CN109213042A - 一种基于单片机和fpga的自动调谐控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统，包括主控板，主控板上设有控制单元，控制单元包括与上位机连接的单片机，单片机与上位机连接，接收上位机发送的指令，单片机连接有FPGA，将接收到的指令传送给FPGA，FPGA的输出端口连接有驱动单元，控制驱动单元执行上述指令；FPGA连接有第一采样单元，通过采集功放电流、功放电压、中槽电流、中槽电压、天线电流、天线电压信息计算可调线圈到达位置，并控制驱动单元实现小功率条件下的自动调谐。本发明具有体积小，硬件资源丰富、处理能力强，采用单片机和FPGA作为核心处理单元，通过系统总线连接并扩展丰富的硬件设备，同时将硬件设备集成到一块主板上，实现系统有效的整合，提高稳定性，降低成本。

Description

一种基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统
技术领域
本发明涉及自动调谐技术领域，尤其涉及一种基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统。
背景技术
自动调谐技术是指在调谐过程中根据当前指定的工作频率，自动将发射机的高频回路元件调整到与该频率对应的谐振位置。当上位机下发某一频率信息，主控板会自动根据频率信息到达预置位置，完成频率预置。同时受到天气、地理位置的影响，需要测量功放电流、功放电压、中槽电流、中槽电压、天线电流、天线电压，使调谐状态达到纯阻态，自动调节可调线圈，或驱动真空开关，调节电容值，使输出功率达到最大值。
随着天线调谐技术的日益发展，人们对技术要求日益增加，而目前市场上使用的自动调谐控制装置大多由工业控制机算机、多功能数据采集板、可编程逻辑控制板等多块板卡构成，存在体积大，成本高，稳定性差，维护困难等不足。基于上述原因，申请人提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统，包括主控板和电源模块，主控板上设有控制单元，控制单元包括与上位机连接的单片机，单片机与上位机通过RS485标准串行接口连接，接收上位机发送的指令，单片机通过两路RS485/422总线连接有FPGA，将接收到的指令传送给FPGA，FPGA的输出端口连接有驱动单元，控制驱动单元执行上述指令；FPGA通过CAN通信接口连接有第一采样单元，通过采集功放电流、功放电压、中槽电流、中槽电压、天线电流、天线电压信息计算可调线圈到达位置，并控制驱动单元实现小功率条件下的自动调谐；单片机通过CAN通信接口连接有第二采样单元，用于对上述信息进行再次采集并验证准确性，单片机通过I2C接口连接有显示单元，用于将调谐处理后采集到的上述信息进行显示；所述电源模块分别与控制单元、显示单元、驱动单元、第一采样单元、第二采样单元连接，提供系统用电。
作为本方案的一种优选，所述单片机还连接有存储单元，存储单元中存储有控制参数，保证参数掉电不丢失以及供上位机查询。
作为本方案的一种优选，所述FPGA还设有光通信接口，用于实现远距离数据传输。
作为本方案的一种优选，所述驱动单元包括若干并联的驱动电路，每个驱动电路均连接有小型继电器。
作为本方案的一种优选，所述第一采样单元和第二采样单元均为A/D采样电路。
作为本方案的一种优选，所述单片机采用C8051040单片机。
作为本方案的一种优选，所述FPGA采用Spartan-2 FPGA。
本发明的有益效果是：本发明基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统具有体积小，硬件资源丰富、处理能力强，采用单片机和FPGA作为核心处理单元，通过系统总线连接并扩展丰富的硬件设备，同时将硬件设备集成到一块主板上，实现系统有效的整合，提高稳定性，降低成本，同时能够提供良好的人机交互界面以及以太网远程监控和数据采集等功能。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图；
图2为本发明实施例存储单元的电路图；
图3为本发明实施例一组驱动电路的电路图；
图4为本发明实施例一组信号采集电路的电路图；
图5为本发明实施例一组模拟信号采集电路的电路图；
图6为本发明实施例RS485标准串行接口的电路图；
图7为本发明实施例CAN通信接口的电路图；
图8为本发明实施例RS485/422总线接口的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统，包括主控板和电源模块，主控板上设有控制单元，控制单元包括与上位机连接的C8051040单片机，C8051040单片机与上位机通过RS485标准串行接口连接，接收上位机发送的指令，C8051040单片机通过两路RS485/422总线连接有Spartan-2FPGA，将接收到的指令传送给Spartan-2 FPGA，Spartan-2 FPGA的输出端口连接有驱动单元，控制驱动单元执行上述指令；Spartan-2FPGA通过CAN通信接口连接有第一采样单元，通过采集功放电流、功放电压、中槽电流、中槽电压、天线电流、天线电压信息计算可调线圈到达位置，并控制驱动单元实现小功率条件下的自动调谐；C8051040单片机通过CAN通信接口连接有第二采样单元，用于对上述信息进行再次采集并验证准确性，C8051040单片机通过I2C接口连接有显示单元，用于将调谐处理后采集到的上述信息进行显示；所述第一采样单元和第二采样单元均为A/D采样电路；所述电源模块分别与控制单元、显示单元、驱动单元、第一采样单元、第二采样单元连接，提供系统用电。
所述C8051040单片机还连接有存储单元，存储单元中存储有控制参数，保证参数掉电不丢失以及供上位机查询，存储单元的电路图如图2所示。
所述Spartan-2 FPGA还设有光通信接口，用于实现远距离数据传输。
所述驱动单元包括二十路并联的驱动电路，其中四路驱动电路为一组，如图3所示，每个驱动电路均连接有小型继电器。
所述第一采样单元包括十六路并联的信号采集电路，其中四路信号采集电路为一组，如图4所示。
所述第二采样单元包括八路并联的模拟信号采集电路，其中四路模拟信号采集电路为一组，如图5所示。
所述RS485标准串行接口的电路图如图6所示。
所述CAN通信接口的电路图如图7所示。
所述RS485/422总线接口的电路图如图8所示。
所述基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统以新华龙C8051040单片机和spartan2作为自动调谐计算的逻辑控制核心，搭建硬件设计平台，对各功能模块和数据传输接口模块进行设计，上位机通过RS485通讯向单片机发送开高压、关高压、升压、降压、延长线圈增、减信号和真空开关信息，单片机接收到指令后，把数据传送给FPGA，FPGA立即解析指令信息，一方面执行开、关高压、延长线圈增、减信号以及真空开关指令让开关动作，另一方面通过CAN通讯采集功放电流、功放电压、中槽电流、中槽电压、天线电流、天线电压信息并通过AD采样再次确定采集信息是否准确，FPGA计算调谐状态，如果呈现容抗，驱动步进电机，转动可调线圈，增加感性，使状态达到纯阻态，如果计算结果呈现感抗，FPGA驱动真空开关，增加电容值同时，亦可驱动步进电机，转动可调线圈，减少感抗。同时，FPGA实时采集主、辅电源，功放数据及真空开关状态，出现过流、过温时立即下高压，保证设备安全。单片机还可通过I2C把处理后采集到的测量值转化为功率值显示到数码显示板上。另外，存储模块中存储的控制参数不仅保证参数掉电不丢失，还可以供上位机查询。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

Claims (7)

1.一种基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统，其特征在于，包括主控板和电源模块，主控板上设有控制单元，控制单元包括与上位机连接的单片机，单片机与上位机通过RS485标准串行接口连接，接收上位机发送的指令，单片机通过两路RS485/422总线连接有FPGA，将接收到的指令传送给FPGA，FPGA的输出端口连接有驱动单元，控制驱动单元执行上述指令；FPGA通过CAN通信接口连接有第一采样单元，通过采集功放电流、功放电压、中槽电流、中槽电压、天线电流、天线电压信息计算可调线圈到达位置，并控制驱动单元实现小功率条件下的自动调谐；单片机通过CAN通信接口连接有第二采样单元，用于对上述信息进行再次采集并验证准确性，单片机通过I2C接口连接有显示单元，用于将调谐处理后采集到的上述信息进行显示；所述电源模块分别与控制单元、显示单元、驱动单元、第一采样单元、第二采样单元连接，提供系统用电。
2.如权利要求1所述的一种基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统，其特征在于，所述单片机还连接有存储单元，存储单元中存储有控制参数，保证参数掉电不丢失以及供上位机查询。
3.如权利要求1所述的一种基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统，其特征在于，所述FPGA还设有光通信接口，用于实现远距离数据传输。
4.如权利要求1所述的一种基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统，其特征在于，所述驱动单元包括若干并联的驱动电路，每个驱动电路均连接有小型继电器。
5.如权利要求1所述的一种基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统，其特征在于，所述第一采样单元和第二采样单元均为A/D采样电路。
6.如权利要求1所述的一种基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统，其特征在于，所述单片机采用C8051040单片机。
7.如权利要求1所述的一种基于单片机和FPGA的自动调谐控制系统，其特征在于，所述FPGA采用Spartan-2 FPGA。
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