CN109030972A - 基于fpga的多通道液晶模组测试电源监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的多通道液晶模组测试电源监控装置，包括CPU模块、数据包缓存模块、多通道数据组包模块和至少一个数据采集与处理模块；CPU模块用于接收电源主控设备发出的开电指令，根据开电指令打开各通道测试电源；数据采集与处理模块用于按照CPU模块配置的采样周期定时采集对应通道测试电源的电流或电压数据，滤波处理后将其分别转换为实际电流值或电压值；并用于将实际电压值或电流值与配置的OVP值、UVP值或OCP值进行比较，在出现异常时输出使能信号，控制对应通道的测试电源关闭；本发明提供的多个独立的数据采集与处理模块在CPU模块的控制下对各测试电源进行并行数据采集和异常检测，大大提高了对多路测试电源进行监控和异常响应的速度。

Description

基于FPGA的多通道液晶模组测试电源监控装置

技术领域

本发明属于液晶模组技术领域，更具体地，涉及一种基于FPGA的多通道模组测试电源监控装置。

背景技术

液晶模组生产商对液晶模组LCM进行点屏测试时，需要对液晶模组的多路测试电源的电压、电流等数据进行快速采集，以便实时监控液晶模组的工作状态。同时，若测试电源出现异常，如过电流(Over Current，OC)、过电压(Over Voltage，OV)，欠压(under-voltage，UV)等，需要快速关闭电源，否则可能导致液晶模组工作异常甚至烧毁，造成生产和安全事故。

由于液晶模组特别是OLED的供电电源路数较多，特别是当多片液晶模组同时测试时，需要进行监控和保护的测试电源数量非常多，而且要求数据采集和关断保护的速度快。

现有技术中，通常采用CPU对液晶模组测试电源进行监控和保护，此种方法需要CPU定时采集测试电源的电压电流数据，然后与CPU事先配置的异常保护值，如过电流保护(Over Current Protection，OCP)值、过电压保护(Over Voltage Protection，OVP)值、低电压保护(under-voltage protection，UVP)值进行比较，若出现异常，则关闭测试电源，最后将采集处理过的电压、电流的数据打包上报给电源主控单元，如PC或图形信号发生器。由于CPU执行任务的串行性，每次只能采集一个测试电源通道的电压或电流信息，造成数据采集和异常响应速度较慢，无法实时监控液晶模组的工作状态，存在较大的安全隐患，同时严重影响液晶模组生产线的产能。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于FPGA的多通道模组测试电源监控装置，其目的在于解决现有技术中存在的监控过程中数据采集和异常响应速度慢的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于FPGA的多通道液晶模组测试电源监控装置，用于通过外部的模数转换器并行采集多通道测试电源的电流或电压数据并反馈给电源主控设备，包括CPU模块、数据包缓存模块、多通道数据组包模块和至少一个数据采集与处理模块；每个所述数据采集与处理模块对应采集一个测试电源的电压或电流数据；

CPU模块用于接收电源主控设备发出的电源配置数据，并根据电源配置数据对多通道数据组包模块和数据采集与处理模块进行配置；并用于接收电源主控设备发出的开电指令，根据开电指令打开各通道测试电源，并在测试电源正常工作后发出监控启动指令；

数据采集与处理模块用于在接收监控启动指令后定时读取外部模数转换器采集的对应通道测试电源的电流或电压数据，进行滤波处理后将电流数据转换为实际电流值并与设定的电流阈值进行比较；或者将滤波处理后的电压数据转换为实际电压值并与设定的电压阈值进行比较；并在实际电流值或电压值出现异常时输出使能信号，控制对应通道的测试电源关闭以保护测试电源及对应的液晶模组；

多通道数据组包模块用于分别将各通道的数据采集与处理模块转换后的实际电流值或电压值进行打包以生成数据包；并用于在将数据包存储在数据包缓存模块后发送中断信号至CPU模块；CPU模块根据中断信号从数据包缓存模块中读取数据包并发送给电源主控设备，以此实现多通道测试电源的并行监控和保护。

优选的，上述多通道液晶模组测试电源监控装置，其电源配置数据包括OCP值、OVP值、UVP值、采样周期、采样通道个数、滤波方式、滤波顺序和采样极值记录周期。

优选的，上述多通道液晶模组测试电源监控装置，其数据采集与处理模块包括总线控制器、数据采样控制器、滤波模块和异常检测保护模块；

数据采样控制器用于在接收监控启动指令后通过总线控制器对外部的模数转换器进行初始化，并生成采样指令；

总线控制器用于将采样指令发送至外部的模数转换器；数据采样控制器根据CPU模块配置的采样周期定时读取模数转换器采集的电流或电压数据；

滤波模块用于从数据采样控制器中获取电流或电压数据并对其进行滤波处理；

异常检测保护模块用于将滤波后的电流数据转换为实际电流值并与CPU模块配置的OCP值进行比较；或将滤波后的电压数据转换为实际电压值并与CPU模块配置的OVP值和UVP值进行比较，并在实际电流值或电压值超过正常范围时通过GPIO接口输出使能信号。

优选的，上述多通道液晶模组测试电源监控装置，其滤波模块选自限幅滤波子模块、均值滤波子模块和中值滤波子模块中的任一种或几种的组合；通过CPU模块对滤波模块的种类，以及多个滤波子模块的滤波顺序进行配置。

优选的，上述多通道液晶模组测试电源监控装置，其数据采集与处理模块还包括数据缓冲模块，该数据缓冲模块用于将数据采样控制器采集的电流或电压数据进行缓存，并根据CPU模块配置的采样极值记录周期分别记录电流或电压数据的最大值和最小值，以备CPU模块查询使用。

优选的，上述多通道液晶模组测试电源监控装置，其数据包包括实际电流或电压值、包头值、包尾值、CRC校验值、对应测试电源的接口通道号以及电源类型。

优选的，上述多通道液晶模组测试电源监控装置，其数据包缓存模块采用双端口随机存取存储器。

优选的，上述多通道液晶模组测试电源监控装置，其总线控制器采用SPIController或I2C Controller。

优选的，上述多通道液晶模组测试电源监控装置，其CPU模块选用NiosII、ARM或MicroBlaze软核处理器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明提供的基于FPGA的多通道模组测试电源监控装置，对多路液晶模组测试电源进行监控和保护时，利用FPGA内嵌的CPU模块进行任务调度，通过多个独立的数据采集与处理模块分别对各通道测试电源进行数据采集、滤波和异常检测保护，各数据采集与处理模块在CPU模块的控制下独立并行工作，彼此互不干扰；通过多通道数据组包模块对各个数据采集与处理模块获取的电源数据进行组包处理，并通过CPU模块上报给电源主控设备，由此实现多通道测试电源的并行数据采集和异常关断保护，大大提高了对测试电源进行监控和保护的速度，杜绝安全隐患，并且可以提高液晶模组生产线的产能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于FPGA的多通道液晶模组测试电源监控装置的逻辑框图；

图2是本发明实施例提供的滤波模块的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明所提供的一种基于FPGA的多通道液晶模组测试电源监控装置，包括CPU模块、数据包缓存模块、多通道数据组包模块和至少一个数据采集与处理模块；每个数据采集与处理模块对应采集一个测试电源的电压或电流数据；

CPU模块用于接收电源主控设备发出的电源配置数据，并根据电源配置数据对多通道数据组包模块和数据采集与处理模块进行配置；电源配置数据包括输出电压、OVP值、UVP值、OCP值、采样周期、采样通道个数和滤波方式等；CPU模块根据采样通道个数对多通道数据组包模块进行配置，一个采样通道对应一个数据采集与处理模块；CPU模块根据OVP值、UVP值、OCP值、采样周期和滤波方式对数据采集与处理模块进行配置；

配置完成后，CPU模块接收电源主控设备发出的开电指令，根据开电指令打开液晶模组的各路测试电源，并在测试电源正常工作后发出监控启动指令；该监控启动指令用于触发数据采集与处理模块开始采集测试电源的参数数据；

数据采集与处理模块用于在接收监控启动指令后按照CPU模块配置的采样周期定时读取模数转换器采集的对应通道测试电源的电流或电压数据，进行滤波处理后将其转换为实际的电流或电压值，将实际电流值与配置的OCP值进行比较，将实际电压值与配置的OVP值、UVP值进行比较，并在实际电流值或电压值出现异常时输出使能信号，控制对应通道的测试电源关闭以保护测试电源及液晶模组；

多通道数据组包模块用于分别将各数据采集与处理模块转换后的电流或电压值进行打包，生成数据包；并用于在将数据包存储在数据包缓存模块后发送中断信号至CPU模块；CPU模块根据接收的中断信号从数据包缓存模块中读取数据包并发送给电源主控设备，由此实现多通道测试电源的并行监控和保护。

进一步的，数据采集与处理模块包括总线控制器、数据采样控制器、滤波模块和异常检测保护模块；

数据采样控制器用于根据CPU模块发出的监控启动指令通过总线控制器对外部的模数转换器进行初始化，并生成采样指令；

总线控制器用于将采样指令发送至外部的模数转换器，模数转换器根据采样指令采集测试电源的电流或电压数据；数据采样控制器根据配置的采样周期定时读取模数转换器采集的电流或电压数据；

滤波模块用于从数据采样控制器中获取电流或电压数据并对其进行滤波处理；

异常检测保护模块用于将滤波后的电流数据转换为实际的电流值，并与CPU模块配置的或OCP值进行比较；或将滤波后的电压数据转换为实际的电压值，并与CPU模块配置的OVP值、UVP值进行比较；并用于在出现异常时通过通用输入输出(General PurposeInput Output，GPIO)接口输出使能信号，控制对应的测试电源关闭以保护测试电源及对应的液晶模组；

进一步的，数据采集与处理模块还包括数据缓冲模块，该数据缓冲模块用于将数据采样控制器采集的电流或电压数据进行缓存，并根据CPU模块配置的采样极值记录周期分别记录电流或电压数据的最大值和最小值，以备CPU模块查询使用；滤波模块完成上一个采样周期内的采样数据的滤波后，从数据缓冲模块中读取当前采样周期内的采样数据并对其进行滤波处理。

进一步的，滤波模块选自限幅滤波子模块、均值滤波子模块和中值滤波子模块中的任一种或几种的组合；通过CPU模块对滤波模块的种类和滤波顺序进行配置。

下面结合实施例和附图对本发明提供的保护电路的结构和工作原理进行详细说明。

图1是本实施例提供的基于FPGA的多通道液晶模组测试电源监控装置的逻辑框图；如图1所示，本发明所提供的一种基于FPGA的多通道液晶模组测试电源监控装置，包括CPU模块、数据包缓存模块、多通道数据组包模块、N个数据采集与处理模块，其中，N为大于等于1的自然数；每个数据采集与处理模块对应采集一个测试电源的电压或电流数据；

CPU模块通过USB、Eth、UART、I2C、SPI等通信口与电源主控设备通信，用于接收电源主控设备发出的电源配置数据，并根据电源配置数据对多通道数据组包模块和数据采集与处理模块进行配置；电源配置数据包括输出电压、过压值OVP、欠压值UVP、过流值OCP、采样周期、采样通道个数、滤波方式和采样极值记录周期等；CPU模块为FPGA的内嵌处理器，可采用NiosII、ARM、MicroBlaze等软核处理器；

数据采集与处理模块包括总线控制器、数据采样控制器、数据缓冲模块、滤波模块和异常检测保护模块；

根据外部模数转换器的接口方式选择对应的总线控制器，例如模数转换器是SPI接口，则总线控制器选择SPI Controller，模数转换器是I2C接口，则总线控制器选择I2CController；通过CPU模块对总线控制器进行初始化，包括波特率/时钟，bit数，工作模式等。

CPU模块根据接收的电源配置数据对数据采样控制器的采样周期进行配置，对数据缓冲模块中采样极值记录周期进行配置，对滤波模块的种类和滤波顺序进行配置，对多通道数据组包模块的采样通道个数、包头和包尾值、以及CRC校验算法进行配置；由于一个测试电源的电流和电压数据需分别进行采集，因此采样通道个数不少于测试电源的个数的两倍，一个采样通道上的数据采集与处理模块对应采集一个测试电源的电流或电压数据；对异常检测保护模块的OVP值、UVP值、OCP值进行配置。

配置完成后，CPU模块接收电源主控设备发出的开电指令，根据开电指令打开液晶模组的各路测试电源，启动电源监控；

测试电源正常工作后，CPU模块发出监控启动指令，数据采样控制器接收监控启动指令后，首先通过总线控制器对外部的模数转换器进行初始化，然后生成采样指令；

总线控制器将采样指令发送给外部的模数转换器，模数转换器采集测试电源的电流或电压数据；数据采样控制器按照采样周期定时采集模数转换器获取的电流或电压数据；一个总线控制器对应采集一个测试电源的电流或电压数据，确保每个采样通道的独立并行性。

数据缓冲模块用于将数据采样控制器发送过来的电流或电压数据进行缓存，并记录最大值最小值，以便CPU模块查询；可以通过CPU模块配置数据缓冲模块记录采样数据最大值和最小值的跨度时间，如最近1S内或最近1分钟内，也可以配置为从测试电源开电到关电整个工作时间内的最大值最小值；数据缓冲模块中存储的采样数据会一直保持，直到被滤波模块读取或者被数据采样控制器发送的新的电流或电压数据覆盖。

滤波模块主要用于滤除采样数据中的随机噪声、周期噪声和脉冲干扰；如图2所示，本发明提供的多通道液晶模组测试电源监控装置支持三种滤波方法，分别是峰值滤波法、均值滤波法和中值滤波法，对应的硬件配置为峰值滤波模块、均值滤波子模块和中值滤波子模块；在实际使用过程中，可以根据具体的需求和监控装置的应用场景(比如是否有脉冲干扰，是否有周期性干扰等)选择其中的一个或多个滤波模块，通过CPU模块对滤波模块的种类进行配置，实现单个滤波模块或者多个滤波模块组合，也可以配置为无滤波模块；滤波的先后顺序可以任意调整，通过CPU模块对多个滤波模块的滤波顺序进行配置，例如先进行限幅滤波，后进行均值滤波。此外，需通过CPU模块对不同的滤波模块的参数进行配置，对于限幅滤波子模块，需要配置滤波的最大偏差值和最小偏差值；对于均值滤波子模块和中值滤波子模块，需要设置采样个数。

异常检测保护模块主要用于保护模组测试电源及模组工作的安全性，经滤波模块处理后的电压或电流数据进入异常检测保护模块，由于模数转换器采集的电流或电压数据为数字信号，异常检测保护模块将数字信号形式的电流数据转换成实际的电流值，并与CPU模块配置的OCP值进行比较；或将数字信号形式的电压数据转换成实际的电压值，并与CPU模块配置的OVP值、UVP值进行比较；当电流值或电压值超出正常范围时，异常检测保护模块将FPGA的GPIO接口的使能信号Power_En置高或置低，关闭对应通道测试电源的输出，从而实现测试电源和液晶模组的快速关断保护。

多通道数据组包模块用于获取各通道内的异常检测保护模块发送的实际电流或电压值并分别进行打包，加上包头值、包尾值、CRC校验值、对应测试电源的接口通道号以及电源类型后生成数据包，将数据包写入数据包缓存模块中后输出中断信号irq触发CPU模块中断，通知CPU模块读取数据包；多通道数据组包模块支持CRC16和CRC32校验算法，具体的CRC校验算法通过CPU模块进行配置选择；CPU模块通过中断服务函数将数据包从数据包缓存模块中读出，然后发送给电源主控设备，从而完成模组测试电源的快速并行采样和监控。

本实施例中，数据包缓存模块优选采用双端口随机存取存储器(dual-portrandom access memory，DP-RAM)，DP-RAM作为各测试电源采样数据包的缓存区，可以根据采样数据的数据量来配置其容量；此外，由于数据包缓存模块采用双口RAM作为缓冲器，CPU模块可以在任意时刻读取DP-RAM中的采样数据包。

采用上述基于FPGA的多通道液晶模组测试电源监控装置对测试电源进行监控和保护的过程如下：

S1：CPU模块接收电源主控设备发出的电源配置数据，并根据电源配置数据对多通道数据组包模块、数据采样控制器、滤波模块、数据缓冲模块和异常检测保护模块进行配置；电源配置数据包括输出电压、OVP值、UVP值、OCP值、采样周期、采样通道个数、滤波方式、滤波顺序、采样极值的记录周期；

S2：CPU模块对数据采样控制器的采样周期进行配置，对数据缓冲模块中采样极值的记录周期进行配置，对滤波模块的滤波方式和滤波顺序进行配置，对多通道数据组包模块的采样通道个数、包头和包尾值、以及CRC校验算法进行配置，对异常检测保护模块的OVP值、UVP值、OCP值进行配置；

S3：CPU模块接收电源主控设备发出的开电指令，根据开电指令打开液晶模组的各路测试电源，启动电源监控；

S4：CPU模块发出监控启动指令，数据采样控制器收到监控启动指令后通过总线控制器对外部的模数转换器进行初始化，然后生成采样指令；总线控制器将采样指令发送给外部的模数转换器；数据采样控制器按照采样周期定时采集模数转换器获取的电流或电压数据；

S5：数据缓冲模块将数据采样控制器发送的电流或电压数据进行缓存，并记录最大值最小值，以便CPU模块查询；

S6：滤波模块从数据缓冲模块中获取电流或电压数据并对其进行滤波处理，滤除采样数据中的随机噪声、周期噪声或脉冲干扰；

S7：异常检测保护模块将滤波处理后的电流或电压数据转换成实际的电流或电压值，并将其与配置的OCP值或OVP值、UVP值进行比较，当电流值或电压值超出正常范围时，通过FPGA的GPIO接口输出使能信号，关闭对应通道测试电源的输出；

S8：多通道数据组包模块获取各通道内的异常检测保护模块发送的电流或电压值并分别进行打包，加上包头值、包尾值、CRC校验值、对应测试电源的接口通道号以及电源类型之后生成数据包并写入数据包缓存模块中，然后输出中断信号触发CPU模块中断，通知CPU模块读取数据包；

S9：CPU模块通过中断服务函数将数据包从数据包缓存模块中读出，然后发送给电源主控设备，从而完成模组测试电源的快速并行采样和监控。

相比于现有的模组测试电源监控装置，本发明提供的基于FPGA的多通道模组测试电源监控装置，对多路液晶模组测试电源进行监控和保护时，利用FPGA内嵌的CPU模块进行任务调度，通过多个独立的数据采集与处理模块分别对各通道测试电源进行数据采集、滤波和异常检测保护，各数据采集与处理模块在CPU模块的控制下独立并行工作，彼此互不干扰；通过多通道数据组包模块对各个数据采集与处理模块获取的电源数据进行组包处理，并通过CPU模块上报给电源主控设备，由此实现多通道测试电源的并行数据采集和异常关断保护，大大提高了对测试电源进行监控和保护的速度，杜绝安全隐患，并且可以提高液晶模组生产线的产能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于FPGA的多通道液晶模组测试电源监控装置，用于通过外部的模数转换器并行采集多通道测试电源的电流或电压数据并反馈给电源主控设备，其特征在于，包括CPU模块、数据包缓存模块、多通道数据组包模块和至少一个数据采集与处理模块；每个所述数据采集与处理模块对应采集一个测试电源的电压或电流数据；

所述CPU模块用于接收电源主控设备发出的电源配置数据，并根据所述电源配置数据对多通道数据组包模块和数据采集与处理模块进行配置；并用于接收电源主控设备发出的开电指令，根据所述开电指令打开各通道测试电源，并在测试电源正常工作后发出监控启动指令；

所述数据采集与处理模块用于在接收所述监控启动指令后定时读取外部模数转换器采集的对应通道测试电源的电流或电压数据，进行滤波处理后将所述电流数据转换为实际电流值并与设定的电流阈值进行比较；或者将滤波处理后的所述电压数据转换为实际电压值并与设定的电压阈值进行比较；并在所述实际电流值或电压值出现异常时输出使能信号，控制对应通道的测试电源关闭以保护测试电源及对应的液晶模组；

所述多通道数据组包模块用于分别将各通道的数据采集与处理模块转换后的实际电流值或电压值进行打包以生成数据包；并用于在将所述数据包存储在数据包缓存模块后发送中断信号至CPU模块；CPU模块根据所述中断信号从数据包缓存模块中读取数据包并发送给电源主控设备，以此实现多通道测试电源的并行监控和保护。

2.如权利要求1所述的多通道液晶模组测试电源监控装置，其特征在于，所述电源配置数据包括OCP值、OVP值、UVP值、采样周期、采样通道个数、滤波方式、滤波顺序和采样极值记录周期。

3.如权利要求2所述的多通道液晶模组测试电源监控装置，其特征在于，所述数据采集与处理模块包括总线控制器、数据采样控制器、滤波模块和异常检测保护模块；

所述数据采样控制器用于在接收所述监控启动指令后通过所述总线控制器对外部的模数转换器进行初始化，并生成采样指令；

所述总线控制器用于将所述采样指令发送至外部的模数转换器；数据采样控制器根据所述采样周期定时读取模数转换器采集的电流或电压数据；

所述滤波模块用于从数据采样控制器中获取电流或电压数据并对其进行滤波处理；

所述异常检测保护模块用于将滤波后的电流数据转换为实际电流值并与所述OCP值进行比较；或将滤波后的电压数据转换为实际电压值并与所述OVP值和UVP值进行比较，并在所述实际电流值或电压值超过正常范围时通过GPIO接口输出使能信号。

4.如权利要求3所述的多通道液晶模组测试电源监控装置，其特征在于，所述滤波模块选自限幅滤波子模块、均值滤波子模块和中值滤波子模块中的任一种或几种的组合；通过CPU模块对所述滤波模块的种类，以及多个滤波子模块的滤波顺序进行配置。

5.如权利要求3或4所述的多通道液晶模组测试电源监控装置，其特征在于，所述数据采集与处理模块还包括数据缓冲模块，所述数据缓冲模块用于将数据采样控制器采集的电流或电压数据进行缓存，并根据所述采样极值记录周期分别记录电流或电压数据的最大值和最小值，以备CPU模块查询使用。

6.如权利要求1所述的多通道液晶模组测试电源监控装置，其特征在于，所述数据包包括实际电流值或电压值、包头值、包尾值、CRC校验值、对应测试电源的接口通道号以及电源类型。

7.如权利要求1所述的多通道液晶模组测试电源监控装置，其特征在于，所述数据包缓存模块采用双端口随机存取存储器。

8.如权利要求1所述的多通道液晶模组测试电源监控装置，其特征在于，所述CPU模块选用NiosII、ARM或MicroBlaze软核处理器。