专利名称：基于fpga的128路热保护器并行检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于信号检测领域，具体涉及一种用于热保护器批量检测的专用系统，更具体涉及一种基于FPGA的128路热保护器并行检测系统。
背景技术：
热保护器又称温度开关或温度继电器，是一种由双金属片制成的热保护元件，广泛应用于电机、家用电器等多种发热电器的保护回路中。分为触点常闭和常开两种。当温度升高至动作温度值时，双金属片受热产生内应力而迅速动作，打开/闭合触点，实现切断/接通电路，从而起到热保护作用。当温度降到复位温度时，触点自动闭合/断开，恢复正常工作状态。热保护器在到达动作温度时若不能迅速动作，发生较长时间抖动，导致动作时间超过允许动作时间，这样的产品称为动作闪动(抖动)品。同样，在复位时不能迅速复位,复位时发生较长时间抖动,导致复位时间超过允许复位时间,这样的产品称为复位闪动(抖动)品。热保护器的生产厂家在热保护器出厂时要进行检测，检测其温度特性，动作与复位特性等，并进行分类。温度特性包括动作温度、复位温度，动作与复位特性包括不动作、不复位、动作闪动、复位闪动、复位不同步。热保护器的全国年总产量在10亿只左右，每个热保护器生产厂家日产量也在几万、几十万甚至上百万。热保护器的检测方法一般为电路检测方法。将批量热保护器接入检测电路，热保护器固定于特制的夹具上置入烘箱，烘箱按照一定的温度曲线进行升温、降温，在此过程中检测热保护器的开关状态，并进行判断。热保护器的性能检测主要采用手工测试法，其存在的最大问题是无法按照国家标准的要求检测产品。再加上不同生产厂家，不同型号、规格的热保护器，其特性往往有所不同，尤其是闪动的特性，这成为了热保护器大批量检测的瓶颈。研发能够准确、可靠地检测出闪动特性、复位不同步特性，并可设定检测标准的检测系统是非常有意义和市场前景的。
目前，一些国内的热保护器生产厂家引进或研发了一些自动化的批量检测设备。这些检测设备中的微控制器一般由单片机系统构成，数据采集部分通过扩展单片机总线或者增加单片机数量来实现，并配有上位机用于监控、显示、打印等。单片机负责控温、检测被测热保护器的通断状态并读取温度值。这些检测设备往往采用的是循环扫描的串行检测方式，要求对全部产品扫描一遍的时间要小于一个触点允许的抖动时间，否则就会产生漏检，而对于不同的厂家，不同型号、规格的热保护器，其允许的抖动时间不同。对于复位不同步的产品，其闪动时间可能只有IOus或者更小，一般的单片机系统基本上检测不出来。这样的检测方法不易提高一次批量检测的数量，且要求微控制器的处理速度足够快、抗干扰能力强。这必然导致系统造价昂贵，可靠性降低。热保护器批量检测系统能否判定热保护器的闪动特性、复位不同步特性的关键是数据采集部分。不同型号、规格的热保护器的允许抖动时间不同，对于复位不同步的产品，其闪动时间可能只有IOus或者更小。现有的完全依靠微控制器速度的数据采集检测方法很难准确、可靠地检测出闪动产品和复位不同步产品，并且集成度低，价格昂贵。
实用新型内容实用新型目的:针对上述现有技术存在的问题和不足，本实用新型的目的是提供一种基于FPGA的128路热保护器并行检测系统，确保准确、可靠地检测出热保护器闪动特性、复位不同步特性。技术方案:为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为一种基于FPGA的128路热保护器并行检测系统，包括高速光耦、现场可编程门阵列(FPGA)、微控制器和上位机，128路热保护器的输出端依次连接高速光耦、现场可编程门阵列、微控制器和上位机。进一步的，所述128路热保护器置于烘箱中，通过高温导线引出与高速光耦相连接。进一步的，所述高速光耦的型号为TLP2530。进一步的，所述现场可编程门阵列的型号为EP1C6Q240C8N。进一步的，所述现场可编程门阵列的输出端以3根控制线、9根地址线和I根数据线的三总线形式与微控制器连接。进一步的，所述微控制器为单片机。进一步的，所述微控制器的输出端通过485通信接口与上位机相连接。有益效果:1.FPGA的处理速度快。用FPGA实现批量热保护器并行高频采样，记载、分析、存储其闪动特性、复位不同步特性等瞬时信息，确保准确、可靠地采集到热保护器闪动特性、复位不同步特性信息。 2.将高速数据采集、分析和信息储存集成在一起的FPGA芯片极大地减少了分立器件的数量，提高了集成度、可靠性和抗干扰能力，减小了系统成本和体积，并缩短了设计周期，提高了设计效率，并可在线修改设计。3.由高速光耦和FPGA构成的数据采集系统既能满足实时采集的要求，又实现了信号隔离，也可应用在基于脉冲高压的热保护器检测系统中。4.应用本实用新型实现的检测系统只需配置一片普通的微控制器，降低了对微控制器处理速度的要求，并且便于扩展，提高了一次批量检测的数量。
图1为现有热保护器批量检测系统结构框图；图2为基于FPGA的128路热保护器并行检测系统结构框图；图3为FPGA中实现一路信号检测的电路逻辑结构框图；图4为FPGA外部输入输出逻辑不图；图5为FPGA内部16路数据采集逻辑结构图；图6为FPGA全局时钟分频为低频时钟和高频时钟逻辑结构图；图7为FPGA内部128路数据采集逻辑结构图；图8为基于FPGA的128路热保护器并行检测系统各部分的连接示意图。
具体实施方式
[0026]
以下结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。现有热保护器批量检测系统采用的是串行检测方式，其结构框图如图1所示。本实用新型将现有热保护器批量检测系统改进为并行检测方式，结构如图2所示。所改进的内容是:在光耦隔离和微控制器之间增加了现场可编程门阵列FPGA实现信号并行检测，用于信号隔离的光耦采用高速光耦。具体描述如下:本系统由128路热保护器输入、高速光耦、现场可编程门阵列FPGA、微控制器、上位机组成。128路热保护器置于烘箱中，通过高温导线引出与高速光耦相连接。高速光耦输出与FPGA相连接，起信号隔离作用，型号为TLP2530。FPGA为ALTERA公司Cyclone系列EP1C6Q240C8N型号，全局时钟晶振为40M有源晶振。FPGA输出以3根控制线、9根地址线、I根数据线的三总线形式与微控制器连接。微控制器由单片机系统构成，微控制器输出通过485通信接口与上位机相连接。针对热保护器批量检测系统，不但要检测出热保护器的温度特性，而且要检测出其闪动特性、复位不同步特性。采用传统的检测方案因基于串行工作机制的微控制器端口和处理速度有限，难以实现。本实用新型提出基于FPGA的批量热保护器并行检测系统，通过FPGA实时记录热保护器的闪动特性、复位不同步特性并存储，最后再将所存储的热保护器闪动特性、复位不同步特性向微控制器传送。本实用新型的原理是判定热保护器的闪动特性、复位不同步特性需要高速数据采集，以实现全信息采集，并进行实时分析与信息存储，而判定热保护器的动作与复位不需要高速数据采集。本实用新型是在现有的热保护器批量检测系统的基础上对其中数据采集部分的改进，能够实现热保护器特性信息的高速并行采集、分析与信息存储，从而实现对热保护器的闪动特性、复位不同步特性的准确判定。应用现场可编程门阵列FPGA对128路热保护器进行并行检测，每一路的电路结构是相同的。FPGA中实现一路信号检测的电路逻辑结构框图如图3所示。当选择开关与I接通时，信号输出锁存器中锁存 输入信号；当选择开关与2接通时，信号输出锁存器锁存热保护器闪动特性、复位不同步特性的测试结果。选择开关、128路信号输出锁存器与FPGA中建立的总线相连接，包括3根控制线、9根地址线、I根数据线。FPGA中的总线再与微控制器相连接。 基于FPGA的128路热保护器并行检测系统的FPGA部分的设计描述如下:FPGA内部电路逻辑结构设计如图4、图5、图6和图7所不，各图中FPGA外部输入、输出信号，内部信号定义如表I所不。表I
权利要求1.一种基于FPGA的128路热保护器并行检测系统，其特征在于:包括高速光耦、现场可编程门阵列、微控制器和上位机，128路热保护器的输出端依次连接高速光耦、现场可编程门阵列、微控制器和上位机。
2.根据权利要求1所述基于FPGA的128路热保护器并行检测系统，其特征在于:所述128路热保护器置于烘箱中，通过高温导线引出与高速光耦相连接。
3.根据权利要求1所述基于FPGA的128路热保护器并行检测系统，其特征在于:所述高速光耦的型号为TLP2530。
4.根据权利要求1所述基于FPGA的128路热保护器并行检测系统，其特征在于:所述现场可编程门阵列的型号为EP1C6Q240C8N。
5.根据权利要求1所述基于FPGA的128路热保护器并行检测系统，其特征在于:所述现场可编程门阵列的输出端以3根控制线、9根地址线和I根数据线的三总线形式与微控制器连接。
6.根据权利要求1所述基于FPGA的128路热保护器并行检测系统，其特征在于:所述微控制器为单片机。
7.根据权利要求1所述基于FPGA的128路热保护器并行检测系统，其特征在于:所述微控制器的输出端通过485通信接口与上位机相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种基于FPGA的128路热保护器并行检测系统，包括高速光耦、现场可编程门阵列、微控制器和上位机，128路热保护器的输出端依次连接高速光耦、现场可编程门阵列、微控制器和上位机。本实用新型确保准确、可靠地检测出热保护器闪动特性、复位不同步特性。
文档编号G01R31/327GK203101590SQ20132005768
公开日2013年7月31日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者张 杰, 王宏华, 闫兆宾 申请人:河海大学