一种基于USB接口的设备状态监测及故障定位系统的制作方法

本实用新型属于电力电子检测技术领域，尤其涉及一种基于USB接口的设备状态监测及故障定位系统。

背景技术：

远程设备状态的实时监测与故障定位是系统稳定运行的关键保障，随着科学技术的进步,特别是以传感器技术、通信技术和嵌入式芯片技术为基础的现代信息技术的发展,以及测试理论的不断发展,实时数据采集和故障分析技术的发展也是日新月异。

传统的实时数据采集和故障分析方式采用内置式数据方式和外置式数据采集方式，内置式数据采集方式:即将高速、高精度连续采样系统控制和数据通道部分做成板卡的形式,插入计算机的扩展槽中,实现内置式的数据采集功能。这种方式需占用PCI/ISA总线扩展槽及相关资源,通过PCI/ISA总线的高速数据传输率实现PC与采样系统的大容量数据交换,其缺点是受计算机插槽数量、地址和中断资源的限制,安装不太方便,编程比较麻烦,且受计算机内部高频电磁脉冲的干扰,影响数据采集的精度和设备的稳定性。外置式数据采集方式一般是通过RS232接口与计算机相连,在一定程度上克服了内置式数据采集的缺点,但由于采用的是低速率的RS232接口,其最高数据传输率不超过115KbPs,同时传输的距离也不会超过15米,因此在对大批量数据进行采集时,采样系统与主机接口速度的瓶颈将导致部分数据丢失,失去连续采样的意义。

需要采用更好的数据采集方式,来克服以上方式的不足。USB高速数据接口的推出,极大的提高了数据传输速率。USB是近年来应用在PC领域的新型接口技术,随着各种类型的USB产品的陆续推出,USB通信的优点越来越广泛地被人们所熟知,至今已为各PC厂家所支持。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种基于USB接口的设备状态监测及故障定位系统，结构紧凑、耐用可靠，基于USB接口实现传感器组与上位机的通信，通过采集现场数据和设备状态信息，完成电器设备的调整和故障定位，达到远程控制数据采集、准确故障定位和提高资源使用率的目的。

本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：

一种基于USB接口的设备状态监测及故障定位系统，包括传感器组、模拟开关电路、信号调理电路、A/D转换器、FPGA电路、USB接口、显示控制电路和指示报警电路，其特征在于，所述FPGA电路包括FIFO模块和控制模块，所述传感器组连接所述模拟开关电路的输入端，所述模拟开关电路的输出端依次通过所述信号调理电路、A/D转换器和FIFO模块连接所述USB接口；所述显示控制电路和指示报警电路分别连接所FPGA电路；所述控制模块分别连接所述模拟开关电路、信号调理电路、A/D转换器和USB接口。

进一步的，所述传感器组包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和红外传感器，所述温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和红外传感器分别连接所述模拟开关电路的输入端。

进一步的，所述显示控制电路包括显示屏和物理按键，所述显示屏和物理按键分别连接所述FPGA电路。

进一步的，所述指示报警电路包括工作指示LED灯和报警指示灯LED，所述工作指示LED灯和报警指示灯LED分别连接所述FPGA电路。

进一步的，还包括壳体，所述壳体为长方体空腔结构，所述壳体的底部设置了通讯接口，所述通讯接口连接在所述传感器组与所述模拟开关电路之间；所述工作指示LED灯、报警指示灯LED、显示屏和物理按键设置在所述壳体的正面，所述USB接口设置在所述壳体的顶部，所述模拟开关电路、信号调理电路、A/D转换器和FPGA电路设置在所述壳体的内部。

进一步的，还包括无线通信电路，所述无线通信电路位于所述壳体顶部且连接所述FPGA电路。

进一步的，还包括电源电路，所述电源电路位于所述壳体内部且分别连信号调理电路、A/D转换器、FPGA电路和USB接口。

进一步的，还包括时钟电路，所述时钟电路位于所述壳体内部且分别连信号调理电路、A/D转换器、FPGA电路和USB接口。

本实用新型的一种基于USB接口的设备状态监测及故障定位系统具有以下有益效果：

本实用新型公开了一种基于USB接口的设备状态监测及故障定位系统，属于电力电子检测技术领域，该系统包括传感器组、模拟开关电路、信号调理电路、A/D转换器、FPGA电路、USB接口、显示控制电路和指示报警电路，FPGA电路包括FIFO模块和控制模块，传感器组连接模拟开关电路的输入端，模拟开关电路的输出端依次通过信号调理电路、A/D转换器和FIFO模块连接USB接口。本实用新型结构紧凑、耐用可靠，基于USB接口实现传感器组与上位机的通信，通过采集现场数据和设备状态信息，完成电器设备的调整和故障定位，达到远程控制数据采集、准确故障定位和提高资源使用率的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

图1是本实用新型提供的一种基于USB接口的设备状态监测及故障定位系统的第一实施例电路连接示意图；

图2是本实用新型提供的一种基于USB接口的设备状态监测及故障定位系统的第一实施例结构示意图；

图3是本实用新型提供的一种基于USB接口的设备状态监测及故障定位系统的第一实施例的模拟开关电路连接示意图；

图4是本实用新型提供的一种基于USB接口的设备状态监测及故障定位系统的第一实施例的信号调理电路连接示意图；

图5是本实用新型提供的一种基于USB接口的设备状态监测及故障定位系统的第一实施例的A/D转换器连接示意图；

图6是本实用新型提供的一种基于USB接口的设备状态监测及故障定位系统的第二实施电路连接示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。 术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。

实施例一

如图1所示，一种基于USB接口的设备状态监测及故障定位系统，包括传感器组1、模拟开关电路2、信号调理电路3、A/D转换器4、FPGA电路5、USB接口6、显示控制电路7和指示报警电路8，所述FPGA电路5包括FIFO模块和控制模块，所述传感器组1连接所述模拟开关电路2的输入端，所述模拟开关电路2的输出端依次通过所述信号调理电路3、A/D转换器4和FIFO模块连接所述USB接口6；所述显示控制电路7和指示报警电路8分别连接所FPGA电路5；所述控制模块分别连接所述模拟开关电路2、信号调理电路3、A/D转换器4和USB接口6。

进一步的，所述传感器组1包括温度传感器101、湿度传感器102、烟雾传感器103和红外传感器104，所述温度传感器101、湿度传感器102、烟雾传感器103和红外传感器104分别连接所述模拟开关电路2的输入端。

进一步的，所述显示控制电路7包括显示屏701和物理按键702，所述显示屏701和物理按键702分别连接所述FPGA电路5。

进一步的，所述指示报警电路8包括工作指示LED灯801和报警指示灯LED802，所述工作指示LED灯801和报警指示灯LED802分别连接所述FPGA电路5。

如图2所示，还包括壳体，所述壳体为长方体空腔结构，所述壳体的底部设置了通讯接口105，所述通讯接口105连接在所述传感器组1与所述模拟开关电路2之间；所述工作指示LED灯801、报警指示灯LED802、显示屏701和物理按键702设置在所述壳体的正面，所述USB接口6设置在所述壳体的顶部，所述模拟开关电路2、信号调理电路3、A/D转换器4和FPGA电路5设置在所述壳体的内部。

进一步的，还包括电源电路，所述电源电路位于所述壳体内部且分别连信号调理电路3、A/D转换器4、FPGA电路5和USB接口6。

进一步的，还包括时钟电路，所述时钟电路位于所述壳体内部且分别连信号调理电路3、A/D转换器4、FPGA电路5和USB接口6。

具体的，模拟开关电路2采用八路模拟开关CD4051芯片如图3所示。

如图4所示，信号调理电路3主要是对输入的电压信号进行处理,使其电压保持在0-5V范围以内,从而适应A/D转换芯片对输入信号的要求，此部分电路使用运放AD827芯片,该运放最高带宽为50MHz,单片集成两个运算放大器,分别用来进行信号放大和信号平移，整个运放功耗小于100mw。

如图5所示A/D转换器4采用高速且与微处理器兼容的AD7820转换芯片,是AD公司生产的8位并行输出的高速模数转换器,集成了高性能的抽样和保持放大器,只需+5v单电压供电,不需要外部时钟,且具有宽工作温度范围。

需要说明的是，所述FPGA电路5选用XC2Sl00-6PQ208C型FPGA芯片，该芯片支持三种配置模式:主机串行模式、从机串行模式、边界扫描模式。用户可以通过集成在FPGA开发板上的跳线选择器JPI选择相应的配置模式,对FPGA芯片进行编程和测试。

实施例二

如图6所示，一种基于USB接口6的设备状态监测及故障定位系统，包括传感器组1、模拟开关电路2、信号调理电路3、A/D转换器4、FPGA电路5、USB接口6、显示控制电路7和指示报警电路8，所述FPGA电路5包括FIFO模块和控制模块，所述传感器组1连接所述模拟开关电路2的输入端，所述模拟开关电路2的输出端依次通过所述信号调理电路3、A/D转换器4和FIFO模块连接所述USB接口6；所述显示控制电路7和指示报警电路8分别连接所FPGA电路5；所述控制模块分别连接所述模拟开关电路2、信号调理电路3、A/D转换器4和USB接口6。

进一步的，所述传感器组1包括温度传感器101、湿度传感器102、烟雾传感器103和红外传感器104，所述温度传感器101、湿度传感器102、烟雾传感器103和红外传感器104分别连接所述模拟开关电路2的输入端。

进一步的，所述显示控制电路7包括显示屏701和物理按键702，所述显示屏701和物理按键702分别连接所述FPGA电路5。

进一步的，所述指示报警电路8包括工作指示LED灯801和报警指示灯LED802，所述工作指示LED灯801和报警指示灯LED802分别连接所述FPGA电路5。

进一步的，还包括壳体，所述壳体为长方体空腔结构，所述壳体的底部设置了通讯接口105，所述通讯接口105连接在所述传感器组1与所述模拟开关电路2之间；所述工作指示LED灯801、报警指示灯LED802、显示屏701和物理按键702设置在所述壳体的正面，所述USB接口6设置在所述壳体的顶部，所述模拟开关电路2、信号调理电路3、A/D转换器4和FPGA电路5设置在所述壳体的内部。

进一步的，还包括无线通信电路9，所述无线通信电路9位于所述壳体顶部且连接所述FPGA电路5。

进一步的，还包括电源电路，所述电源电路位于所述壳体内部且分别连信号调理电路3、A/D转换器4、FPGA电路5和USB接口6。

进一步的，还包括时钟电路，所述时钟电路位于所述壳体内部且分别连信号调理电路3、A/D转换器4、FPGA电路5和USB接口6。

具体的，无线通信电路9采用CC2430芯片，基于Zigbee无线传感网技术进行无线通讯。该系统基于USB接口6实现传感器组1与上位机的通信，通过采集现场数据和设备状态信息，根据上位机和FPGA芯片内预设的参数阈值，分析判断当前环境是否需要调整，已经目前的电器设备的故障定位，达到远程控制数据采集、准确故障定位和提高资源使用率的目的。

需要说明的是，无线通信电路9可以根据实际情况选择Wifi、蓝牙等无线通讯芯片，实现与手持设备或者其他便携设备的通讯和交互，实现现场设备的即时调控和故障定位，进一步提高系统的工作效率。

本实用新型公开了一种基于USB接口6的设备状态监测及故障定位系统，属于电力电子检测技术领域，该系统包括传感器组1、模拟开关电路2、信号调理电路3、A/D转换器4、FPGA电路5、USB接口6、显示控制电路7和指示报警电路8，FPGA电路5包括FIFO模块和控制模块，传感器组1连接模拟开关电路2的输入端，模拟开关电路2的输出端依次通过信号调理电路3、A/D转换器4和FIFO模块连接USB接口6。本实用新型结构紧凑、耐用可靠，基于USB接口6实现传感器组1与上位机的通信，通过采集现场数据和设备状态信息，完成电器设备的调整和故障定位，达到远程控制数据采集、准确故障定位和提高资源使用率的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。