CN202939435U - 一种基于fpga的多振动器反馈控制装置 - Google Patents

Abstract

一种基于FPGA的多振动器反馈控制装置。包括FPGA现场可编程逻辑门阵列，AD转换芯片，以太网接口和人机接口，每个振动传感器输出的模拟信号均与一片12位单端输入AD芯片相连接，多片AD转换芯片通过一条地址线和数据线与FPGA连接，FPGA通过光电耦合器发出振动器驱动控制信号。本实用新型可同时对多路振动器振动幅值跟踪检测减少了测量误差，有效的提高了测量精度。本实用新型有效的解决了采样路数多、采样点多、计算量大的计算瓶颈问题，实现了对多振动器的实时反馈控制；采用FPGA替代DSP和专用功能芯片简化系统硬件。

Description

一种基于FPGA的多振动器反馈控制装置

技术领域

本实用新型属于电子控制技术领域，涉及一种适用于色选机多振动器反馈控制的计算速度更快精度更高的测控装置。

背景技术

随着国民经济的快速发展，色选机在粮食加工行业得到了更加广泛的应用，提高色选机的性能是保证色选产品质量的重要前提。

目前，影响色选机性能的振动给料系统多是采用多振动器结构，多振动器给料系统的给料均匀性是保证后续处理精度的关键。然而由于振动给料器在生产加工过程中的工艺落后，不能严格保证同一批次的振动器机械性能的一致性，因此即便对每个振动器施加同样的驱动信号也不能保证其振动特性一致，更无法保证给料系统的均匀性，从而会影响到色选机系统的精度。

目前行业中广泛应用的色选机给料系统多是单向驱动控制，没有对振动器振动特性的实时反馈装置，少数加入反馈装置的振动给料系统也由于控制电路结构的复杂性、实时性不足及高昂的成本未得到广泛推广应用。另外，色选机生产现场环境复杂，存在各种电磁干扰，对反馈控制装置的抗干扰性能及稳定性提出了更高的要求。

因此，目前迫切需要开发出一种基于嵌入式的可以在复杂的工业现场稳定运行，能够对多振动器的振动一致性实时反馈控制的装置，且成本低廉，有利于广泛的生产普及。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：

1、实现对不同振动给料器同时进行跟踪测频，再分别启动高速AD进行采样，有效减小频率不等所造成的误差；

2、解决多振动器信号测量由于采样频率高，数据计算量大所造成的计算瓶颈问题，提高反馈控制的实时性；

3、解决色选机由于系统升级对振动给料器系统控制功能多样性的要求，增强了系统的可扩展性和灵活性。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取以下的技术方案来实现的：

一种基于FPGA的多振动器反馈控制装置，包括FPGA现场可编程逻辑门阵列，AD转换芯片，以太网接口和人机接口，FPGA现场可编程逻辑门阵列与太网接口、人机接口相连接。以太网口传输距离长，速度快可以实现多台色选机的联网监测，实现功能扩展。每个振动传感器输出的模拟信号均与一片12位单端输入AD芯片相连接，多片AD转换芯片通过一条地址线和数据线与FPGA连接，FPGA现场可编程逻辑门阵列通过光电耦合器发出振动器驱动控制信号。

所述的FPGA带DSPA核并且带有多个DSP Slice。

该装置采用片上系统技术（SOPC）实现启动AD采样、数据循环采集存储、数据滤波、数据实时处理、反馈控制输出及与外设通讯如液晶显示、以太网通讯、数据存储等任务。

所述振动器驱动控制信号为200V高压脉冲，FPGA发出的振动器驱动控制信号通过光电耦合器等外部电路结构实现对振动器的驱动。

本实用新型的优点和有益效果：

本实用新型采用FPGA并结合片上系统技术（SOPC）代替DSP和一些功能型芯片，大大简化了硬件设计，使得FPGA成为了一个板级芯片，降低了设计难度减少了开发成本、增强了系统的抗干扰性能、增强了设计的可拓展性和灵活性；可实现同时对各个振动给料器的频率进行分别跟踪测频，再分别启动采样信号，有效减小频率不等所造成的误差；解决多振动器测量由于采样频率提高、数据计算量增大所造成的计算瓶颈问题；同时FPGA中集合了多种芯片功能，基于SOPC技术可以定制成功能强大，结构精简的片上系统，从而减少了电路板的布线面积提高了抗干扰性能和稳定性能。

附图说明

图1为本实用新型的装置硬件结构示意图；

图2为本实用新型的FPGA片上系统硬件采集示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，本实用新型提供的基于FPGA的多振动器反馈控制装置，包括FPGA现场可编程逻辑门阵列，振动传感器、高速A/D，以太网接口和人机接口，该装置还包括低通滤波器用于对振动器输出信号进行低通滤波处理，高速A/D模数转换器与振动传感器相连接，所述FPGA现场可编程逻辑门阵列与高速A/D相连接，每个振动器所需测量的模拟量信号均与一片12位的单端A/D芯片相连接，多片A/D转换芯片通过一条地址线和数据线与FPGA连接，FPGA通过光电耦合器发出振动器驱动控制信号。

其中，所述的FPGA包括：

循环采集存储器：对读取的AD转换值进行循环存储；

数字滤波器：把每周波所采样数据进行数字滤波；

有效值计算单元和逻辑运算单元：把每周波所采样数据进行有效值的计算和逻辑计算，得到的数据结果存储到FPGA的双端口RAM中；

双端口RAM：存储计算数据。

输出控制单元：通过执行相应的控制算法，将振动给料器反馈后的输出结果输出，对振动器的振动幅值及频率进行调节。

前述的一种基于FPGA的多振动器反馈控制装置，其特征在于：所述的振动器驱动信号通过光电耦合器进行输出，通过控制MOS端的通断时间来产生振动器所需要的高压脉冲信号。

前述的一种基于FPGA的多振动器反馈控制装置，其特征在于：所述的FPGA带有DSPA核，能更加快速的实现算法，提高了测控反馈装置的数据采集和处理能力，使得每周波采样64点变得非常轻松。

前述的一种基于FPGA的多振动器反馈控制装置，其特征在于：所述FPGA带有多个DSP Slice，使得多通道并行数据处理成为了可能，并行多通道的数据处理耗时和过程与单通道一样。

前述的一种基于FPGA的多振动器反馈控制装置，其特征在于：所述的FPGA带有响应的接口控制核及自定制IP核，通过Nios II软核CPU的统一调度负责外设如液晶显示、以太网通讯、数据存储等。

本发明的一种基于FPGA的多振动器反馈控制装置的工作原理及工作过程为：

结合片上系统技术（SOPC），基于FPGA通过分别定制各个功能模块实现对数据的采集、处理、输出、显示等。具体工作过程为：色选机振动给料器通过高性能的振动传感器实时输出振动加速度信号并通过低通滤波后送入高速AD转换器进行模数转换；FPGA对每个振动器线路进行单独跟踪测频，分频器根据所测定的频率进行分频处理去启动AD转换；FPGA的循环采样存储器对读取的AD转换值进行循环存储，数字滤波器、有效值计算单元及逻辑运算单元把每周波所采样的数据进行数字滤波和计算，得到的数据结果存储到FPGA的双端口RAM中；FPGA对反馈输出进行控制，通过光电耦合器对MOS管驱动来产生振动器所需的200V高压脉冲驱动信号；相应的通讯接口单元通过查询双端口RAM的状态来负责对外通讯及人机接口。

以上已以较佳实施例公布了本实用新型，然其并非用以限制本实用新型，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于FPGA的多振动器反馈控制装置，包括FPGA现场可编程逻辑门阵列，AD转换芯片，以太网接口和人机接口，其特征在于：每个振动传感器输出的模拟信号均与一片12位单端输入AD 芯片相连接，多片AD转换芯片通过一条地址线和数据线与FPGA连接，FPGA通过光电耦合器发出振动器驱动控制信号。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的多振动器反馈控制装置，其特征在于：所述的FPGA带DSPA核并且带有多个DSP Slice。

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