CN114397036A - Fpga温度采集单元及其工作方法、温度采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种FPGA温度采集单元及其工作方法、温度采集系统，本FPGA温度采集单元包括：NTC译码模块，接收GDU模块的反馈信号，并将BK信号转换为温度数据输出；abs模块，与NTC译码模块电性连接，从温度数据中获取温度符号位输出，并将温度数据发送至通讯模块；以及通讯模块，与abs模块电性连接，将温度数据通过总线输出。本发明通过FPGA芯片可根据实际需求随时增加或减少温度模块的数量以及模块IO口，可实现对多个NTC温度进行实时采集的功能。通过通讯模块可以根据需求自由更改数据的传输地址，可搭配上位机使用可以更方便的观察温度信息，使模块应用范围更大。

Description

FPGA温度采集单元及其工作方法、温度采集系统

技术领域

本发明涉及一种FPGA温度采集单元及其工作方法、温度采集系统。

背景技术

在现有技术中采集温度数据往往采用如下方法：

（1）通过采用检测设备进行NTC温度检测，然后将检测出来的数据进行记录汇总。

（2）电阻分压法，结合单片机可以很方便的实现温度的测量。

（3）通过温度巡检仪等一些温度检测设备进行NTC温度的采集。

上述方法分别存在如下缺陷：

（1）检测设备采样法，这样的检测方式只能够达到一次性监测的效果，且此方法检测完需要对比NTC的阻值然后再根据阻值确定其温度，在使用的过程中存在一定的局限性且十分不方便。

（2）电阻分压法，结合单片机可以很方便的实现温度的测量，不过由于NTC传感器的特性其阻值会随着温度的变化而变化，常见的单片机通常为十位，加上采样过程中的系统的噪声以及误差很难满足全温度范围内高精度温度测量要求。

（3）温度巡检仪的办法，会由于输入线路过长而引起的测量误差，并且温度巡检仪的体积较大，占用空间，还需要人在设备附近进行实时的监测。

因此，需要设计一种基于FPGA的温度采集单元及其工作方法、温度采集系统。

发明内容

为了解决背景技术中所提及的技术问题，本发明提供一种FPGA温度采集单元及其工作方法、温度采集系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种FPGA温度采集单元，其特征在于，包括：

NTC译码模块，接收GDU模块的反馈信号，并将BK信号转换为温度数据输出；

abs模块，与NTC译码模块电性连接，从温度数据中获取温度符号位输出，并将温度数据发送至通讯模块；以及

通讯模块，与abs模块电性连接，将温度数据通过总线输出。

第二方面，本发明还提供了一种FPGA温度采集单元的工作方法，包括如下步骤：

步骤S1，通过NTC译码模块用于接收GDU模块的反馈信号，并将BK信号转换为温度数据输出；

步骤S2，通过abs模块从温度数据中获取温度符号位输出。

第三方面，本发明还提供了一种温度采集系统，包括：

IGBT模块，集成有NTC传感器；

GDU模块，与IGBT模块电性连接，用于根据采集的IGBT模块的温度数据产生BK信号；

所述的FPGA温度采集单元，与GDU模块电性连接，接收所述BK信号，并将BK信号转换为温度数据通过总线方式输出。

本发明的有益效果是，本发明的FPGA温度采集单元及其工作方法、温度采集系统通过FPGA芯片，编写出FPGA温度采集单元，打破硬件电路空间局限性的问题；并且可根据实际需求随时增加或减少温度模块的数量以及模块IO口，可实现对多个NTC温度进行实时采集的功能。通过通讯模块可以根据需求自由更改数据的传输地址，可搭配上位机使用可以更方便的观察温度信息，使模块应用范围更大。本FPGA温度采集单元适用于包含NTC传感器系统的使用，仅需要复位信号以及NTC传感器的反馈信号即可实现数据的采集。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是FPGA温度采集单元的原理框图；

图2是FPGA温度采集单元的电路原理图；

图3是FPGA温度采集单元的管脚图；

图4是NTC温度采集温度原理；

图5（a）是BK信号对应20℃时的波形图；

图5（b）是BK信号对应-19℃时的波形图；

图6是NTC译码模块的工作流程图；

图7是abs模块的工作流程图；

图8是通讯模块的工作流程图；

图9是温度采集系统的原理框图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1至图3所示，本实施例提供了一种FPGA温度采集单元，包括：

NTC译码模块，接收GDU模块（Gate drive unit，门极驱动单元）的反馈信号（称为BK信号），并将BK信号转换为温度数据输出；abs模块（绝对函数计算模块），与NTC译码模块电性连接，从温度数据中获取温度符号位输出，并将温度数据发送至通讯模块；以及通讯模块，与abs模块电性连接，将温度数据通过总线输出。

具体的，本FPGA温度采集单元仅需时钟信号CLK_IN、复位信号RST_IN以及包含GDU模块的反馈信号（BK信号由GDU模块根据集成NTC传感器的IGBT模块（Insulated GateBipolar Transistor, 绝缘栅双极型晶体管）获得温度数据产生，本实施例中BK0、BK1、BK2表示三路BK信号，表示可以连接三路BK信号）即可工作，使用起来十分简单，在FPGA内部将其端口连接好即可，外部通讯可通过光纤线将数据传送出去，并且本FPGA温度采集单元适用于含有NTC传感器的所有系统其具有良好的应用空间；以及ADD_CS0、ADD_CS1、ADD_CS2为通讯部分的地址位、XD0[7..0]、XD1[7..0]、XD2[7..0]为输出温度总线、NTC_tem0、NTC_tem1、NTC_tem2为三路输出温度的符号位，MCU_RD为通讯部分读取位。

上述三个模块可封装成一个模块使用如图3所示，在使用过程中若想增加温度采集数量仅需增加封装好的模块即可，并且在使用过程中通讯地址可根据外部芯片使用情况随时更改不仅限于将数据传送给MCU一种芯片，搭配其他系统更加灵活。

如图4所示，传统的方法通过ACK信号的进入来开始温度信号读取，脉冲宽度不可变化；在本实施例中，所述NTC译码模块将BK信号转换为温度数据输出，即由BK信号的初始低电平作为起始负脉冲开始，后续负脉冲中，窄脉宽则判定温度位为1，宽脉宽则判定温度位为0，以从后续负脉冲获得相应温度数据。

具体的，所述窄脉宽的宽度小于等于200ns，所述宽脉宽的宽度为大于200ns。

见图5（a）所示，温度20℃为例，可根据BK信号的脉宽，可以确定好符号位，进而确定出温度信息，对应温度数值的二级制为00010100。

具体NTC译码模块的工作流程详见图6所示。

详见图7，所述abs模块从温度数据中获取温度符号位输出，即判断温度数据中最高位为1时，温度数据取补码后输出且符号位输出为1，为负温度；判断温度数据中最高位为0时，温度数据直接输出且符号位输出为0，为正温度。

以20℃为例，温度数值的二级制为00010100，其高位为0，则符号位输出为0，表明是正温度。

在本实施例中，通讯模块与abs模块电性连接，将温度数据通过总线输出的具体工作流程详见图8所示，

详见图1至图8所示，本实施例还提供了一种FPGA温度采集单元的工作方法，包括如下步骤：

步骤S1，通过NTC译码模块用于接收GDU模块的反馈信号，并将BK信号转换为温度数据输出；以及

步骤S2，通过abs模块从温度数据中获取温度符号位输出。

具体的，所述步骤S1中将BK信号转换为温度数据输出的方法包括：

由BK信号的初始低电平作为起始负脉冲开始，后续负脉冲中，窄脉宽则判定温度位为1，宽脉宽则判定温度位为0，以从后续负脉冲获得相应温度数据。

所述窄脉宽的宽度为0-200ns；所述宽脉宽的宽度为200-500ns。

见图5（a）所示，温度20℃为例，可根据BK信号的脉宽，可以确定好符号位，进而确定出温度信息，对应温度数值的二级制为00010100。

详见图7，所述步骤S2中通过abs模块从温度数据中获取温度符号位输出的方法包括：判断温度数据中最高位为1时，温度数据取补码后输出且符号位输出为1，为负温度；判断温度数据中最高位为0时，温度数据直接输出且符号位输出为0，为正温度。

见图5（b），以-19℃为例，温度数值的二级制为10010011，其高位为1，则符号位输出为1，表明是负温度。

所述工作方法还包括：步骤S3，通过通讯模块将温度数据通过总线输出；其具体工作流程详见图8所示。

详见图9，本实施例还提供了一种温度采集系统，包括：

IGBT模块，集成有NTC传感器；

GDU模块，与IGBT模块电性连接，用于根据采集的IGBT模块的温度数据产生BK信号；

所述的FPGA温度采集单元，与GDU模块电性连接，接收所述BK信号，并将BK信号转换为温度数据通过总线方式输出。

综上所述，本发明所提供的FPGA温度采集单元及其工作方法、温度采集系统，其中FPGA温度采集单元作为NTC传感器的辅助模块，仅需要时钟信号、复位信号以及含有NTC传感器给FPGA反馈信号，就可以将温度信息采集到并传输给MCU，并且这个数据传输地址不局限于MCU，还可以根据实际情况传送给DSP等其他芯片，使用起来更加灵活。通过FPGA进行设计可以简化电路，减少了元器件之间的干扰，可以增加系统的稳定性。在使用的过程中，可根据实际测量IGBT的数量在FPGA中添加模块的数量，也可以更改模块IO的数量使用起来更加方面。并且通过FPGA可以实现其内部多个模块同时传输数据，使用起来更加高效。本FPGA温度采集单元仅需要更改ADD地址信息就可以将数据传送给MCU以便配合上位机使用，通过上位机可以同时观察多个温度信息，对温度进行实时的监控比较不同温度之间的差异。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种FPGA温度采集单元，其特征在于，包括：

NTC译码模块，接收GDU模块的反馈信号，并将BK信号转换为温度数据输出；

abs模块，与NTC译码模块电性连接，从温度数据中获取温度符号位输出，并将温度数据发送至通讯模块；以及

通讯模块，与abs模块电性连接，将温度数据通过总线输出；

所述NTC译码模块将BK信号转换为温度数据输出，即

由BK信号的初始低电平作为起始负脉冲开始，后续负脉冲中，窄脉宽则判定温度位为1，宽脉宽则判定温度位为0，以从后续负脉冲获得相应温度数据。

2.根据权利要求1所述的FPGA温度采集单元，其特征在于，

所述窄脉宽的宽度小于等于200ns；

所述宽脉宽的宽度大于200ns。

3.根据权利要求1所述的FPGA温度采集单元，其特征在于，

所述abs模块从温度数据中获取温度符号位输出，即

判断温度数据中最高位为1时，温度数据取补码后输出且符号位输出为1，为负温度；

判断温度数据中最高位为0时，温度数据直接输出且符号位输出为0，为正温度。

4.一种FPGA温度采集单元的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，通过NTC译码模块用于接收GDU模块的反馈信号，并将BK信号转换为温度数据输出；由BK信号的初始低电平作为起始负脉冲开始，后续负脉冲中，窄脉宽则判定温度位为1，宽脉宽则判定温度位为0，以从后续负脉冲获得相应温度数据；以及

步骤S2，通过abs模块从温度数据中获取温度符号位输出。

5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，

所述窄脉宽的宽度为0-200ns；

所述宽脉宽的宽度为200-500ns。

6.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，

所述步骤S2中通过abs模块从温度数据中获取温度符号位输出的方法包括：

判断温度数据中最高位为1时，温度数据取补码后输出且符号位输出为1，为负温度；

判断温度数据中最高位为0时，温度数据直接输出且符号位输出为0，为正温度。

7.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，还包括：

步骤S3，通过通讯模块将温度数据通过总线输出。

8.一种温度采集系统，其特征在于，包括：

IGBT模块，集成有NTC传感器；

GDU模块，与IGBT模块电性连接，用于根据采集的IGBT模块的温度数据产生BK信号；

如权利要求1所述的FPGA温度采集单元，与GDU模块电性连接，接收所述BK信号，并将BK信号转换为温度数据通过总线方式输出。

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