设于工业现场，该温度采集模块用于工业现场的温度采集。温度采集模块1包括了多个温度传感器，可以实现多路温度采集。温度采集模块1通过单总线将温度数据传送给数据处理发送模块21。

主机(FPGA)2控制温度采集模块1完成温度转换必须要经过三个步骤。每一次读写之前都要对温度采集模块1进行复位操作，复位成功之后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对温度采集模块1进行预定的操作。复位要求主机2将数据线下拉500us，然后释放，当温度采集模块1收到信号后等待16～60us左右，发出60～240us的存在低脉冲，主机2收到此信号后表示复位成功。

温度采集模块1的读写时序，其中有两种写时序：写“1”时序和写“0”时序，所有写时序必须持续最少60us，包括两个周期之间最少1us的恢复时间。当主机把数据线从逻辑高电平拉到低电平的时候，写“1”时序开始，15us后释放总线，总线被5K上拉电阻拉成高电平，在第15us到60us进行采样，这样采到的就是高电平。主机要想生成一个写“0”时序，就必须要把数据总线持续拉到低电平并持续保持至少60us。所有读时序必须持续最少60us，包括两个周期之间最少1us的恢复时间。当主机把数据线从逻辑高电平拉到低电平的时候，读时序开始，数据线保持至少1us，然后主机释放总线，温度采集模块1通过拉高或拉低总线来传输“1”或“0”，传输“0”和“1”的时间为15us内有效，所以必须在读时序开始后15us内读取数据，之后总线将会被上拉电阻拉成高电平。

主机2，该主机2连接并控制所述温度采集模块1。所述主机2包括一数据处理发送模块21，该数据处理发送模块21与所述温度采集模块1相连，将所述温度采集模块1传输过来的温度数据处理打包成标准的以太网包，控制所述温度数据的发送。所述数据处理发送模块主要输入端口有：复位信号输入端口、时钟信号输入端口、后级模块发送完成信号输入端口、温度传感器的温度数据输入端口、温度数据有效使能信号输入端口、后级模块先进先出存储器写满信号输入端口、数据发送长度输入端口；该模块的主要输出端口有：送给网口模块的数据输出端口、数据有效使能输出端口、网口数据发送起始信号输出端口。

所述温度采集模块1传送给数据处理发送模块21的16bit数据第15位表示符号位，第0到10位表示数据有效位，将第11到14位进行编码，第一个传感器编码为4’b0000，第二个传感器编码为4’b0001，重新组合成16位数据。采用该协议编码，最多可以支持16个温度采集模块1的温度传输。为了配合后级模块的数据格式，所述数据处理发送模块将2个16位数据拼接组合成4字节32bit发送给发送端以太网控制模块使用，当接收到所述发送端以太网控制模块发送结束信号后，等待lus，再次发送网口数据起始信号。

所述发送端以太网控制模块3由以太网数据发送子模块31、第一MAC寄存器配置子模块32、第一复位子模块33、第一MDIO配置子模块34、第一三速以太网IP子模块35组成。其中：

所述以太网数据发送子模块31，其将从数据处理发送模块21送过来的数据存入所述以太网数据发送子模块的先进先出存储器，当数据处理发送模块21给出发送命令后，按照所述第一MAC寄存器配置子模块帧格式，从所述以太网数据发送子模块先进先出存储器中取出数据，发送给所述第一MAC寄存器配置子模块的先进先出存储器，统计发送的数据和传输速率。

所述第一MAC寄存器配置子模块32，其主要对所述第一三速以太网IP子模块按照RGMII模式进行配置初始化，按照数据手册寄存器初始化步骤进行配置。

所述第一复位子模块33，其主要是完成上电后对以太网发送子模块和第一MAC寄存器配置子模块的复位。第一MAC寄存器配置子模块的复位是上电后将复位信号高10拍然后拉低取消复位。

第一MDIO配置子模块34，按照设定的模式，上电对以太网发送子模块进行配置；上电后，当以太网发送子模块的模式需要改变时，再次进行MDIO配置；每次模式改变后，需要对第一MDIO配置子模块的寄存器进行软复位，即：0.31：0＝32’h8140，当使用光口时，27.15：0＝4’hb003，当使用电口时，27.15：0＝4’h800b。

第一三速以太网IP子模块35，其主要功能是线路侧与系统侧的时序转换，收端前导码检测、去除，发端前导码添加，收端循环冗余校验检查，发端循环冗余校验插入，以及回环功能，包括线路侧环回，系统侧环回。

所述客户端以太网控制模块4由以太网数据接收子模块41、第二MAC寄存器配置子模块42、第二复位子模块43、第二MDIO配置子模块44、第二三速以太网IP子模块45组成。其中：

所述以太网数据接收子模块41，其对从所述第二MAC寄存器配置子模块42传输过来的报文，经过数据收集的媒体存取控制协议、传感器介质访问控制协议及以太网类型匹配进行过滤处理，对符合要求的报文，将其数据存入所述以太网数据接收子模块的先进先出存储器，供所述以太网数据发送子模块读取，按字节统计收包数据，计算吞吐率。

所述第二MAC寄存器配置子模块42，其主要对所述第二三速以太网IP子模块45进行配置初始化，按照数据手册寄存器初始化步骤进行配置。

所述第二复位子模块42，其主要是完成上电后对以太网数据接收子模块41和第二MAC寄存器配置子模块42的复位。

所述第二MDIO配置子模块44，按照设定的模式，上电对以太网数据接收子模块进行配置；上电后，当以太网数据接收子模块的模式需要改变时，再次进行MDIO配置；每次模式改变后，需要对第二MDIO配置子模块的寄存器进行软复位，即：0.31：0＝32’h8140，当使用光口时，27.15：0＝4’hb003，当使用电口时，27.15：0＝4’h800b。

所述第二三速以太网IP子模块45，其主要功能是线路侧与系统侧的时序转换，收端前导码检测、去除，发端前导码添加，收端循环冗余校验检查，发端循环冗余校验插入，以及回环功能，包括线路侧环回，系统侧环回。

数据处理接收模块5，该数据处理接收模块5与所述以太网控制模块4相连，所述数据处理接收模块5接收所述温度数据并处理、解析所述温度数据，所述数据处理接收模块将解析出的温度数据发送给一报警及显示模块6。所述数据处理接收模块主要输入端口有：复位信号输入端口、时钟信号输入端口、前级模块先进先出存储器输出数据输入端口，前级模块先进先出存储器输出数据有效使能输入端口，前级模块先进先出存储器空信号输入端口；该数据处理接收模块的主要输出端口有：读前级模块先进先出存储器请求信号输出端口，第一个温度传感器的数据输出端口，第一个温度传感器的数据有效使能输出端口，第二个温度传感器的数据输出端口，第二个温度传感器的数据有效使能输出端口。

当所述数据处理接收模块5检测到客户端以太网控制模块4的先进先出存储器为非空时立即给一个读请求信号，读取所述数据处理接收模块的先进先出存储器里面的数据；读取出来的数据根据第11位至14位和第27位至30位来判断为哪个温度采集器的数据，4’b0000为第一个温度采集器的数据，4’b0001为第二个温度采集器的数据，并根据第15位和第30位来还原温度的正负值。

所述显示及温度报警模块6，其与所述数据处理接收模块5相连，所述显示及温度报警模块接收所述温度数据，显示所述温度数据并根据所述温度数据判断是否超过预设温度，若超过则给发出报警信号，若没有超过则取消报警信号。所述显示及温度报警模块6由按键消抖子模块61、LCD1602显示子模块62、led灯显示子模块63、报警系统控制子模块64组成；其中：

按键消抖模块61主要是通过按键的延时消抖来进行控制，模块内部采用参数化设计，可以通过参数的改变来改变按键的控制数目。本申请采用了3个按键，一个按键用来控制温度报警阀值的选择，另外两个按键用来调节阀值温度的大小。

LCD1602显示模块62的主要作用是驱动LCD1602进行显示，其操作步骤是先写指令，后写数据。由于LCD1602的显示内容有限，但是又考虑到要显示多路实时温度以及多路报警温度，所以采用了分行显示报警阀值和实时温度发方式。实时温度精确值达到了0.0625度。

led灯显示模块63由18个LED灯组成，右边8个用作第一路温度数据的报警，左边8个用作第二路温度数据的报警。当出现报警信号时对应的LED灯按照流水灯形式进行不停的闪烁。

报警系统控制模块64主要完成报警温度阀值的加减，将两路温度传感器当前的实时温度与设定的阀值温度进行比较，当超过阀值温度时给出报警信号，低于报警温度时取消报警。