CN103235542A

CN103235542A - 一种基于fpga的多路标准信号采集传输装置

Info

Publication number: CN103235542A
Application number: CN2013101665258A
Authority: CN
Inventors: 魏静微; 谢颖
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2013-08-07

Abstract

本发明涉及一种基于 FPGA 的多路标准信号采集传输方法及专用装置。目前市场上也有一些基于单片机控制的多路数据采集装置，但受其单任务处理模式及工作速度等的影响，为保证采样频率，采样路数无法做得很多，但扩展性不好。一种基于 FPGA 的多路标准信号采集传输装置，其组成包括 : 基于 FPGA 的多路标准信号采集传输装置，其组成包括 : 壳体，所述的壳体中装有多路信号标准传感器、触摸屏、上位机；所述的信号采集装置中包括控制单元、数据传输单元、数据存储单元、数据采集单元、信号调理单元，所述的控制单元分别连接数据传输单元、数据存储单元、数据采集单元，所述的数据采集单元连接信号调理单元。本发明用于测控领域，满足了工业现场对多路信号采集的实时采样、实时处理的要求。

Description

一种基于FPGA的多路标准信号采集传输装置

技术领域：

本发明涉及测控领域，具体涉及一种基于FPGA的多路标准信号采集传输装置和信号传输方法。

背景技术：

现有许多需要多点数据监测的领域多采用人工现场操作的信息收集方式，需要消耗大量的人力资源，而且实时性差、采集过程繁琐，目前市场上也有一些基于单片机控制的多路数据采集装置，但受其单任务处理模式及工作速度等的影响，为保证采样频率，采样路数无法做得很多，但扩展性不好，采用FPGA作为控制单元，可以控制多个AD转换器同时并行工作，在保证数据采集精度的同时大幅度提高了采样速率，满足了工业现场对多路信号采集的实时采样、实时处理的要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种多路标准信号采集传输方法及其专用设备装置，在保证数据采集精度的同时不牺牲采样速率，采样速率完全由所选的AD转换器决定，并且该装置扩展性好，如需增加采集通道，只需要扩充数据采集单元即可，同时该装置数据传输单元要求具有两个通讯接口，可以分别接触摸屏和上位机，实现本地和远程数据监测。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于FPGA的多路标准信号采集传输装置，其组成包括:壳体，所述的壳体中装有多路信号标准传感器、触摸屏、上位机；所述的信号采集装置中包括控制单元、数据传输单元、数据存储单元、数据采集单元、信号调理单元，所述的控制单元分别连接数据传输单元、数据存储单元、数据采集单元，所述的数据采集单元连接信号调理单元。

所述的基于FPGA的多路标准信号采集传输装置，所述的多路信号标准传感器连接信号调理单元，所述的数据传输单元分别连接所述的触摸屏、所述的上位机。

一种基于FPGA的多路标准信号采集传输装置，其组成包括：主板，底板和扩展板，外壳采用PLC外壳，主板包括FPGA和FPGA供电电路和与底板及扩展板的接口构成，控制单元、数据存储单元和数据传输单元的UART模块和MODBUS RTU协议处理模块等全部集成在一块FPGA中；底板包括信号调理单元、数据采集单元、电源电路和数据传输单元中两个隔离的RS485通讯接口，主板与底板通过双排插针插座连接，外部多路传感器通过弹簧端子与底板连接，扩展板可以通过扁平电缆与主板连接实现扩展，未扩展时采集装置可以采集64路4-20mA标准信号，扩展后可以采集96路4-20mA标准信号，采样精度为16位，采样速率为2秒/次。

一种上述的基于FPGA的多路标准信号采集传输装置进行信号采集传输的方法，通过信号调理单元，将多路标准4-20mA电流信号转换为数据采集单元可接受的电压信号；数据采集单元，用于对所述信号调理单元信号调理后输出的电压信号进行模数转换，采样获取各路被采集的标准信号数据；所述的数据存储单元，用于对数据采集单元采集的信号数据进行存储；所述的控制单元，用于对数据采集单元、数据存储单元、数据传输单元进行操作控制，是整个信号采集传输装置的核心；数据传输单元，与触摸屏和上位机通过RS485接口连接，通过MODBUS RTU协议将数据传输至触摸屏和上位机，所述的控制单元，采用FPGA作为控制芯片，通过verilog语言编程实现逻辑及时序控制，对数据采集单元中的多个AD转换芯片进行通道及采样控制，将采集到的各路数据存储到数据存储单元中，通过数据传输单元将数据传输到上位机及触摸屏，所述的数据采集单元，由多个多通道串行AD转换芯片构成，通过控制单元实现多个AD转换器同时并行工作，在保证数据采集精度的同时大幅度提高了采样速率，并且数据采集单元可扩展性好，如需增加采集通道，只需要扩充数据采集单元即可，所述的数据存储单元，采用双端口RAM模块，一个端口只写用于存储AD转换结果，一个端口只读用于数据通讯，避免AD模块与通讯模块同时选中同一个存储单元出现错误；所述的数据传输单元，包括两个隔离的485通讯接口、UART模块和MODBUS RTU协议处理模块。通过MODBUS RTU协议将采集数据传输至触摸屏和上位机。

有益效果：

1.本发明由多个多通道串行AD转换芯片构成，通过控制单元实现多个AD转换器同时并行工作，在保证数据采集精度的同时大幅度提高了采样速率。

本发明数据存储单元，采用双端口RAM模块，一个端口只写用于存储AD转换结果，一个端口只读用于数据通讯，避免AD模块与通讯模块同时选中同一个存储单元出现错误。

本发明于采用FPGA作为控制芯片，通过verilog语言编程实现逻辑及时序控制。

本发明数据采集单元可扩展性好，如需增加采集通道，只需要扩充数据采集单元即可。

本发明数据传输单元具有两个通讯接口，可以分别接触摸屏和上位机，实现本地和远程数据监测。采用FPGA作为控制单元，可以控制多个AD转换器同时并行工作，在保证数据采集精度的同时大幅度提高了采样速率，采样速率完全由所选的AD转换器决定。并且该装置扩展性好，如需增加采集通道，只需要扩充数据采集单元即可，控制单元将采集到的各路数据存储到数据存储单元，数据存储单元采用双端口RAM模块，一个端口只写用于存储AD转换结果，一个端口只读用于数据通讯，避免AD模块与通讯模块同时选中同一个存储单元出现错误，同时该装置数据传输单元包括两个隔离的RS485通讯接口、UART模块和MODBUS RTU协议处理模块，通过MODBUS RTU协议将采集数据传输至触摸屏和上位机，实现本地和远程数据监测。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种基于FPGA的多路标准信号采集传输装置，其组成包括:壳体，所述的壳体中装有多路信号标准传感器6、触摸屏7、上位机8；所述的信号采集装置中包括控制单元1、数据传输单元2、数据存储单元2、数据采集单元3、数据采集单元4、信号调理单元5，所述的控制单元分别连接数据传输单元、数据存储单元、数据采集单元，所述的数据采集单元连接信号调理单元。

实施例2：

实施例1所述的一种基于FPGA的多路标准信号采集传输方法，通过信号调理单元，将多路标准4-20mA电流信号转换为数据采集单元可接受的电压信号；数据采集单元，用于对所述信号调理单元信号调理后输出的电压信号进行模数转换，采样获取各路被采集的标准信号数据；所述的数据存储单元，用于对数据采集单元采集的信号数据进行存储；所述的控制单元，用于对数据采集单元、数据存储单元、数据传输单元进行操作控制，是整个信号采集传输装置的核心；数据传输单元，可以与触摸屏和上位机通过RS485接口连接，通过MODBUS RTU协议将数据传输至触摸屏和上位机，所述的控制单元，采用FPGA作为控制芯片，通过verilog语言编程实现逻辑及时序控制，对数据采集单元中的多个AD转换芯片进行通道及采样控制，将采集到的各路数据存储到数据存储单元中，通过数据传输单元将数据传输到上位机及触摸屏，所述的数据采集单元，由多个多通道串行AD转换芯片构成，通过控制单元实现多个AD转换器同时并行工作，在保证数据采集精度的同时大幅度提高了采样速率，并且数据采集单元可扩展性好，如需增加采集通道，只需要扩充数据采集单元即可，所述的数据存储单元，采用双端口RAM模块，一个端口只写用于存储AD转换结果，一个端口只读用于数据通讯，避免AD模块与通讯模块同时选中同一个存储单元出现错误；所述的数据传输单元，包括两个隔离的485通讯接口、UART模块和MODBUS RTU协议处理模块。通过MODBUS RTU协议将采集数据传输至触摸屏和上位机。

实施例3：

一种实施例2所述的基于FPGA的多路标准信号采集传输方法使用的设备，其组成包括:主板，底板和扩展板构成，外壳采用PLC外壳，主板包括FPGA和FPGA供电电路和与底板及扩展板的接口构成，控制单元、数据存储单元和数据传输单元的UART模块和MODBUS RTU协议处理模块等全部集成在一块FPGA中；底板包括信号调理单元、数据采集单元、电源电路和数据传输单元中两个隔离的RS485通讯接口，主板与底板通过双排插针插座连接，外部多路传感器通过弹簧端子与底板连接，扩展板可以通过扁平电缆与主板连接实现扩展，未扩展时采集装置可以采集64路4-20mA标准信号，扩展后可以采集96路4-20mA标准信号，采样精度为16位，采样速率为2秒/次（全部通道）。

Claims

1.一种基于FPGA的多路标准信号采集传输装置，其组成包括:壳体，其特征是: 所述的壳体中装有多路信号标准传感器、触摸屏、上位机；所述的信号采集装置中包括控制单元、数据传输单元、数据存储单元、数据采集单元、信号调理单元，所述的控制单元分别连接数据传输单元、数据存储单元、数据采集单元，所述的数据采集单元连接信号调理单元。

2.根据权利1所述的基于FPGA的多路标准信号采集传输装置，其特征是：所述的多路信号标准传感器连接信号调理单元，所述的数据传输单元分别连接所述的触摸屏、所述的上位机。

3.一种基于FPGA的多路标准信号采集传输装置，其组成包括：主板，底板和扩展板，其特征是：外壳采用PLC外壳，主板包括FPGA和FPGA供电电路和与底板及扩展板的接口构成，控制单元、数据存储单元和数据传输单元的UART模块和MODBUS RTU协议处理模块等全部集成在一块FPGA中；底板包括信号调理单元、数据采集单元、电源电路和数据传输单元中两个隔离的RS485通讯接口，主板与底板通过双排插针插座连接，外部多路传感器通过弹簧端子与底板连接，扩展板可以通过扁平电缆与主板连接实现扩展，未扩展时采集装置可以采集64路4-20mA标准信号，扩展后可以采集96路4-20mA标准信号，采样精度为16位，采样速率为2秒/次。

4．一种权利要求1或2或3所述的基于FPGA的多路标准信号采集传输装置进行信号采集传输的方法，其特征是：通过信号调理单元，将多路标准4-20mA电流信号转换为数据采集单元可接受的电压信号；数据采集单元，用于对所述信号调理单元信号调理后输出的电压信号进行模数转换，采样获取各路被采集的标准信号数据；所述的数据存储单元，用于对数据采集单元采集的信号数据进行存储；所述的控制单元，用于对数据采集单元、数据存储单元、数据传输单元进行操作控制，是整个信号采集传输装置的核心；数据传输单元，与触摸屏和上位机通过RS485接口连接，通过MODBUS RTU协议将数据传输至触摸屏和上位机，所述的控制单元，采用FPGA作为控制芯片，通过verilog语言编程实现逻辑及时序控制，对数据采集单元中的多个AD转换芯片进行通道及采样控制，将采集到的各路数据存储到数据存储单元中，通过数据传输单元将数据传输到上位机及触摸屏，所述的数据采集单元，由多个多通道串行AD转换芯片构成，通过控制单元实现多个AD转换器同时并行工作，在保证数据采集精度的同时大幅度提高了采样速率，并且数据采集单元可扩展性好，如需增加采集通道，只需要扩充数据采集单元即可，所述的数据存储单元，采用双端口RAM模块，一个端口只写用于存储AD转换结果，一个端口只读用于数据通讯，避免AD模块与通讯模块同时选中同一个存储单元出现错误；所述的数据传输单元，包括两个隔离的485通讯接口、UART模块和MODBUS RTU协议处理模块。通过MODBUS RTU协议将采集数据传输至触摸屏和上位机。