CN110827746A - 一种基于数据采集及监控的cpci电源 - Google Patents

一种基于数据采集及监控的cpci电源 Download PDF

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Abstract

一种基于数据采集及监控的CPCI电源，由背板连接器、冗余控制单元、滤波电路单元、隔离电压变换单元、采集放大单元、AD转换单元、温度采样单元、MCU处理单元、RS485通信单元、指示灯及数码显示单元组成；双路隔离电压输出具有冗余功能；板卡上的监测电路对电压、电流及温度进行实时监测并在数码管上实时显示，通过RS485数据通信通道送主机系统进行分析和保存；电源板上的指示灯显示运行及故障状态。

Description

一种基于数据采集及监控的CPCI电源
(一)技术领域：
本发明涉及CPCI(Compact PCI，紧凑型PCI，PCI，Peripheral ComponentInterconnect，外设部件互连标准)电源领域，尤其是涉及一种基于数据采集及监控的CPCI电源。
(二)背景技术：
随着现代社会的发展，对于计算机的可靠性要求越来越高。紧凑型PCI是以PCI规范为标准的高性能工业用总线，在结构和电气的可靠性上有很大改善，广泛应用于航空航天、轨道信号、测绘、医疗等可靠性要求高的行业。
CPCI电源是保证整个系统稳定运行的关键，保证系统的稳定供电要求，一般提供系统正常的供电电压以及冗余供电的稳定性即可。现在的CPCI电源虽然能满足实际的使用需求，但无法实时的观察系统供电电压、电流的变化。为了提高使用的方便性和实用性，有必要对具有数据采集及数码显示的电源板进行研究。
(三)发明内容：
本发明的目的在于提供一种基于数据采集及监控的CPCI电源，它可以针对现有技术的不足，是一种结构简单、容易实现的CPCI电源，能够对供电电压和电流进行实时监测。
本发明的技术方案：一种基于数据采集及监控的CPCI电源，其特征在于它是由背板连接器、冗余控制单元、滤波电路单元、隔离电压变换单元、采集放大单元、AD转换单元、温度采样单元、MCU处理单元、RS485通信单元、指示灯及数码显示单元组成；其中，
所述背板连接器用于与外部设备连接，可以接收输入电压信号、输出电压信号、冗余控制信号和RS485串口信号；所述背板连接器由隔离变压器单元为其提供24V电压信号，作为工作电源，同时其输入端还接收RS485通信单元的输出串口信号，其输出端分别与滤波电路单元和冗余控制单元连接；
所述冗余控制单元用于实现电源的冗余功能，其输入端连接背板连接器，输出端连接隔离电压变换I单元；
所述滤波电路单元用于对输入端进行滤波保护，具有对输入电源的过电压钳位作用，可以保护敏感器件不被干扰，还可以对输入电源进行滤波进而抑制输入端的噪声干扰，此外，对输入电源实现反向保护以及输入电源瞬间断电延时的功能；所述滤波电路单元的输入端连接110V电源输入，其输出端连接隔离电压变换单元；
所述隔离电压变换单元用于输出电源所需的电压，经过隔离电压变换后输出电压为24V，用于外部供电；所述隔离电压变换单元的输出端分别连接背板连接器和采集放大单元；
所述AD转换单元的输入端连接采集放大单元的输出端，其输出端与MCU处理单元连接；
所述温度采样单元用于采集电源的内部温度，同时将采集的实际温度值转换为数字量，其输出端连接MCU处理器单元；
所述MCU处理单元用于处理数据、控制指示灯、数码显示以及进行RS485数据传输；所述MCU处理单元的输出端分别连接RS485通信单元和指示灯及数码显示单元；
所述RS485通信单元用于与外部系统进行数据通信，其输出端连接背板连接器；
所述指示灯及数码显示单元用于显示电源的当前状态、电压、电流和温度值。
所述指示灯及数码显示单元是由指示灯模块和数码显示模块构成；所述指示灯模块用于显示电源的当前状态；所述数码显示模块将循环显示电源的电压、电流、温度值。
所述采集放大单元是由电压采样放大电路模块和电流采样放大电路模块构成，用于将输出的电压、电流的采样值进行放大处理。
所述电源变换单元是由电源变换模块N1及其外围电路I构成；所述外围电路I是由Y电容CY1、Y电容C2、Y电容C3、Y电容CY4、差模电感L3、钽电容C5、钽电容C6、钽电容C7、钽电容C8、钽电容C9、钽电容C10，独石电容C11构成；所述电源变换模块N1有+IN端子、PC端子、PR端子、-IN端子、-OUT端子、SC端子和+OUT端子；所述Y电容CY1并联在电源变换模块N1的+IN端子与机壳地PE之间；所述Y电容C2并联在+OUT端子与机壳地PE之间；所述Y电容C3并联在-IN端子与PE之间；所述Y电容CY4并联在-OUT端子与机壳地PE之间；所述的差模电感L3的一端连接至电源变换模块N1的+OUT端子，另一端则连接24V+电源端；所述钽电容C5、钽电容C6、钽电容C7、钽电容C8、钽电容C9和钽电容C10均并联在24V+电源端及24V-电源端之间，且正端连接24V+，负端连接24V-；所述独石电容C11并联在24V+电源端及24V-电源端之间；所述电源变换模块N1的PR端子作为均流端实现冗余功能；
所述冗余控制单元是由隔离变压器TR1和电阻R1构成；所述隔离变压器TR1有6个管脚，分别记作1管脚、2管脚、3管脚、4管脚、5管脚及6管脚；所述5管脚连接信号PR2-，所述6管脚连接信号PR2+，信号PR+和信号PR-用作冗余控制，引到背板连接器上；所述电阻R1的一端连接隔离变压器TR1的4管脚，其另一端连接电源变换模块N1的PR端子；所述1管脚与电源变换模块N1的-IN端子连接。
所述隔离变压器TR1的型号为29768。
所述滤波电路单元是由熔断器FU1、电阻RX1、压敏电阻RV1、瞬态电压抑制二级管TVS1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、差模电感L1及共模电感L2构成；所述熔断器FU1一端连接电源的正极端110V+，另一端连接电感L1的一端；所述电阻RX1、压敏电阻RV1、瞬态电压抑制二级管TVS1及电容C1呈并联连接方式，其中一个并联接点与差模电感L1的一端连接，另一个并连接点则与共模电感L2的一端连接；所述的差模电感L1一端分别连接熔断器FU1、电阻RX1、压敏电阻RV1、瞬态电压抑制二级管TVS1及电容C1，另一端与共模电感L2连接；所述的共模电感L2有4个管脚，分别记作I管脚、II管脚、III管脚和IV管脚，其中，所述II管脚与差模电感L1连接，所述I管脚与电容C1连接；所述电容C2、电容C3和电容C4呈并联连接关系，且并连接点分别连接在共模电感L2的III管脚和IV管脚上。
所述采集放大单元是由隔离运算放大器U1及其外围电路II构成；所述隔离运算放大器U1有8个端子，分别是ADD1端子、VINP端子、VINN端子、GND1端子、GND2端子、VOUTN端子、VOUTP端子和ADD2端子；所述ADD1端子连接5V电源；所述GND1端子连接24V电源的GND接地端；所述GND2端子和VOUTN端子短接接地；所述VOUTP端子连接信号1_A，信号1_A作为电流采集值连接到AD采集单元；所述外围电路II是由电阻R2、电容C12及电容C13构成；所述的电阻R2一端连接24V1_A电源信号端，其另一端接隔离运算放大器U1的VINP端子；所述的电容C12并接在VINP端子及VINN端子之间；所述的电容C13并接在GND2端子与ADD2端子之间。
所述隔离运算放大器U1是AMC1200运算放大器。
所述AD转换单元是由AD转换芯片U2及其外围电路III构成；所述AD转换芯片U2有ANO管脚、AN1管脚、AN2管脚、AN3管脚、AN4管脚、AN5管脚、AN6管脚、AN7管脚、REF管脚、AVDD管脚、NC管脚、AGND管脚、DGND管脚、DVDD管脚、RST#管脚、CS#管脚、BUSY管脚、DIN管脚、DOUT管脚、SCLK管脚；所述外围电路由电阻R3、电阻R4、电容C15及电容C16构成；所述电阻R3一端连接REF管脚，其另一端与AVDO管脚连接；所述电阻R4连接在DVDD管脚和RST#管脚之间；所述电容C15连接于AVDD管脚和AGND管脚之间；所述电容C16一端与DGND管脚连接，其另一端与DVDD连接。
所述温度采样单元是由温度传感芯片U3及其外围电路IV构成；所述外围电路IV是由电阻R5以及电容C17构成；所述温度传感芯片U3有3个端子，分别是VCC端子、GND端子盒OUT端子；所述的电容C17并联连接在VCC端子及GND端子之间；所述的电阻R5并联连接在VCC端子和OUT端子之间。
所述MCU处理单元是由ARM处理芯片U4及其外围电路V构成；所述ARM处理芯片U4包含有VDD_12端子、VCAP_1端子、PB2/BOOT1端子、BOOT0端子、PB4/JNTRST端子、PB3/JTDO端子、PA15/JTDI端子、PA13/JTMS端子、NRST端子、PA14/JTCK端子、PC13*/TIMPER-TRC端子、PC15*/OSC32_OUT端子、VCAP_2端子、PC14*OSC32_IN端子、OSC_IN端子及OSC_OUT端子；所述外围电路V是由电阻R6～R15、电容C18～C28、32.768KHz晶振G1和8MHz晶振G2构成；所述电阻R6一端连接VDD_12端子，另一端连接A1_GND；所述电阻R7一端连接VCAP_1端子，另一端连接A1_GND；所述电阻R8一端连接PB2/BOOT1端子，另一端连接到A1_GND；所述电阻R9一端连接BOOT0端子，另一端连接到A1_GND；所述电阻R10连接在PB4/JNTRST端子和3.3V_A1之间；所述电阻R11连接在PB3/JTDO端子和3.3V_A1之间；所述电阻R12连接在PA15/JTDI端子和3.3V_A1之间；所述电阻R13连接在PA13/JTMS端子和3.3V_A1之间；所述电阻R14连接在NRST端子和3.3V_A1之间；所述电阻R15一端连接PA14/JTCK端子，另一端连接A1_GND；所述电容C18一端连接A1_GND，另一端连接PC13*/TIMPER-TRC端子；所述电容C19一端连接A1_GND，另一端连接PC15*/OSC32_OUT端子；所述电容C22～C27作为滤波电容，跨接在3.3V_A1与A1_GND之间；所述电容C29一端连接A1_GND，另一端连接VCAP_2端子；所述32.768KHz晶振G1跨接在PC14*OSC32_IN端子与PC15*/OSC32_OUT端子之间；所述8MHz晶振G2跨接在OSC_IN端子与OSC_OUT端子之间。
所述RS485通信单元是由RS485总线收发器U5、光电耦合器U6、光电耦合器U7及其外围电路VI构成；所述光电耦合器U6和光电耦合器U7各自都有8个端子，分别是NC端子I、正极端子、负极端子、NC端子II、VCC端子、VE端子、VO端子及GND端子；所述RS485总线收发器U5有8个端口，分别是VCC端口、A端口、B端口、GND端口、DI端口、DE端口、RE#端口及RO端口；所述外围电路VI是由电阻R16～R24和电容C29构成；所述电阻R16一端连接信号5V_A2，另一端连接光电耦合器U6的正极端子；所述电阻R17一端连接信号3.3V_A1，另一端连接光电耦合器U6的VE端子；所述电阻R18一端连接信号3.3V_A1，另一端连接光电耦合器U6的VO端子；所述电阻R19一端连接信号5V_A2，另一端连接光电耦合器U7的VO端子；所述电阻R20一端连接信号5V_A2，另一端连接光电耦合器U7的VE端子；所述电阻R21一端连接信号3.3V_A1，另一端连接光电耦合器U7的正极端子；所述电阻R22一端连接信号5V_A2，另一端连接RS485总线收发器U5的RE#端口；所述电阻R23一端连接信号5V_A2，另一端连接RS485总线收发器U5的A端口；所述电阻R24并接在RS485总线收发器U5的A端口和B端口之间。
所述指示灯和数码显示单元是由驱动芯片U8、电阻R25～R36、指示灯LED1～LED4和连接器XS1构成；所述驱动芯片U8选用反项驱动器ULN2803AN，其中8组输入分别记作I1～I8，8组输出分别记作O1～O8，其中，输出端O5～O8作为输出通道用于数码管的选通；所述连接器XS1有16个端子，分别记作1号～16号端子；所述U8的输出端O5～O8分别连接XS1的9号～11号端子上；所述的电阻R25～R32一端分别与led_a信号、led_b信号、led_c信号、led_d信号、led_e信号、led_f信号、led_g信号和led_DP信号连接，其另一端分别与连接器XS1的2号端子、4号端子、6号端子、8号端子、10号端子、12号端子、14号端子、16号端子连接；所述电阻R33～R36的一端连接3.3V_A1，另一端分别连接指示灯LED1～LED4的正端；所述指示灯LED1～LED4的负端分别连接信号24V1_R、24V1_F、24V2_R、24V1_F。
本发明的优越性：双路隔离电压输出具有冗余功能；板卡上的监测电路对输出的电压、电流以及模板温度数据进行实时监测及处理；电压、电流、温度及故障代码等数据在数码管上实时显示，通过RS485数据通信通道送主机系统进行分析和保存；通过电源板上的指示灯显示运行及故障状态；该发明结构简单且容易实现，具有一定的实用价值。
(四)附图说明:
图1是本发明所涉一种基于数据采集及监控的CPCI电源的整体结构外形示意图(其中，图1-a为电源前视图，图1-b为后视图，100是输入控制开关，200是输入电压指示灯，300是七段数码管，400是输出故障/正常指示灯，500是CPCI连接器，600是JTAG仿真接口)。
图2是本发明所涉一种基于数据采集及监控的CPCI电源原理框图；
图3是本发明所涉一种基于数据采集及监控的CPCI电源的冗余控制单元电路结构示意图；
图4是本发明所涉一种基于数据采集及监控的CPCI电源的滤波电路单元电路结构示意图；
图5是本发明所涉一种基于数据采集及监控的CPCI电源的隔离电压变换单元电路结构示意图；
图6是本发明所涉一种基于数据采集及监控的CPCI电源的采集放大单元电路结构示意图；
图7是本发明所涉一种基于数据采集及监控的CPCI电源的AD转换单元电路结构示意图；
图8是本发明所涉一种基于数据采集及监控的CPCI电源的温度采样单元电路结构示意图；
图9是本发明所涉一种基于数据采集及监控的CPCI电源的MCU处理单元电路结构示意图；
图10是本发明所涉一种基于数据采集及监控的CPCI电源的RS485通信单元电路结构示意图；
图11是本发明所涉一种基于数据采集及监控的CPCI电源的指示灯及数码显示单元电路结构示意图。
(五)具体实施方式：
实施例：一种基于数据采集及监控的CPCI电源，如图2所示，其特征在于它是由背板连接器、冗余控制单元、滤波电路单元、隔离电压变换单元、采集放大单元、AD转换单元、温度采样单元、MCU处理单元、RS485通信单元、指示灯及数码显示单元组成；其中，
所述背板连接器用于与外部设备连接，可以接收输入电压信号、输出电压信号、冗余控制信号和RS485串口信号；所述背板连接器由隔离变压器单元为其提供24V电压信号，作为工作电源，同时其输入端还接收RS485通信单元的输出串口信号，其输出端分别与滤波电路单元和冗余控制单元连接；
所述冗余控制单元用于实现电源的冗余功能，其输入端连接背板连接器，输出端连接隔离电压变换I单元，如图2所示；
所述滤波电路单元，如图2所示，用于对输入端进行滤波保护，具有对输入电源的过电压钳位作用，可以保护敏感器件不被干扰，还可以对输入电源进行滤波进而抑制输入端的噪声干扰，此外，对输入电源实现反向保护以及输入电源瞬间断电延时的功能；所述滤波电路单元的输入端连接110V电源输入，其输出端连接隔离电压变换单元；
所述隔离电压变换单元用于输出电源所需的电压，经过隔离电压变换后输出电压为24V，用于外部供电；所述隔离电压变换单元的输出端分别连接背板连接器和采集放大单元，如图2所示
所述AD转换单元的输入端连接采集放大单元的输出端，其输出端与MCU处理单元连接，如图2所示；
所述温度采样单元用于采集电源的内部温度，同时将采集的实际温度值转换为数字量，其输出端连接MCU处理器单元，如图2所示；
所述MCU处理单元，如图2所示，用于处理数据、控制指示灯、数码显示以及进行RS485数据传输；所述MCU处理单元的输出端分别连接RS485通信单元和指示灯及数码显示单元；
所述RS485通信单元用于与外部系统进行数据通信，其输出端连接背板连接器，如图2所示；
所述指示灯及数码显示单元用于显示电源的当前状态、电压、电流和温度值，如图2所示。
所述指示灯及数码显示单元是由指示灯模块和数码显示模块构成，如图2所示；所述指示灯模块用于显示电源的当前状态；所述数码显示模块将循环显示电源的电压、电流、温度值。
所述采集放大单元是由电压采样放大电路模块和电流采样放大电路模块构成，如图2所示，用于将输出的电压、电流的采样值进行放大处理。
所述电源变换单元是由电源变换模块N1及其外围电路I构成，如图5所示；所述外围电路I是由Y电容CY1、Y电容C2、Y电容C3、Y电容CY4、差模电感L3、钽电容C5、钽电容C6、钽电容C7、钽电容C8、钽电容C9、钽电容C10，独石电容C11构成；所述电源变换模块N1有+IN端子、PC端子、PR端子、-IN端子、-OUT端子、SC端子和+OUT端子；所述Y电容CY1并联在电源变换模块N1的+IN端子与机壳地PE之间；所述Y电容C2并联在+OUT端子与机壳地PE之间；所述Y电容C3并联在-IN端子与PE之间；所述Y电容CY4并联在-OUT端子与机壳地PE之间；所述的差模电感L3的一端连接至电源变换模块N1的+OUT端子，另一端则连接24V+电源端；所述钽电容C5、钽电容C6、钽电容C7、钽电容C8、钽电容C9和钽电容C10均并联在24V+电源端及24V-电源端之间，且正端连接24V+，负端连接24V-；所述独石电容C11并联在24V+电源端及24V-电源端之间；所述电源变换模块N1的PR端子作为均流端实现冗余功能；
所述冗余控制单元是由隔离变压器TR1和电阻R1构成，如图3所示；所述隔离变压器TR1有6个管脚，分别记作1管脚、2管脚、3管脚、4管脚、5管脚及6管脚；所述5管脚连接信号PR2-，所述6管脚连接信号PR2+，信号PR+和信号PR-用作冗余控制，引到背板连接器上；所述电阻R1的一端连接隔离变压器TR1的4管脚，其另一端连接电源变换模块N1的PR端子；所述1管脚与电源变换模块N1的-IN端子连接。
所述隔离变压器TR1的型号为29768。
所述滤波电路单元是由熔断器FU1、电阻RX1、压敏电阻RV1、瞬态电压抑制二级管TVS1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、差模电感L1及共模电感L2构成，如图4所示；所述熔断器FU1一端连接电源的正极端110V+，另一端连接电感L1的一端；所述电阻RX1、压敏电阻RV1、瞬态电压抑制二级管TVS1及电容C1呈并联连接方式，其中一个并联接点与差模电感L1的一端连接，另一个并连接点则与共模电感L2的一端连接；所述的差模电感L1一端分别连接熔断器FU1、电阻RX1、压敏电阻RV1、瞬态电压抑制二级管TVS1及电容C1，另一端与共模电感L2连接；所述的共模电感L2有4个管脚，分别记作I管脚、II管脚、III管脚和IV管脚，其中，所述II管脚与差模电感L1连接，所述I管脚与电容C1连接；所述电容C2、电容C3和电容C4呈并联连接关系，且并连接点分别连接在共模电感L2的III管脚和IV管脚上。
所述采集放大单元是由隔离运算放大器U1及其外围电路II构成，如图6所示；所述隔离运算放大器U1有8个端子，分别是ADD1端子、VINP端子、VINN端子、GND1端子、GND2端子、VOUTN端子、VOUTP端子和ADD2端子；所述ADD1端子连接5V电源；所述GND1端子连接24V电源的GND接地端；所述GND2端子和VOUTN端子短接接地；所述VOUTP端子连接信号1_A，信号1_A作为电流采集值连接到AD采集单元；所述外围电路II是由电阻R2、电容C12及电容C13构成；所述的电阻R2一端连接24V1_A电源信号端，其另一端接隔离运算放大器U1的VINP端子；所述的电容C12并接在VINP端子及VINN端子之间；所述的电容C13并接在GND2端子与ADD2端子之间。
所述隔离运算放大器U1是AMC1200运算放大器。
所述AD转换单元是由AD转换芯片U2及其外围电路III构成，如图7所示；所述AD转换芯片U2有ANO管脚、AN1管脚、AN2管脚、AN3管脚、AN4管脚、AN5管脚、AN6管脚、AN7管脚、REF管脚、AVDD管脚、NC管脚、AGND管脚、DGND管脚、DVDD管脚、RST#管脚、CS#管脚、BUSY管脚、DIN管脚、DOUT管脚、SCLK管脚；所述外围电路由电阻R3、电阻R4、电容C15及电容C16构成；所述电阻R3一端连接REF管脚，其另一端与AVDO管脚连接；所述电阻R4连接在DVDD管脚和RST#管脚之间；所述电容C15连接于AVDD管脚和AGND管脚之间；所述电容C16一端与DGND管脚连接，其另一端与DVDD连接。
所述温度采样单元是由温度传感芯片U3及其外围电路IV构成，如图8所示；所述外围电路IV是由电阻R5以及电容C17构成；所述温度传感芯片U3有3个端子，分别是VCC端子、GND端子盒OUT端子；所述的电容C17并联连接在VCC端子及GND端子之间；所述的电阻R5并联连接在VCC端子和OUT端子之间。
所述MCU处理单元是由ARM处理芯片U4及其外围电路V构成，如图9所示；所述ARM处理芯片U4包含有VDD_12端子、VCAP_1端子、PB2/BOOT1端子、BOOT0端子、PB4/JNTRST端子、PB3/JTDO端子、PA15/JTDI端子、PA13/JTMS端子、NRST端子、PA14/JTCK端子、PC13*/TIMPER-TRC端子、PC15*/OSC32_OUT端子、VCAP_2端子、PC14*OSC32_IN端子、OSC_IN端子及OSC_OUT端子；所述外围电路V是由电阻R6～R15、电容C18～C28、32.768KHz晶振G1和8MHz晶振G2构成；所述电阻R6一端连接VDD_12端子，另一端连接A1_GND；所述电阻R7一端连接VCAP_1端子，另一端连接A1_GND；所述电阻R8一端连接PB2/BOOT1端子，另一端连接到A1_GND；所述电阻R9一端连接BOOT0端子，另一端连接到A1_GND；所述电阻R10连接在PB4/JNTRST端子和3.3V_A1之间；所述电阻R11连接在PB3/JTDO端子和3.3V_A1之间；所述电阻R12连接在PA15/JTDI端子和3.3V_A1之间；所述电阻R13连接在PA13/JTMS端子和3.3V_A1之间；所述电阻R14连接在NRST端子和3.3V_A1之间；所述电阻R15一端连接PA14/JTCK端子，另一端连接A1_GND；所述电容C18一端连接A1_GND，另一端连接PC13*/TIMPER-TRC端子；所述电容C19一端连接A1_GND，另一端连接PC15*/OSC32_OUT端子；所述电容C22～C27作为滤波电容，跨接在3.3V_A1与A1_GND之间；所述电容C29一端连接A1_GND，另一端连接VCAP_2端子；所述32.768KHz晶振G1跨接在PC14*OSC32_IN端子与PC15*/OSC32_OUT端子之间；所述8MHz晶振G2跨接在OSC_IN端子与OSC_OUT端子之间。
所述RS485通信单元是由RS485总线收发器U5、光电耦合器U6、光电耦合器U7及其外围电路VI构成，如图10所示；所述光电耦合器U6和光电耦合器U7各自都有8个端子，分别是NC端子I、正极端子、负极端子、NC端子II、VCC端子、VE端子、VO端子及GND端子；所述RS485总线收发器U5有8个端口，分别是VCC端口、A端口、B端口、GND端口、DI端口、DE端口、RE#端口及RO端口；所述外围电路VI是由电阻R16～R24和电容C29构成；所述电阻R16一端连接信号5V_A2，另一端连接光电耦合器U6的正极端子；所述电阻R17一端连接信号3.3V_A1，另一端连接光电耦合器U6的VE端子；所述电阻R18一端连接信号3.3V_A1，另一端连接光电耦合器U6的VO端子；所述电阻R19一端连接信号5V_A2，另一端连接光电耦合器U7的VO端子；所述电阻R20一端连接信号5V_A2，另一端连接光电耦合器U7的VE端子；所述电阻R21一端连接信号3.3V_A1，另一端连接光电耦合器U7的正极端子；所述电阻R22一端连接信号5V_A2，另一端连接RS485总线收发器U5的RE#端口；所述电阻R23一端连接信号5V_A2，另一端连接RS485总线收发器U5的A端口；所述电阻R24并接在RS485总线收发器U5的A端口和B端口之间。
所述指示灯和数码显示单元是由驱动芯片U8、电阻R25～R36、指示灯LED1～LED4和连接器XS1构成，如图11所示；所述驱动芯片U8选用反项驱动器ULN2803AN，其中8组输入分别记作I1～I8，8组输出分别记作O1～O8，其中，输出端O5～O8作为输出通道用于数码管的选通；所述连接器XS1有16个端子，分别记作1号～16号端子；所述U8的输出端O5～O8分别连接XS1的9号～11号端子上；所述的电阻R25～R32一端分别与led_a信号、led_b信号、led_c信号、led_d信号、led_e信号、led_f信号、led_g信号和led_DP信号连接，其另一端分别与连接器XS1的2号端子、4号端子、6号端子、8号端子、10号端子、12号端子、14号端子、16号端子连接；所述电阻R33～R36的一端连接3.3V_A1，另一端分别连接指示灯LED1～LED4的正端；所述指示灯LED1～LED4的负端分别连接信号24V1_R、24V1_F、24V2_R、24V1_F。
为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明设计是一种基于数据采集及监控的CPCI电源。
如图1所示，电源板为标准6U CPCI架构。电源板上分布有输入控制开关100，输入电压指示灯200，七段数码管300，输出故障/正常指示灯400，CPCI连接器500及JTAG仿真接口600。
如图2所示，输入电压通过连接器进入电源板卡，通过滤波，电压变换输出隔离的24V电压。将采样的电压、电流通过AD转换后进入MCU中，采样后的温度值进入MCU。将采集电压，电流，温度的值进行分析处理，通过RS485串行通信，采用应答的方式与上位机通信，同时通过数码管显示电压，电流，温度的值，输出指示灯显示2路电压是否输出正常。
如图3所示，通过变压器控制电源模块的PR端，实现模块的冗余功能。
如图4所示，滤波电路具有输入电源过电压钳位以保护敏感器件，输入电源滤波、抑制噪声干扰，输入电源反向保护，输入电源瞬间断电延时等功能。主要由保险管、压敏电阻、TVS管、电感、电容等组成。
如图5所示，电源转换主要由电源模块组成，选用VICOR电源块进行隔离输出。
如图6所示，电压/电流的采样值经过AMC1200隔离放大，AMC1200将采样值放大8倍。
如图7所示，AD转换外围电路，采用TI公司的12位，8通道的ADS8028IRTJT转换器，2路电压电流分别选用4～7通道，转换后的数字量通过SPI进入ARM处理器中。
如图8所示，采用DS18B20温度传感器将采集的温度值转换为数字串进入ARM处理器中。
如图9所示，MCU选用STM32F107VCT6 ARM处理器进行数据处理，电压电流通过SPI进入ARM，PD13，14：温度采样，PB6～9：指示灯通道，PC6、7、8、PD15：数码管选通，PD3～7，PC10～12：数码管显示。
如图10所示，RS485总线收发器选用ADI公司的ADM485ARZ产品。
如图11所示，电路采用ULN2803AN驱动器件、连接器XS1连接2组2为七段数码管，4个LED指示灯显示电源的正常、故障状态。
以上实施例仅是对本发明基于一种基于数据采集及监控的CPCI电源具体应用例子，并不、限制本申请权利要求。凡是在本申请权利要求技术方案上进行的修改和非本质改进的，均在本申请权利要求保护范围之内。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种基于数据采集及监控的CPCI电源，其特征在于它是由背板连接器、冗余控制单元、滤波电路单元、隔离电压变换单元、采集放大单元、AD转换单元、温度采样单元、MCU处理单元、RS485通信单元、指示灯及数码显示单元组成；其中，
所述背板连接器用于与外部设备连接，可以接收输入电压信号、输出电压信号、冗余控制信号和RS485串口信号；所述背板连接器由隔离变压器单元为其提供24V电压信号，作为工作电源，同时其输入端还接收RS485通信单元的输出串口信号，其输出端分别与滤波电路单元和冗余控制单元连接；
所述冗余控制单元用于实现电源的冗余功能，其输入端连接背板连接器，输出端连接隔离电压变换I单元；
所述滤波电路单元用于对输入端进行滤波保护，具有对输入电源的过电压钳位作用，可以保护敏感器件不被干扰，还可以对输入电源进行滤波进而抑制输入端的噪声干扰，此外，对输入电源实现反向保护以及输入电源瞬间断电延时的功能；所述滤波电路单元的输入端连接110V电源输入，其输出端连接隔离电压变换单元；
所述隔离电压变换单元用于输出电源所需的电压，经过隔离电压变换后输出电压为24V，用于外部供电；所述隔离电压变换单元的输出端分别连接背板连接器和采集放大单元；
所述AD转换单元的输入端连接采集放大单元的输出端，其输出端与MCU处理单元连接；
所述温度采样单元用于采集电源的内部温度，同时将采集的实际温度值转换为数字量，其输出端连接MCU处理器单元；
所述MCU处理单元用于处理数据、控制指示灯、数码显示以及进行RS485数据传输；所述MCU处理单元的输出端分别连接RS485通信单元和指示灯及数码显示单元；
所述RS485通信单元用于与外部系统进行数据通信，其输出端连接背板连接器；
所述指示灯及数码显示单元用于显示电源的当前状态、电压、电流和温度值。
2.根据权利要求1所述一种基于数据采集及监控的CPCI电源，其特征在于所述采集放大单元是由电压采样放大电路模块和电流采样放大电路模块构成，用于将输出的电压、电流的采样值进行放大处理。
3.根据权利要求1所述一种基于数据采集及监控的CPCI电源，其特征在于所述电源变换单元是由电源变换模块N1及其外围电路I构成；所述外围电路I是由Y电容CY1、Y电容C2、Y电容C3、Y电容CY4、差模电感L3、钽电容C5、钽电容C6、钽电容C7、钽电容C8、钽电容C9、钽电容C10，独石电容C11构成；所述电源变换模块N1有+IN端子、PC端子、PR端子、-IN端子、-OUT端子、SC端子和+OUT端子；所述Y电容CY1并联在电源变换模块N1的+IN端子与机壳地PE之间；所述Y电容C2并联在+OUT端子与机壳地PE之间；所述Y电容C3并联在-IN端子与PE之间；所述Y电容CY4并联在-OUT端子与机壳地PE之间；所述的差模电感L3的一端连接至电源变换模块N1的+OUT端子，另一端则连接24V+电源端；所述钽电容C5、钽电容C6、钽电容C7、钽电容C8、钽电容C9和钽电容C10均并联在24V+电源端及24V-电源端之间，且正端连接24V+，负端连接24V-；所述独石电容C11并联在24V+电源端及24V-电源端之间；所述电源变换模块N1的PR端子作为均流端实现冗余功能；
所述冗余控制单元是由隔离变压器TR1和电阻R1构成；所述隔离变压器TR1有6个管脚，分别记作1管脚、2管脚、3管脚、4管脚、5管脚及6管脚；所述5管脚连接信号PR2-，所述6管脚连接信号PR2+，信号PR+和信号PR-用作冗余控制，引到背板连接器上；所述电阻R1的一端连接隔离变压器TR1的4管脚，其另一端连接电源变换模块N1的PR端子；所述1管脚与电源变换模块N1的-IN端子连接。
4.根据权利要求3所述一种基于数据采集及监控的CPCI电源，其特征在于所述隔离变压器TR1的型号为29768。
5.根据权利要求1所述一种基于数据采集及监控的CPCI电源，其特征在于所述滤波电路单元是由熔断器FU1、电阻RX1、压敏电阻RV1、瞬态电压抑制二级管TVS1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、差模电感L1及共模电感L2构成；所述熔断器FU1一端连接电源的正极端110V+，另一端连接电感L1的一端；所述电阻RX1、压敏电阻RV1、瞬态电压抑制二级管TVS1及电容C1呈并联连接方式，其中一个并联接点与差模电感L1的一端连接，另一个并连接点则与共模电感L2的一端连接；所述的差模电感L1一端分别连接熔断器FU1、电阻RX1、压敏电阻RV1、瞬态电压抑制二级管TVS1及电容C1，另一端与共模电感L2连接；所述的共模电感L2有4个管脚，分别记作I管脚、II管脚、III管脚和IV管脚，其中，所述II管脚与差模电感L1连接，所述I管脚与电容C1连接；所述电容C2、电容C3和电容C4呈并联连接关系，且并连接点分别连接在共模电感L2的III管脚和IV管脚上。
6.根据权利要求2所述一种基于数据采集及监控的CPCI电源，其特征在于所述采集放大单元是由隔离运算放大器U1及其外围电路II构成；所述隔离运算放大器U1有8个端子，分别是ADD1端子、VINP端子、VINN端子、GND1端子、GND2端子、VOUTN端子、VOUTP端子和ADD2端子；所述ADD1端子连接5V电源；所述GND1端子连接24V电源的GND接地端；所述GND2端子和VOUTN端子短接接地；所述VOUTP端子连接信号1_A，信号1_A作为电流采集值连接到AD采集单元；所述外围电路II是由电阻R2、电容C12及电容C13构成；所述的电阻R2一端连接24V1_A电源信号端，其另一端接隔离运算放大器U1的VINP端子；所述的电容C12并接在VINP端子及VINN端子之间；所述的电容C13并接在GND2端子与ADD2端子之间。
7.根据权利要求6所述一种基于数据采集及监控的CPCI电源，其特征在于所述隔离运算放大器U1是AMC1200运算放大器。
8.所述AD转换单元是由AD转换芯片U2及其外围电路III构成；所述AD转换芯片U2有ANO管脚、AN1管脚、AN2管脚、AN3管脚、AN4管脚、AN5管脚、AN6管脚、AN7管脚、REF管脚、AVDD管脚、NC管脚、AGND管脚、DGND管脚、DVDD管脚、RST#管脚、CS#管脚、BUSY管脚、DIN管脚、DOUT管脚、SCLK管脚；所述外围电路由电阻R3、电阻R4、电容C15及电容C16构成；所述电阻R3一端连接REF管脚，其另一端与AVDO管脚连接；所述电阻R4连接在DVDD管脚和RST#管脚之间；所述电容C15连接于AVDD管脚和AGND管脚之间；所述电容C16一端与DGND管脚连接，其另一端与DVDD连接；
所述温度采样单元是由温度传感芯片U3及其外围电路IV构成；所述外围电路IV是由电阻R5以及电容C17构成；所述温度传感芯片U3有3个端子，分别是VCC端子、GND端子盒OUT端子；所述的电容C17并联连接在VCC端子及GND端子之间；所述的电阻R5并联连接在VCC端子和OUT端子之间；
所述MCU处理单元是由ARM处理芯片U4及其外围电路V构成；所述ARM处理芯片U4包含有VDD_12端子、VCAP_1端子、PB2/BOOT1端子、BOOT0端子、PB4/JNTRST端子、PB3/JTDO端子、PA15/JTDI端子、PA13/JTMS端子、NRST端子、PA14/JTCK端子、PC13*/TIMPER-TRC端子、PC15*/OSC32_OUT端子、VCAP_2端子、PC14*OSC32_IN端子、OSC_IN端子及OSC_OUT端子；所述外围电路V是由电阻R6～R15、电容C18～C28、32.768KHz晶振G1和8MHz晶振G2构成；所述电阻R6一端连接VDD_12端子，另一端连接A1_GND；所述电阻R7一端连接VCAP_1端子，另一端连接A1_GND；所述电阻R8一端连接PB2/BOOT1端子，另一端连接到A1_GND；所述电阻R9一端连接BOOT0端子，另一端连接到A1_GND；所述电阻R10连接在PB4/JNTRST端子和3.3V_A1之间；所述电阻R11连接在PB3/JTDO端子和3.3V_A1之间；所述电阻R12连接在PA15/JTDI端子和3.3V_A1之间；所述电阻R13连接在PA13/JTMS端子和3.3V_A1之间；所述电阻R14连接在NRST端子和3.3V_A1之间；所述电阻R15一端连接PA14/JTCK端子，另一端连接A1_GND；所述电容C18一端连接A1_GND，另一端连接PC13*/TIMPER-TRC端子；所述电容C19一端连接A1_GND，另一端连接PC15*/OSC32_OUT端子；所述电容C22～C27作为滤波电容，跨接在3.3V_A1与A1_GND之间；所述电容C29一端连接A1_GND，另一端连接VCAP_2端子；所述32.768KHz晶振G1跨接在PC14*OSC32_IN端子与PC15*/OSC32_OUT端子之间；所述8MHz晶振G2跨接在OSC_IN端子与OSC_OUT端子之间。
9.根据权利要求1所述一种基于数据采集及监控的CPCI电源，其特征在于所述RS485通信单元是由RS485总线收发器U5、光电耦合器U6、光电耦合器U7及其外围电路VI构成；所述光电耦合器U6和光电耦合器U7各自都有8个端子，分别是NC端子I、正极端子、负极端子、NC端子II、VCC端子、VE端子、VO端子及GND端子；所述RS485总线收发器U5有8个端口，分别是VCC端口、A端口、B端口、GND端口、DI端口、DE端口、RE#端口及RO端口；所述外围电路VI是由电阻R16～R24和电容C29构成；所述电阻R16一端连接信号5V_A2，另一端连接光电耦合器U6的正极端子；所述电阻R17一端连接信号3.3V_A1，另一端连接光电耦合器U6的VE端子；所述电阻R18一端连接信号3.3V_A1，另一端连接光电耦合器U6的VO端子；所述电阻R19一端连接信号5V_A2，另一端连接光电耦合器U7的VO端子；所述电阻R20一端连接信号5V_A2，另一端连接光电耦合器U7的VE端子；所述电阻R21一端连接信号3.3V_A1，另一端连接光电耦合器U7的正极端子；所述电阻R22一端连接信号5V_A2，另一端连接RS485总线收发器U5的RE#端口；所述电阻R23一端连接信号5V_A2，另一端连接RS485总线收发器U5的A端口；所述电阻R24并接在RS485总线收发器U5的A端口和B端口之间。
10.根据权利要求1所述一种基于数据采集及监控的CPCI电源，其特征在于所述指示灯和数码显示单元是由指示灯模块和数码显示模块构成，具体包括指示灯LED1～LED4、驱动芯片U8、电阻R25～R36和连接器XS1构成；所述驱动芯片U8选用反项驱动器ULN2803AN，其中8组输入分别记作I1～I8，8组输出分别记作O1～O8，其中，输出端O5～O8作为输出通道用于数码管的选通；所述连接器XS1有16个端子，分别记作1号～16号端子；所述U8的输出端O5～O8分别连接XS1的9号～11号端子上；所述的电阻R25～R32一端分别与led_a信号、led_b信号、led_c信号、led_d信号、led_e信号、led_f信号、led_g信号和led_DP信号连接，其另一端分别与连接器XS1的2号端子、4号端子、6号端子、8号端子、10号端子、12号端子、14号端子、16号端子连接；所述电阻R33～R36的一端连接3.3V_A1，另一端分别连接指示灯LED1～LED4的正端；所述指示灯LED1～LED4的负端分别连接信号24V1_R、24V1_F、24V2_R、24V1_F；所述指示灯LED1～LED4用于显示电源的当前状态；所述数码显示模块将循环显示电源的电压、电流、温度值。
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