基于同步串行总线技术的开关量输入信号采集板的制作方法

本实用新型属于一种电力设备插件，主要用于电气自动化设备开关量输入信号的采集，为电气自动化设备常用板卡，可带电插拔而不烧坏设备。

背景技术：

传统的电气自动化装置各板卡间的通信大部分使用信号直接传送的方式。信号直接传送方式是使用信号的有或者无来代表信号的有效性和无效性。这种方式有一个明显的缺点：当信号路径中断时，信号的接收端将无法确定信号的状态。而使用FPGA可方便地实现高可靠性的有线实时数据传输。在发送端，需要传送的数据先通过编码模块编码后，由光纤、电缆等有线网络发送；在接收端，经过前端接收调整电路后的信号送入FPGA，由解码电路解码后输出。解码电路同时还将输出接收到的数据是否出错、网络连接是否中断等信息，从而保证输出的数据真实可靠。

该方案具有实时性好、可控性高、组织灵活和物理连接少等特点。可有效的节省PCB板空间和成本。

为了更好地兼容电气自动化设备，采用基于同步串行总线技术的开关量输入信号采集板，可以很好的解决设备的扩容需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术上的不足，提出基于同步串行总线技术的开关量输入信号采集板，填补了国内外相关技术领域的空白。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于同步串行总线技术的开关量输入信号采集板，包括光电耦合器、FPGA、LVDS收发器；其特征为：

所述光电耦合器的输入端连接到采集板的端子排；

所述光电耦合器的输出端与FPGA相连；

所述FPGA通过LVDS收发器与主控制板相连。

本实用新型还进一步包括以下优选方案:

所述的开关量输入信号采集板内置光电耦合器，采集板输出的开关量信号具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

所述的开关量输入信号采集板内置FPGA，能实现高可靠性的有线实时数据传输。

所述LVDS收发器将FPGA输出的电平信号转换为差分信号，提高了FPGA与主控制板的传输速度。

所述的开关量输入信号采集板可带电插拔。

基于同步串行总线技术的开关量输入信号采集板的工作原理是：输入的开关量等电信号驱动光电耦合器内的发光二极管，使之发出一定波长的光，被光电耦合器内的光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力，光电耦合器输出的信号经FPGA编码和解码后，通过LDVS收发器与主控制板通信，达到高可靠性的有线实时数据传输，从而实现开关量输入信号的采集。

本实用新型的优点如下：

1.基于同步串行总线技术的开关量输入信号采集板采用网络通信模式，可实现高可靠性的有线实时数据传输，具有实时性好、可控性高、组织灵活和物理连接少的特点。可有效的节省PCB板空间和成本。

2.板卡采用插拔式结构，可以在带电状态下插拔而不烧坏主机。

3.基于同步串行总线技术的开关量输入信号采集板对于电气自动化设备容量的扩展非常便利，采集板可以随意插入扩展槽，只需要更改主板程序即可。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

其中B1-1、...、B1-16表示16个通道的光电耦合器；B2-1为FPGA、A3-1为LVDS收发器。

图2是数据传输模型图。

图3是光电耦合原理图。

具体实施方式

下面结合说明书如图，通过具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

本实用新型提出了一种基于同步串行总线技术的开关量输入信号采集板。采集板的工作原理是：输入的开关量等电信号驱动光电耦合器内的发光二极管，使之发出一定波长的光，被光电耦合器内的光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力，光电耦合器输出的信号经FPGA编码和解码后，通过LDVS收发器与主控制板通信，达到高可靠性的有线实时数据传输，从而实现开关量输入信号的采集。

采集板由光电耦合器、FPGA、LVDS收发器组成，所有元器件焊装在一块PCB板上。

采集板原理如图1所示，光电耦合器B1-1～B1-16、FPGAB2-1、LVDS收发器B3-1。输入的开关量等电信号驱动光电耦合器内的发光二极管，使之发出一定波长的光，被光电耦合器内的光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力，光电耦合器输出的信号经FPGA编码和解码后，通过LDVS收发器与主控制板B4-1通信，达到高可靠性的有线实时数据传输，从而实现开关量输入信号的采集。

数据传输模型如图2所示，由光电耦合器101处理过的开关量信号以“并行数据”传输方式与FPGA201相连，经FPGA编码解码后，通过LVDS收发器301以“串行数据”方式与主控制板401通信，从而实现高可靠性的有线实时数据传输。

光电耦合原理如图3所示，输入的开关量等电信号驱动光电耦合器内的发光二极管，使之发出一定波长的光，被光电耦合器内的光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。