CN110926797B - 紧凑型外设互联总线板卡 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种CPCI总线板卡，该板卡包括MCU和第一测量单元。第一测量单元包括高压回采模块、漏电流回采模块、高压发生器模块和漏电流平衡电桥模块；高压发生器模块用于产生设定值的电压并施加给被测电磁阀的线圈；高压回采模块用于采集被测电磁阀的壳体的电压，并将采集的第一数据发送给MCU；漏电流平衡电桥模块用于采集被测电磁阀的壳体的漏电流，将漏电流转换成电压得到第二数据，并将第二数据发送给漏电流回采模块；漏电流回采模块用于将第二数据发送给MCU；MCU用于根据第一数据和第二数据确定被测电磁阀的绝缘特性；上述模块分别采用独立的浮地设计。本发明实施例提供的CPCI总线板卡提高了板卡测量的精度、可靠性和抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明属于通讯技术领域，具体涉及一种紧凑型外设互联总线板卡。
背景技术
随着科学技术的进步，测试设备开始朝着小型化、专用化的方向发展。紧凑型外设互联(Compact Peripheral Component Interconnect，简称为CPCI)总线产品具有速度快、体积小、测试精确度高、模块化等优点，是公认的最有前途的总线之一。CPCI总线广泛应用于航空航天测试以及工业自动化测试等领域。电磁阀是航天装备中的基础器件，地面测试设备应能够对被测单机的电磁阀基础特性做快速、准确、高可靠的测试测量。现有的用于测试电磁阀基础特性的紧凑型外设互联总线板卡存在准确性低、实时性差等问题。
因此，在保证高可靠性的前提下，如何保证测试的准确性、如何抑制干扰源、以及如何快速测试为关键性问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种紧凑型外设互联总线板卡，以解决现有技术中紧凑型外设互联总线板卡用于电磁阀特性测试时准确性低、实时性差的问题。
本发明实施例提供了一种紧凑型外设互联总线板卡用于电磁阀特性测试，包括微控制单元和第一测量单元；
所述第一测量单元用于对被测电磁阀进行绝缘特性测试；
所述第一测量单元包括高压回采模块、漏电流回采模块、高压发生器模块和漏电流平衡电桥模块；
所述高压发生器模块用于产生设定值的电压并施加给所述被测电磁阀的线圈；
所述高压回采模块用于采集所述被测电磁阀的壳体的电压，并将采集的第一数据发送给所述微控制单元；
所述漏电流平衡电桥模块用于采集所述被测电磁阀的壳体的漏电流，将漏电流转换成电压得到第二数据，并将所述第二数据发送给漏电流回采模块；
所述漏电流回采模块用于将所述第二数据发送给所述微控制单元；
所述微控制单元用于根据所述第一数据和所述第二数据确定所述被测电磁阀的绝缘特性；
所述高压发生器模块、所述高压回采模块、所述漏电流平衡电桥模块和所述漏电流回采模块分别采用独立的浮地设计。
进一步地，还包括第二测量单元；
所述第二测量单元用于对所述被测电磁阀进行线圈特性测试；
所述第二测量单元包括线圈电压回采模块、线圈电压脉冲模块、霍尔电流传感器模块和线圈电流回采模块；
所述线圈电压脉冲模块用于对所述被测电磁阀的线圈提供脉冲驱动电压；
所述线圈电压回采模块用于实时采集所述被测电磁阀的线圈的电压，并将采集的第三数据发送给所述微控制单元；
所述霍尔电流传感器模块用于采集所述被测电磁阀的线圈的电流，将所述电流转换成电压得到第四数据，并将所述第四数据发送给所述线圈电流回采模块；
所述线圈电流回采模块用于将所述第四数据发送给所述微控制单元；
所述微控制单元还用于根据接收到的所述第三数据和所述第四数据确定所述被测电磁阀的线圈特性；
所述线圈电压回采模块、所述线圈电流回采模块、所述线圈电压脉冲模块和所述霍尔电流传感器模块分别采用独立的浮地设计。
进一步地，还包括第三测量单元；
所述第三测量单元用于对所述被测电磁阀进行接触电阻特性测试；
所述第三测量单元包括：恒流源电压回采模块和恒流源模块；
所述恒流源模块用于对所述被测电磁阀的闭合触点的接触电阻提供采样电流；
所述恒流源电压回采模块用于采集所述闭合触点的电压，并将采集的第五数据发送给所述微控制单元；
所述微控制单元还用于根据所述第五数据确定所述被测电磁阀的电阻特性；
所述恒流源电压回采模块和所述恒流源模块分别采用独立的浮地设计。
进一步地，所述第一测量单元、所述第二测量单元和所述第三测量单元分别采用独立的浮地设计。
进一步地，还包括互相连接的可编程逻辑器件模块和模数转换模块；
所述模数转换模块用于通道切换和数据转换；
所述高压回采模块、所述漏电流回采模块、所述线圈电压回采模块、所述线圈电流回采模块和所述恒流源电压回采模块分别与模数转换模块连接；
所述高压回采模块、所述漏电流回采模块、所述线圈电压回采模块、所述线圈电流回采模块、所述恒流源电压回采模块和所述模数转换模块的知识产权核集成在可编程逻辑器件模块中；
所述微控制单元用于控制集成在所述可编程逻辑器件模块中的知识产权核。
进一步地，所述高压发生器模块包括高压发生器和高压稳定负反馈环路；
所述高压发生器用于将产生的第一电压输入高压稳定负反馈环路；
所述高压稳定负反馈环路用于调节所述第一电压得到所述设定值的电压，并将所述设定值的电压施加给被测电磁阀线圈。
进一步地，所述漏电流平衡电桥模块具有两个档位的量程。
进一步地，所述霍尔电流传感器模块包括仪表放大器电路。
进一步地，所述恒流源模块包括高流运算放大器。
本发明实施例提供的一种紧凑型外设互联总线板卡通过第一测量单元测量电磁阀的绝缘特性，通过第二测量单元测量电磁阀的线圈特性，通过第三测量单元测量电磁阀的接触电阻特性，能够满足电磁阀特性测试的应用需求。该板卡通过微控制单元实现硬件控制和数据采集的功能，减轻了上位机对于数据采集和硬件控制的负担。微控制单元的定时精度优于上位机定时精度，因此测试结果稳定性和一致性得到提升。本发明实施例提供的紧凑型外设互联总线板卡不同的测量单元不共地可避免多个测量单元之间因为电压差距互相干扰。
附图说明
图1为本发明实施例的CPCI总线板卡结构框图。
图2为本发明实施例的高压发生器模块电路图。
图3为本发明实施例的漏电流回采单元电路图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明实施例提供了一种紧凑型外设互联(Compact Peripheral ComponentInterconnect，简称为CPCI)总线板卡，用于电磁阀特性测试。该板卡包括微控制单元(Microcontroller Unit，简称MCU)和第一测量单元。第一测量单元用于对被测电磁阀进行绝缘特性测试。第一测量单元包括高压回采模块、电流回采模块、高压发生器模块和漏电流平衡电桥模块。高压发生器模块优选包括高压发生器和高压稳定负反馈环路。高压发生器模块通过闭环负反馈技术进行控制。与采用开环高压输出相比，提高了输出电压的准确性。高压发生器模块用于产生设定值的电压并施加给被测电磁阀的线圈。优选地，设定值的电压为+100V高压。高压回采模块用于采集被测电磁阀的壳体的电压，并将采集的第一数据发送给MCU。漏电流平衡电桥模块用于采集被测电磁阀的壳体的漏电流，将漏电流转换成电压得到第二数据，并将第二数据发送给漏电流回采模块。优选地，漏电流平衡电桥模块采用负反馈的平衡电桥技术，通过高阻输入运算放大器与复合运算放大器技术结合，构成漏电流转换电路，将漏电流转换成电压并具有两个档位的量程选择，提高了漏电流转换的准确性。漏电流回采模块用于将第二数据发送给MCU。MCU用于控制高压回采模块和漏电流回采模块。MCU还用于根据第一数据和第二数据确定被测电磁阀的绝缘特性。高压发生器模块、高压回采模块、漏电流平衡电桥模块和漏电流回采模块分别采用独立的浮地设计。浮地电压可达1500Vrms。各个模块采用单独的浮地设计提高了板卡测量的可靠性和抗干扰能力。
本发明实施例提供了一种CPCI总线板卡，包括第二测量单元。第二测量单元用于对被测电磁阀进行线圈特性测试。第二测量单元包括线圈电压回采模块、线圈电压脉冲模块、霍尔电流传感器模块和线圈电流回采模块。线圈电压脉冲模块，用于对被测电磁阀线圈提供脉冲驱动电压。线圈电压回采模块用于实时采集被测电磁阀的线圈的电压，并将采集的第三数据发送给MCU。霍尔电流传感器模块用于采集被测电磁阀的线圈的电流，将电流转换成电压得到第四数据，并将第四数据发送给线圈电流回采模块。优选地，霍尔电流传感器模块使用了仪表放大器结构与有源模拟滤波器技术，使得测量的准确性得到提高。线圈电流回采模块用于将第四数据发送给MCU。MCU还用于控制线圈电压回采模块和线圈电流回采模块。MCU还用于根据接收到的第三数据和第四数据确定被测电磁阀的线圈特性。线圈电压回采模块、线圈电流回采模块、线圈电压脉冲模块和霍尔电流传感器模块分别采用独立的浮地设计。浮地电压可达1500Vrms。各个模块采用单独的浮地设计提高了板卡测量的可靠性和抗干扰能力。
本发明实施例提供了一种CPCI总线板卡，包括第三测量单元。第三测量单元用于对被测电磁阀进行接触电阻特性测试。第三测量单元包括：恒流源电压回采模块和恒流源模块。优选地，恒流源模块电流源工作在I和III象限，因此可以提供正负两个方向的电流，电流值通过编程设置。恒流源模块通过复合式运算放大器技术结合高流运算放大器，使得测量的准确性得到提高。恒流源模块用于对被测电磁阀的闭合触点的接触电阻提供采样电流。恒流源电压回采模块用于采集闭合触点的电压，并将采集的第五数据发送给MCU。MCU还用于控制恒流源电压回采模块。MCU还用于根据第五数据确定被测电磁阀的电阻特性。恒流源电压回采模块和恒流源模块分别采用独立的浮地设计。浮地电压可达1500Vrms。各个模块采用单独的浮地设计提高了板卡测量的可靠性和抗干扰能力。
为了满足电磁阀特性测试的应用需求，该板卡优选包括多个测量单元。本发明实施例提供了一种CPCI总线板卡，包括上述第一测量单元、第二测量单元和第三测量单元。第一测量单元、第二测量单元和第三测量单元分别采用独立的浮地设计。浮地电压可达1500Vrms。各个测量单元采用单独的浮地设计提高了板卡测量的可靠性和抗干扰能力。
进一步地，该板卡还包括互相连接的可编程逻辑器件(Field Programmable GateArray，简称FPGA)模块和模数转换(Analog-to-Digital Converter，简称为ADC)模块；
ADC模块用于通道切换和数据转换；
高压回采模块、漏电流回采模块、线圈电压回采模块、线圈电流回采模块和恒流源电压回采模块分别与ADC模块连接；
高压回采模块、漏电流回采模块、线圈电压回采模块、线圈电流回采模块和恒流源电压回采模块和ADC模块的知识产权核(Intellectual Property core，简称为IP核)集成在FPGA模块中；
MCU用于控制集成在FPGA模块中的IP核。MCU通过FPGA模块中的IP核控制板卡的外部测量采集电路的硬件和通道切换的硬件，可以有效的减轻上位机对于大量数据采集的开销，使得系统的实时性得到提升。
图1为本发明实施例的CPCI总线板卡结构框图，如图1所示，该CPCI总线板卡，包括依次连接的MCU、FPGA模块和ADC模块。该CPCI总线板卡还包括第一测量单元、第二测量单元和第三测量单元。第一测量单元包括高压回采模块、电流回采模块、高压发生器模块和漏电流平衡电桥模块。第二测量单元包括依次连接的线圈电压回采模块、线圈电压脉冲模块、霍尔电流传感器模块和线圈电流回采模块。第三测量单元包括：恒流源电压回采模块和恒流源模块。高压回采模块、漏电流回采模块、线圈电压回采模块、线圈电流回采模块和恒流源电压回采模块分别与ADC模块。优选地，FPGA模块中还集成有CPCI总线桥片的IP核。CPCI总线用于与上位机进行数据交换和控制。在实际测试过程中，第一测量单元、第二测量单元和第三测量单元可按照设定顺序对电磁阀进行特性测试。
图2为本发明实施例的高压发生器模块电路图。如图2所示，高压发生器模块包括高压发生器、高压稳定负反馈环路和远端补偿模块。高压发生器模块包括发生器U79、电容C294、电容C295、电源、电阻R1024、电阻R1025、MOSFET管U81。U79的Vin+_1引脚和Vin+_2引脚同时连接C294的一端和电源。U79的Vin-_1引脚和Vin-_2引脚连接C294的另一端同时接地。C293和C294并联。U79的8引脚和17引脚连接R1025的一端。U79的10引脚和15引脚同时连接R1025的另一端和U81的源极并接地。U79的引脚9和引脚16连接R1024的一端。R1024的另一端连接U81的漏极。R1025和U81并联。高压发生器模块通过调整9、16、8、17管脚分压调整高压输出。高压稳定负反馈环路包括衰减器U82A。U82A用于将高压模块调整后的电压衰减10倍。高压稳定负反馈环路还包括半导体集成电路U80、放大器U82B和精密电阻R1031。U80的温漂为3ppm/℃，U82温漂为1uV/℃因此高压发生器具有极稳定的温度特性。远端补偿模块包括连接在负载端的电阻R1021和开关K1。远端补偿模块可将微小线压降补偿到U79高压发生器模块的输入调整段，从而达到远端高压施加的高精度。
图3为本发明实施例的漏电流回采单元电路图。如图3所示，U86为fA级输入偏置电流静电计放大器，R10为该放大器的Guard线端，Guard引至电路板外与漏电流返回线构成等电位走线，减少板外漏电流。HV-IN1与HV-IN点为电路板外置连接线，外置连线为铁丝外套PVC管，外直线做为聚四氟乙烯材质，以达到减少漏电的目的。K2开关、R1034、R1035构成2级量程，分别为测量25MΩ与250MΩ绝缘电阻。U85强漏电流检测电压方法2倍送ADC模块。
Claims (7)
1.一种紧凑型外设互联总线板卡，用于电磁阀特性测试，其特征在于，包括微控制单元和第一测量单元；
所述第一测量单元用于对被测电磁阀进行绝缘特性测试；
所述第一测量单元包括高压回采模块、漏电流回采模块、高压发生器模块和漏电流平衡电桥模块；
所述高压发生器模块用于产生设定值的电压并施加给所述被测电磁阀的线圈；
所述高压回采模块用于采集所述被测电磁阀的壳体的电压，并将采集的第一数据发送给所述微控制单元；
所述漏电流平衡电桥模块用于采集所述被测电磁阀的壳体的漏电流，将漏电流转换成电压得到第二数据，并将所述第二数据发送给漏电流回采模块；
所述漏电流回采模块用于将所述第二数据发送给所述微控制单元；
所述微控制单元用于根据所述第一数据和所述第二数据确定所述被测电磁阀的绝缘特性；
所述高压发生器模块、所述高压回采模块、所述漏电流平衡电桥模块和所述漏电流回采模块分别采用独立的浮地设计；
还包括第二测量单元；
所述第二测量单元用于对所述被测电磁阀进行线圈特性测试；
所述第二测量单元包括线圈电压回采模块、线圈电压脉冲模块、霍尔电流传感器模块和线圈电流回采模块；
所述线圈电压脉冲模块用于对所述被测电磁阀的线圈提供脉冲驱动电压；
所述线圈电压回采模块用于实时采集所述被测电磁阀的线圈的电压，并将采集的第三数据发送给所述微控制单元；
所述霍尔电流传感器模块用于采集所述被测电磁阀的线圈的电流，将所述电流转换成电压得到第四数据，并将所述第四数据发送给所述线圈电流回采模块；
所述线圈电流回采模块用于将所述第四数据发送给所述微控制单元；
所述微控制单元还用于根据接收到的所述第三数据和所述第四数据确定所述被测电磁阀的线圈特性；
所述线圈电压回采模块、所述线圈电流回采模块、所述线圈电压脉冲模块和所述霍尔电流传感器模块分别采用独立的浮地设计；
还包括第三测量单元；
所述第三测量单元用于对所述被测电磁阀进行接触电阻特性测试；
所述第三测量单元包括：恒流源电压回采模块和恒流源模块；
所述恒流源模块用于对所述被测电磁阀的闭合触点的接触电阻提供采样电流；
所述恒流源电压回采模块用于采集所述闭合触点的电压，并将采集的第五数据发送给所述微控制单元；
所述微控制单元还用于根据所述第五数据确定所述被测电磁阀的电阻特性；
所述恒流源电压回采模块和所述恒流源模块分别采用独立的浮地设计；
高压回采模块、漏电流回采模块、线圈电压回采模块、线圈电流回采模块和恒流源电压回采模块的IP核集成在FPGA模块中，所述微控制单元用于控制集成在FPGA模块中的IP核。
2.根据权利要求1所述的紧凑型外设互联总线板卡，其特征在于，所述第一测量单元、所述第二测量单元和所述第三测量单元分别采用独立的浮地设计。
3.根据权利要求2所述的紧凑型外设互联总线板卡，其特征在于，还包括互相连接的可编程逻辑器件模块和模数转换模块；
所述模数转换模块用于通道切换和数据转换；
所述高压回采模块、所述漏电流回采模块、所述线圈电压回采模块、所述线圈电流回采模块和所述恒流源电压回采模块分别与模数转换模块连接；
所述高压回采模块、所述漏电流回采模块、所述线圈电压回采模块、所述线圈电流回采模块、所述恒流源电压回采模块和所述模数转换模块的知识产权核集成在可编程逻辑器件模块中；
所述微控制单元用于控制集成在所述可编程逻辑器件模块中的知识产权核。
4.根据权利要求1所述的紧凑型外设互联总线板卡，其特征在于，所述高压发生器模块包括高压发生器和高压稳定负反馈环路；
所述高压发生器用于将产生的第一电压输入高压稳定负反馈环路；
所述高压稳定负反馈环路用于调节所述第一电压得到所述设定值的电压，并将所述设定值的电压施加给被测电磁阀线圈。
5.根据权利要求1所述的紧凑型外设互联总线板卡，其特征在于，所述漏电流平衡电桥模块具有两个档位的量程。
6.根据权利要求1所述的紧凑型外设互联总线板卡，其特征在于，所述霍尔电流传感器模块包括仪表放大器电路。
7.根据权利要求1所述的紧凑型外设互联总线板卡，其特征在于，所述恒流源模块包括高流运算放大器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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