CN110244620A - 一种基于fpga的集成化数字配电控制器 - Google Patents

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李龙华
陈磊
田野
朱予辰
孙明熙
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Abstract

本发明公开一种基于FPGA的集成化数字配电控制器，包括：串口接收发送模块(1)、数据解析模块(2)、串口数据应答模块(3)、开关控制模块(4)、开关量监视模块(5)、模拟量采集模块(6)和复位控制模块(7)；通过RS422接口接收来自飞行控制装置的供配电指令，并在FPGA中进行指令译码与解析，执行相应的供配电操作；同时，控制器具备状态回读与实时监视的功能；本发明提高了控制***供配电集成化程度，减少***电磁干扰，并有效降低重量、体积和成本。

Description

一种基于FPGA的集成化数字配电控制器
技术领域
本发明涉及一种配电控制器，特别是一种基于FPGA的集成化数字配电控制器。
背景技术
传统配电器一般采用分离的电磁继电器组合而成，即用电磁继电器作为各***、单机的配电执行机构，直接使用硬件电平控制信号驱动继电器线包端，因此要求供配电设备与用电设备距离不能太远，并且由于大量的电磁继电器，设备尺寸、功率与温升、可靠性和测试性，已日渐成为制约***小体积、轻质化、低功耗和高可靠性要求的瓶颈问题。
集成化数字配电提供了一种新的供配电架构，多路配电输出可以高度集成，基于元器件级，以“数字化控制、集中散热和所有状态可监测”为特点的固体开关组合实现方式能够有效节省电缆使用数量，大大减小体积，降低重量，有效控制成本，且具有较好的环境适应性。使用FPGA的集成化数字配电控制器可以进一步提高供配电装置工作的稳定性与可靠性，且能够利用FPGA并行特性，全面监视开关量、模拟量等状态。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于FPGA的集成化数字配电控制器，解决供配电装置控制信号多、体积重量大和可靠性差的问题。
一种基于FPGA的集成化数字配电控制器，包括：串口接收发送模块、数据解析模块、串口数据应答模块、开关控制模块、开关量监视模块、模拟量采集模块和复位控制模块。
串口接收发送模块与数据解析模块相连，数据解析模块与开关控制模块和串口数据应答模块相连，开关量监视模块及模拟量采集模块与串口数据应答模块相连，串口数据应答模块与串口接收发送模块相连，复位控制模块与其它各模块相连。
串口接收发送模块的功能：采用被动应答式通信，接收到飞行控制装置命令后产生相应的动作，并根据用户指定的协议回复，完成通信。
数据解析模块功能：按照与飞行控制装置的通信协议，对串口接收发送模块接收到的命令数据包进行解析并校验；具备多种类型数据解析处理能力，并根据命令形成相应的控制信号，告知串口数据应答模块与开关输出控制模块。
串口数据应答模块功能：以被动方式响应飞行控制装置的命令，根据应用层通信协议打包回复数据，并通过串口接收发送模块逐字节向飞行控制装置回复数据。
开关控制模块功能：根据按照数据解析模块的控制信号，驱动对应固态继电器开关的导通与关断；此外，开关控制模块还能够根据外部紧急控制信号，直接切断固态继电器开关，以提高***安全性。
开关量监视模块功能：实时监视固态继电器开关状态，并对开关量输入信号进行有效的滤波处理，能够保证获取真实、稳定的输入信号状态；能够对外部输入的断电控制信号进行有效性检查，符合条件时，直接通知开关控制模块进行断电操作；并能够锁定外部有效控制信号，用于记录设备所处应用环境。
模拟量采集模块功能：周期性采集外部电压、电流值，有序切换采集通道，并对采集结果进行排序，排除最大最小数据，并对有效数据进行均值操作，模拟量采集结果通过寄存器提供给串口数据应答模块，用于回复飞行控制装置的命令。
复位控制模块功能：在上电后完成对其它模块进行复位操作，尤其是对开关控制模块进行复位控制，确保所有开关不存在误动作，各模块正常工作后，复位控制模块将封锁复位，确保其它各模块工作稳定可靠。
复位控制模块接收来自外部的复位信号，并对其它各模块进行复位，使其它各模块具备明确的初始状态。控制器采取被动应答方式，通过串口接收发送模块接收来自飞行控制装置的命令，并由数据解析模块自动解析应用层协议并进行校验与帧格式判断，根据命令内容，译码出相应的控制信号，通过开关控制模块驱动固态继电器驱动器，进而控制固态继电器的开通与关断。开关量监视模块与模拟量采集模块不受串口控制命令的影响，监视与采集按照固定周期执行，执行结果输出使用寄存器，供串口数据应答模块使用。开关量的监视进行合理的滤波处理，以确保开关量采集状态的稳定可靠；模拟量采集进行排序、去除最大数与最小数，然后均值处理，确保模拟量采集的准确性。串口数据应答模块能够依据命令类型，自动生成回复数据，完成与飞行控制装置的通信。
附图说明
图1一种基于FPGA的集成化数字配电控制器组成示意图。
1.串口接收发送模块 2.数据解析模块 3.串口数据应答模块 4.开关控制模块 5.开关量监视模块 6.模拟量采集模块 7.复位控制模块
具体实施方式
一种基于FPGA的集成化数字配电控制器，包括：串口接收发送模块1、数据解析模块2、串口数据应答模块3、开关控制模块4、开关量监视模块5、模拟量采集模块6和复位控制模块7。
串口接收发送模块1与数据解析模块2相连，数据解析模块2与开关控制模块4和串口数据应答模块3相连，开关量监视模块5及模拟量采集模块6与串口数据应答模块3相连，串口数据应答模块3与串口接收发送模块1相连，复位控制模块7与其它各模块相连。
串口接收发送模块1的功能：采用被动应答式通信，接收到飞行控制装置命令后产生相应的动作，并根据用户指定的协议回复，完成通信。
数据解析模块2功能：按照与飞行控制装置的通信协议，对串口接收发送模块1接收到的命令数据包进行解析并校验；具备多种类型数据解析处理能力，并根据命令形成相应的控制信号，告知串口数据应答模块3与开关输出控制模块4。
串口数据应答模块3功能：以被动方式响应飞行控制装置的命令，根据应用层通信协议打包回复数据，并通过串口接收发送模块1逐字节向飞行控制装置回复数据。
开关控制模块4功能：根据按照数据解析模块2的控制信号，驱动对应固态继电器开关的导通与关断；此外，开关控制模块4还能够根据外部紧急控制信号，直接切断固态继电器开关，以提高***安全性。
开关量监视模块5功能：实时监视固态继电器开关状态，并对开关量输入信号进行有效的滤波处理，能够保证获取真实、稳定的输入信号状态；能够对外部输入的断电控制信号进行有效性检查，符合条件时，直接通知开关控制模块4进行断电操作；并能够锁定外部有效控制信号，用于记录设备所处应用环境。
模拟量采集模块6功能：周期性采集外部电压、电流值，有序切换采集通道，并对采集结果进行排序，排除最大最小数据，并对有效数据进行均值操作，模拟量采集结果通过寄存器提供给串口数据应答模块3，用于回复飞行控制装置的命令。
复位控制模块7功能：在上电后完成对其它模块进行复位操作，尤其是对开关控制模块4进行复位控制，确保所有开关不存在误动作，各模块正常工作后，复位控制模块7将封锁复位，确保其它各模块工作稳定可靠。
复位控制模块7接收来自外部的复位信号，并对其它各模块进行复位，使其它各模块具备明确的初始状态。控制器采取被动应答方式，通过串口接收发送模块1接收来自飞行控制装置的命令，并由数据解析模块2自动解析应用层协议并进行校验与帧格式判断，根据命令内容，译码出相应的控制信号，通过开关控制模块4驱动固态继电器驱动器，进而控制固态继电器的开通与关断。开关量监视模块5与模拟量采集模块6不受串口控制命令的影响，监视与采集按照固定周期执行，执行结果输出使用寄存器，供串口数据应答模块3使用。开关量的监视进行合理的滤波处理，以确保开关量采集状态的稳定可靠；模拟量采集进行排序、去除最大数与最小数，然后均值处理，确保模拟量采集的准确性。串口数据应答模块3能够依据命令类型，自动生成回复数据，完成与飞行控制装置的通信。

Claims (8)

1.一种基于FPGA的集成化数字配电控制器，其特征在于包括：串口接收发送模块(1)、数据解析模块(2)、串口数据应答模块(3)、开关控制模块(4)、开关量监视模块(5)、模拟量采集模块(6)和复位控制模块(7)；
串口接收发送模块(1)与数据解析模块(2)相连，数据解析模块(2)与开关控制模块(4)和串口数据应答模块(3)相连，开关量监视模块(5)及模拟量采集模块(6)与串口数据应答模块(3)相连，串口数据应答模块(3)与串口接收发送模块(1)相连，复位控制模块(7)与其它各模块相连；
复位控制模块(7)接收来自外部的复位信号，并对其它各模块进行复位，使其它各模块具备明确的初始状态；控制器采取被动应答方式，通过串口接收发送模块(1)接收来自飞行控制装置的命令，并由数据解析模块(2)自动解析应用层协议并进行校验与帧格式判断，根据命令内容，译码出相应的控制信号，通过开关控制模块(4)驱动固态继电器驱动器，进而控制固态继电器的开通与关断；开关量监视模块(5)与模拟量采集模块(6)不受串口控制命令的影响，监视与采集按照固定周期执行，执行结果输出使用寄存器，供串口数据应答模块(3)使用；开关量的监视进行合理的滤波处理，以确保开关量采集状态的稳定可靠；模拟量采集进行排序、去除最大数与最小数，然后均值处理，确保模拟量采集的准确性；串口数据应答模块(3)能够依据命令类型，自动生成回复数据，完成与飞行控制装置的通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的集成化数字配电控制器，其特征在于所述串口接收发送模块(1)的功能：采用被动应答式通信，接收到飞行控制装置命令后产生相应的动作，并根据用户指定的协议回复，完成通信。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的集成化数字配电控制器，其特征在于所述数据解析模块(2)的功能：按照与飞行控制装置的通信协议，对串口接收发送模块(1)接收到的命令数据包进行解析并校验；具备多种类型数据解析处理能力，并根据命令形成相应的控制信号，告知串口数据应答模块(3)与开关输出控制模块(4)。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的集成化数字配电控制器，其特征在于所述串口数据应答模块(3)的功能：以被动方式响应飞行控制装置的命令，根据应用层通信协议打包回复数据，并通过串口接收发送模块(1)逐字节向飞行控制装置回复数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的集成化数字配电控制器，其特征在于所述开关控制模块(4)的功能：根据按照数据解析模块(2)的控制信号，驱动对应固态继电器开关的导通与关断；此外，开关控制模块(4)还能够根据外部紧急控制信号，直接切断固态继电器开关，以提高***安全性。
6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的集成化数字配电控制器，其特征在于所述开关量监视模块(5)的功能：实时监视固态继电器开关状态，并对开关量输入信号进行有效的滤波处理，能够保证获取真实、稳定的输入信号状态；能够对外部输入的断电控制信号进行有效性检查，符合条件时，直接通知开关控制模块进行断电操作；并能够锁定外部有效控制信号，用于记录设备所处应用环境。
7.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的集成化数字配电控制器，其特征在于所述模拟量采集模块(6)的功能：周期性采集外部电压、电流值，有序切换采集通道，并对采集结果进行排序，排除最大最小数据，并对有效数据进行均值操作，模拟量采集结果通过寄存器提供给串口数据应答模块(3)，用于回复飞行控制装置的命令。
8.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的集成化数字配电控制器，其特征在于所述复位控制模块(7)的功能：在上电后完成对其它模块进行复位操作，尤其是对开关控制模块(4)进行复位控制，确保所有开关不存在误动作，各模块正常工作后，复位控制模块(7)将封锁复位，确保其它各模块工作稳定可靠。
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