CN201397459Y - 一种基于dsp和fpga的特种设备数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种基于DSP和FPGA的特种设备数据采集装置，其FPGAEPF10K10A的信号输出/输入端分别与DSP TMS320VC、液晶显示接口、键盘接口、通信接口、与CPLD接口的信号输入/输出端相接；DSP TMS320VC的第二信号输入/输出端与数据存储器的信号输出/输入端相接；DSPTMS320VC的第三信号输入/输出端与程序存储器的信号输出/输入端相接。优点：选择DSP和FPGA相结合的控制方式，为提高数据采集的速度和精度、实现对各设备的实时数据采集、满足通用性和扩展要求提供保障。实现高速采集、数据滤波处理和实时显示数据信息成为可能，数据采集系统各模块之间接口实现变得简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及电梯的数据采集，是一种基于DSP和FPGA的特种设备数据采集装置。属于数据采集技术领域。
背景技术
特种设备电梯是现代城市中不可缺少的垂直交通工具，电梯的运行直接关系到人民生命财产的安全，作为一种复杂的机电特种设备，被国家列为危险性较大的设备予以管理。如何监督和保障电梯的安全运行是一个重大的课题。数据采集系统的基本任务是完成对特种设备信息的采集与处理，提供通信接口与监测中心进行通信，在监控系统中的作用举足轻重。调查研究表明，目前电梯数据采集主要存在以下几个问题：电梯种类繁多；对于同一种类的电梯有着不同的规格和生产厂商；大多不能提供标准的接口信号。上述问题的存在，给数据采集工作带来了一定的难度，从而制约了电梯监控系统的发展，成为远程监控系统的瓶颈技术之一。
发明内容
本实用新型针对目前电梯数据采集系统存在的问题，提出了一种基于DSP和FPGA的特种设备数据采集装置，以期提高设备的监测和控制水平，预防和减少事故的发生。
本实用新型考虑到电梯的实际工作情况比较复杂，采集信号中常会混有大量噪声，基于能够使上位监控系统对多种信号进行实时采集，准确地做出故障分析并采取相应的控制手段的考虑，本装置选择了DSP和FPGA相结合的控制方式，为提高数据采集的速度和精度、实现对各设备的实时数据采集、满足通用性和扩展要求提供了保障。
本实用新型的技术解决方案：其结构是FPGA EPF10K10A的信号输出/输入端分别与DSP TMS320VC、液晶显示接口、键盘接口、通信接口、与CPLD接口的信号输入/输出端对应相接；DSP TMS320VC的信号输入/输出端与数据存储器的信号输出/输入端对就相接；DSP TMS320VC的输入/输出端与程序存储器的信号输出/输入端对应相接。
本实用新型的特点是：在通讯设计中引入了FPGA可编程器件，使系统的设计更灵活。用DSP和FPGA相结合的电梯数据采集装置，实现高速采集、数据滤波处理和实时显示数据信息成为可能，也为以后采集信息量的增加提供扩展余地；由于DSP提供了强大的接口功能，使各模块之间接口实现变得简单；采用高性能的控制器和外接存储器的方式为电梯数据采集程序的编制提供方便，同时为存储足够详尽的故障信息提供保障。
附图说明
附图1是本实用新型(电梯)总体结构框图。
附图2是DSP与FPGA的接口电路。
附图3是系电梯智能数据采集装置整体程序流程图。
附图4是AD采样子程序的框图。
附图5是FPGA与上位机的RS-485通信连接图。
具体实施方式
对照附图1，其结构是FPGA EPF10K10A的第一信号输出/输入端与DSPTMS320VC的第一信号输入/输出端对应相接；FPGA EPF10K10A的第二信号输出/输入端与液晶显示接口输入/输出端对应相接；FPGA EPF10K10A的第三信号输出/输入端与键盘接口的信号输入/输出端对应相接；EPF10K10A的第四信号输出/输入端与通信接口的信号输入/输出端对应相接；EPF10K10A的第五信号输出/输入端与与CPLD接口的信号输入/输出端对应相接；DSP TMS320VC的第二信号输入/输出端与数据存储器的信号输出/输入端对就相接；DSP TMS320VC的第三信号输入/输出端与程序存储器的信号输出/输入端对应相接。
由于电梯的实际工作情况比较复杂，采集信号中常会混有大量噪声，基于能够使上位监控系统对多种信号进行实时采集，准确地做出故障分析并采取相应的控制手段的考虑，选择了DSP和FPGA相结合的控制方式，为提高数据采集的速度和精度、实现对各设备的实时数据采集、满足通用性和扩展要求提供了保障。
前端信号输入电路包括传感器检测、放大电路、滤波电路、A/D转换与电平调整电路、逻辑控制电路等。它完成对各传感器采集到的模拟信号的放大、滤波、A/D转换、电平调整等功能。A/D转换、电平调整后的输出信号和系统的开关量信号通过数据总线传输给主控制电路。
主控制电路由DSP和FPGA及其外围电路组成，是控制器的核心部分。主控制电路和前端信号输入电路通过64位的数据总线、72位的地址总线和22位的控制总线连接，通过液晶显示接口电路、键盘接口电路等与外部设备相连。FPGA和DSP联合完成前端信号输入电路A/D转换器的时钟选取、数据的计算以及相应的控制逻辑，完成对液晶屏、键盘的控制，实现与上位机的通信接口协议的管理。
液晶显示和键盘接口电路作为主要的人机交互接口，完成系统控制参数的输入、历史故障信息查询、系统工作状态信息的显示等功能。
电梯底层数据的采集主要通过机房控制柜的输入输出点和外部传感器实现，采集的信号包括开关量和模拟量信号，主要数据采集如表1和表2所示。
表1机房控制柜的安全回路信号采集
表2采用传感器实现的数据采集
本装置中，根据DSP和FPGA各自特点进行如下的功能划分：DSP主要完成系统相关数据的计算以及任务管理；FPGA主要完成各种器件的时序逻辑控制和连接各种数字接口。
主控制电路完成的主要时序逻辑控制和数据传输功能，是整个装置的控制核心，主要由两个核心器件(DSP选用TI公司的TMS320VC5402、FPGA选用ALTERA公司的EPF10K10A)以及外围电路组成。
TMS320VC5402的外围电路包括：扩展的程序存储器和数据存储器。EPF10K10A的外围扩展电路包括：液晶显示接口、键盘接口、通信接口和与CPLD芯片EPM5064相联结的接口等。
FPGA的逻辑设计主要包括：FPGA与DSP之间的数据传输与控制逻辑设计、FPGA与CPLD之间的数据传输与控制逻辑设计、FPGA与液晶显示控制器的接口逻辑设计、FPGA与键盘控制器的接口逻辑设计、FPGA与通信接口的逻辑设计。
DSP与FPGA之间的数据传输是通过DSP的外部数据总线、地址总线、控制总线来实现的。TMS320VC5402共有16根外部数据总线、20根外部地址总线和控制总线。二者之间的通信采用命令字的方式，即用不同的地址信号区分不同的操作方式，因此DSP与FPGA连接时采用了DSP外部低7位的地址总线，此时共有27＝128种不同的命令字，FPGA选择了其中的一部分命令字进行译码处理，译码后去执行各种功能。DSP与FPGA的接口电路如图2所示。
TMS320VC5402的外部程序存储器、外部数据存储器以及16位并行I/O空间使用的是同一组外部总线，并且共用同一根读写信号线，3种不同空间的划分是通过地址空间选择信号PS、DS、IS来实现的。
TMS320VC5402的外部中断INT0、INT1、INT2是由FPGA给出的。其中，INT0用于通信中断，INT1用于键盘中断，INT2是备用中断，以满足系统扩展需要。
Claims (1)
1、一种基于DSP和FPGA的特种设备数据采集装置，其特征是FPGAEPF10K10A的第一信号输出/输入端与DSP TMS320VC的第一信号输入/输出端对应相接；FPGA EPF10K10A的第二信号输出/输入端与液晶显示接口输入/输出端对应相接；FPGA EPF10K10A的第三信号输出/输入端与键盘接口的信号输入/输出端对应相接；EPF10K10A的第四信号输出/输入端与通信接口的信号输入/输出端对应相接；EPF10K10A的第五信号输出/输入端与与CPLD接口的信号输入/输出端对应相接；DSP TMS320VC的第二信号输入/输出端与数据存储器的信号输出/输入端对就相接；DSP TMS320VC的第三信号输入/输出端与程序存储器的信号输出/输入端对应相接。
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| CN102134027A (zh) * | 2011-04-12 | 2011-07-27 | 范奉和 | 电梯故障检测与报警装置及其方法 |
| CN104079567A (zh) * | 2014-06-25 | 2014-10-01 | 深圳市汇川技术股份有限公司 | 协议转换器、协议转换方法和电梯远程监控系统 |
| CN104536331A (zh) * | 2014-11-19 | 2015-04-22 | 中国石油大学(华东) | 一种基于dsp和fpga的通用测井信号采集控制系统 |
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