CN204882745U - 一种基于fpga的在线监测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电子技术领域，本实用新型提供的一种基于FPGA的在线监测电路，包括传感器，用于将传感器传送来的信号放大电路，A/D转换电路，采集、处理、存储及控制电路工作的FPGA控制电路，RS485接口；本实用新型通过采用FPGA控制模块单片机算术运算功能强、软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等特点，使其在各个领域应用广泛。

Description

一种基于FPGA的在线监测电路

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，尤其是一种基于FPGA的GPS监控终端。

背景技术

定期监测检修电路不能及时发现设备内部的故障隐患，而且停电试验施加低于运行电压的试验电压，对某些缺陷反映也不够灵敏。随着电力系统向高电压、大容量的方向发展，保证电力设备的安全运行越来越重要，停电事故给生产和生活带来的影响和损失也越来越大，因此迫切需要对电力设备运行状态进行实时或定时的在线监测，及时反映绝缘的优劣化程度，以便采取预防措施，避免停电事故发生。

自20世纪80年代以来，我国的在线监测技术得到了迅速发展，各单位相继研制了不同类型的监测装置，特别是各省电力部门，都研制了电容性设备的监测装置，主要监测电力设备的介质损耗、电容值、三相不平衡电流。电力部电力科学研究所、武汉高压研究所和东北电力试验研究院等单位，出研究电容性设备的检测外，还研制各种类型的局部发电监测系统。电力科学研究院和西安交通大学还结合油中气体分析，开展了用于绝缘诊断的专家系统的研究工作。

FPGA(Field-ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。特点介绍

1)采用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路)，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。

2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

3)FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。

4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

5)FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。

加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。

FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。

这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。

然而，现有的在线监测电路采用的系统的控制器和单片机由于集成度高，使其成本偏高，同时由于采用芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中成度高，使其成本偏高，同时由于现有芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作的缺点。

为此，本实用新型提供了一种基于FPGA的在线监测电路，包括传感器，信号放大电路，A/D转换电路，FPGA控制电路，所述传感器输出端与信号放大电路输入端电连接；所述信号放大电路输出端与A/D转换电路输入端电连接；所述A/D转换电路输出端与FPGA控制电路输入端电连接；

所述在线监测电路还包括用于与上位机通讯的RS485接口；所述FPGA控制电路输出端与RS485接口输入端电连接；

所述A/D转换电路采用ADI公司的ADA4505-2芯片作放大器；

所述RS485接口还包括显示屏和键盘输入，所述RS485接口输出端与显示屏输入端电连接，所述键盘输入输出端与RS485接口(5)输入端电连接。

所述传感器是光感传感器、PH值传感器、温度传感器、湿度传感器、声音传感器的一种或多种组合。

所述在线监测电路还包括电源电路，所述电源电路输出端与传感器输入端电连接。

所述RS485接口还包括显示屏和键盘输入，所述RS485接口输出端与显示屏输入端电连接，所述键盘输入输出端与RS485接口输入端电连接。

本实用新型具有以下优点：

通过采用FPGA控制模块单片机算术运算功能强、软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等特点，使其在各个领域应用广泛，FPGA是我们熟悉的控制器，编程比较熟悉，易于掌握。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中，1、传感器；2、信号放大电路；3、A/D转换电路；4、FPGA控制电路；5、RS485接口。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

实施例1

为了克服现有技术中成度高，使其成本偏高，同时由于现有芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作的缺点。如图1所示，本实用新型提供了一种基于FPGA的在线监测电路，包括收集外界数据并传送信号至信号放大电路2的传感器1，用于将传感器1传送来的信号放大的信号放大电路2，用于将信号放大电路2的信号转化为数字信号的A/D转换电路3，用于将A/D转换电路3传送过来的数字信号采集、处理、存储及控制电路工作的FPGA控制电路4，用于与上位机通讯的RS485接口5；

所述传感器1输出端与信号放大电路2输入端电连接；所述信号放大电路2输出端与A/D转换电路3输入端电连接；所述A/D转换电路3输出端与FPGA控制电路4输入端电连接，所述FPGA控制电路4输出端与RS485接口5输入端电连接。

实施例2

本装置的实施过程为：传感器产生的电动势信号经过信号放大电路的缓冲和增益放大后进入A/D转换电路的A/D芯片进行模数转换，FPGA控制电路对采集到的A/D转换电路信号进行滤波和处理，然后通过RS485接口送到远程控制主机。

为了接收信号，本装置设置安装了传感器1，所述传感器1可以是光感传感器、PH值传感器、温度传感器、湿度传感器、声音传感器的一种或多种组合。

所述信号放大电路2接收传感器1发送过来的微弱信号进行放大之后发送放大后的信号至A/D转换电路3，A/D转换电路3将接收到的模拟信号转换成数字信号传送至FPGA控制电路进行分析整理。

实施例3

为了实现与上位机的通讯，本装置设置安装了RS485接口5，所述RS485接口5输出端与上位机终端电连接，所述上位机终端为PC，仪表盘或LCD显示屏的一种。

本装置选择的芯片型号介绍如下：在电路设计中选择ADI公司的ADA4505-2芯片作放大器，该芯片是双通道微功耗放大器，具有较低的输入偏置电流(典型值0.5pA)和出色的PSRR和CMRR性能，其典型失调电压为500μV，0.1～10Hz内具有2.95μV的低峰峰值电压噪声，满足电路中作为缓冲器和放大器的要求。此外，该芯片在0～50℃范围内具有较低的失调漂移和偏置电流，对提升电路的温度稳定性具有重要作用。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

本实施例没有详细叙述的部件、结构及工艺属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述，如有需要我们可提供参考资料。

Claims (3)

1.一种基于FPGA的在线监测电路，其特征在于：包括传感器(1)，信号放大电路(2)，A/D转换电路(3)，FPGA控制电路(4)，所述传感器(1)输出端与信号放大电路(2)输入端电连接；所述信号放大电路(2)输出端与A/D转换电路(3)输入端电连接；所述A/D转换电路(3)输出端与FPGA控制电路(4)输入端电连接；所述在线监测电路还包括用于与上位机通讯的RS485接口(5)；所述FPGA控制电路(4)输出端与RS485接口(5)输入端电连接；

所述A/D转换电路(3)采用ADI公司的ADA4505-2芯片作放大器；所述RS485接口(5)还包括显示屏和键盘输入，所述RS485接口(5)输出端与显示屏输入端电连接，所述键盘输入输出端与RS485接口(5)输入端电连接；

所述RS485接口(5)输出端与上位机终端电连接，所述上位机终端为PC，仪表盘或LCD显示屏的一种。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的在线监测电路，其特征在于：所述传感器(1)是光感传感器、PH值传感器、温度传感器、湿度传感器、声音传感器的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的在线监测电路，其特征在于：所述在线监测电路还包括电源电路，所述电源电路输出端与传感器输入端电连接。