一種基于工控板和fpga的電纜故障檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測裝置，一種基于工業(yè)控制板卡與超大規(guī)?，F場可編程邏輯門陣列(FPGA)組合而成的電纜故障檢測裝置。主要由包括12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝觸摸鼠標的工業(yè)控制板卡與FPGA組合而成。還有高壓產生器及高壓脈沖發(fā)生器等輔助外部設備。用于檢測及控制的核心電路集成在一塊4層的印制電路板上，該電路板采用4層布線，水晶工藝，表貼電路，歐式接插件，抗電磁干擾達到電磁兼容標準EMC快速瞬變4級標準。本發(fā)明具有極高的計算精度和極快的計算速度；超強的抗強電磁干擾能力；多功能綜合和極高的集成度。
【專利說明】—種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)及電子技術中電纜故障檢測裝置，特別是一種基于工業(yè)控制板卡與超大規(guī)?，F場可編程邏輯門陣列(FPGA)組合而成的電纜故障檢測裝置。
【背景技術】
[0002]電纜作為一種重要的通信媒介，廣泛應用于儀器儀表、電力、通信等重要領域。因此，檢測電纜的正常以及在出現故障后利用最短的時間修復將變得非常重要。由于電力電纜多埋在地下，人們在地面上是觀察不到故障點的，必須先用儀器測出準確的故障位置，才能進行地面修復。電力電纜故障點檢測是一項技術性比較強的工作，需要檢測人員很好的掌握檢測原理和方法，并具有一定的工作經驗。對電力電纜故障，必須采用成套的儀器和專門的方法進行檢測。電纜故障檢測首先需要確定電纜故障的性質；然后根據故障性質對故障點距離進行粗測；粗測后，用路徑儀確定電纜路徑；根據不同故障性質，選擇合適的定點方法，精確測定故障點位置。對電纜進行粗測，找出故障點的大體方位，是故障檢測中必須且重要的一步。
[0003]電力電纜故障的粗測需要借助于一整套基于嵌入式計算機技術的檢測控制裝置，粗測的定位精度對嵌入式處理器的計算速度、精度與可靠性的都有很大的關系。由于其功能復雜，常規(guī)的方法往往需要龐大的電路和多塊電路板來完成，計算精度、速度都遠遠不夠，且抗干擾能力差，傳統(tǒng)的技術已經落后于新興的微電子技術，不能滿足進一步提高電纜故障粗測工作特性的要求。
[0004]該檢測裝置研發(fā)的主要技術難點如下:1)要求有非常高的計算精度、計算速度和采樣頻率；2)由于檢測高阻故障的時候需要對電纜施加高壓擊穿，需要有超強的抗強電磁干擾的能力；3)龐大而靈活的硬件資源和多功能高集成度的硬件設計；4)便于用戶操作和觀察分析故障點的可視化軟件。這些技術難點決定了該裝置的開發(fā)具有非常大的技術難度。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一套高精度、穩(wěn)定可靠的電纜故障粗測定位檢測裝置。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案是:一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測裝置，核心的控制與檢測部分包括應用嵌入式技術的工業(yè)控制板卡與FPGA核心板，同時還包括12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝觸摸鼠標；
[0007]該控制與檢測部分另外還包括I路脈沖發(fā)生器和I路高速模數轉換電路，與FPGA核心板連接；
[0008]用于檢測及控制的核心電路集成在一塊4層的印制電路板上，與工業(yè)控制板卡通過系統(tǒng)總線連接；
[0009]系統(tǒng)總線控制器；
[0010]所述12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝觸摸鼠標均與所述工業(yè)控制板卡連接；所述工業(yè)控制板卡與FPAG均連接所述系統(tǒng)總線控制器。
[0011]應用嵌入式技術的工業(yè)控制板卡、12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝的觸摸鼠標主要完成發(fā)送檢測命令、分析處理檢測數據，并以波形圖及文字相結合的方式顯示檢測分析結果。核心板主要由超大規(guī)?，F場可編程邏輯門陣列(FPGA)構成的SOPC系統(tǒng)實現，完成低壓脈沖、高壓擊穿脈沖的發(fā)送及故障點反射脈沖檢測。
[0012]工控板和核心板作為電纜故障檢測裝置的兩個主要部件，完成了故障檢測的主要功能，將這兩部分通過系統(tǒng)總線相連并進行功能劃分，由核心板完成脈沖發(fā)送和AD轉換，由工控板完成信號分析、處理及結果輸出。
[0013]核心板電路采用4層布線，水晶工藝，表貼電路，歐式接插件，抗電磁干擾達到電磁兼容標準EMC快速瞬變4級標準。
[0014]由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明具有的有益效果是:具有極高的計算精度和極快的計算速度；超強的抗強電磁干擾的能力；多功能綜合和極高的集成度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]通過參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明的以上和其它方面及優(yōu)點將變得更加易于清楚，在附圖中:
[0016]圖1是本發(fā)明基于工業(yè)控制板卡與超大規(guī)?，F場可編程邏輯門陣列(FPGA)組合而成的電纜故障檢測裝置原理圖。
【具體實施方式】
[0017]在下文中，現在將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了各種實施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實施，且不應該解釋為局限于在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底和完全的，并將本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領域技術人員。
[0018]參見附圖，一種基于工業(yè)控制板卡與超大規(guī)?，F場可編程邏輯門陣列(FPGA)組合而成的電纜故障檢測裝置，包括工業(yè)控制板卡、12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏、嵌入式安裝觸摸鼠標、I路脈沖發(fā)生器和I路高速模數轉換電路等輔助外部設備；用于檢測及控制的核心電路集成在一塊4層的印制電路板上，與工控板卡通過系統(tǒng)總線連接。
[0019]各電路的原理和功能設計如下:
[0020]工業(yè)控制板卡采用PC104CPU模塊VDX-6353D-512，該模塊主頻達800MHz，集成兩路 USB、VGA、LCD、LAN、GP1 等接口，512M DDR2SDRAM。移植了 Win CE 嵌入式操作系統(tǒng)。其主要功能是設置電纜故障檢測方式、配置檢測參數、發(fā)送檢測命令、接收并分析處理檢測數據，實現了故障檢測的智能化與可視化，方便用戶操作及識別電纜故障類型。
[0021]顯示模塊采用12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏，便于用戶設置參數，輸入指令和查看檢測結果，面板嵌入式安裝鼠標為用戶提供了便捷的交互操作方式。
[0022]FPGA電路采用美國Altera公司的Cyclone II系列EP2C5T144C8N大規(guī)?，F場可編程邏輯門陣列電路，該FPGA內部設計了 N1s II軟核處理器為核心的S0CP(SyStem onProgramnlable Chip)系統(tǒng),并通過VHDL語言進行功能描述,其主要功能為對高速ADC芯片進行AD轉換控制、構造8位4K異步FIFO存儲AD轉換結果供工控板讀取、實現與工控板之間的系統(tǒng)總線通信功能；通過VHDL語言進行功能描述，實現倍頻、分頻、計數、反射脈沖觸發(fā)等。
[0023]ADC采用美國AD公司AD9283構成采樣模數轉換電路，在FPGA的控制下，以數字鎖相環(huán)PLL輸出頻率對電纜反射脈沖進行高達100MSPS的采樣轉換，轉換結果存儲于FPGA內構造的FIFO存儲器中，N1s II可訪問將該數據并通過系統(tǒng)總線發(fā)送給工控板。
[0024]直流脈沖產生電路包括直流高壓產生電路和脈沖發(fā)送電路兩部分。直流高壓產生電路由FPGA控制通過高頻變壓器和整流電路實現，在電路板中可產生200V直流電壓。脈沖發(fā)送電路由FPGA根據故障檢測方式控制發(fā)送。
[0025]該核心板采用4層布線，中間兩層分別為電源層和電源地層，根據電路板上元器件的布局對電源層和電源地層進行了分割。元器件焊盤為水晶工藝，實現全部表貼電路，歐式插接件，抗電磁干擾達到電磁兼容標準EMC快速瞬變4級標準。電路板上FPGA可通過JTAG在線編程。
[0026]以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明可以有各種合適的更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測裝置，其特征在于: 核心的控制與檢測部分包括應用嵌入式技術的工業(yè)控制板卡與FPGA核心板， 同時還包括12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝觸摸鼠標； 該控制與檢測部分另外還包括I路脈沖發(fā)生器和I路高速模數轉換電路，與FPGA核心板連接； 用于檢測及控制的核心電路集成在一塊4層的印制電路板上，與工業(yè)控制板卡通過系統(tǒng)總線連接； 系統(tǒng)總線控制器； 所述12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝觸摸鼠標均與所述工業(yè)控制板卡連接；所述工業(yè)控制板卡與FPAG均連接所述系統(tǒng)總線控制器。
2.根據權利要求1所述的一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測裝置，其特征在于:應用嵌入式技術的工控板、12寸24位真彩色液晶顯示觸摸屏及嵌入式安裝的觸摸鼠標發(fā)送檢測命令、接收并分析處理檢測信號，實現故障檢測的智能化與可視化，方便用戶操作及識別電纜故障類型。
3.根據權利要求1所述的一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測裝置，其特征在于:核心板采用4層布線，中間兩層分別為電源層和電源地層，根據電路板柵元器件的布局對電源層和電源地層進行分割；元器件焊盤為水晶工藝，實現全部標貼電路，歐式接插件，抗電磁干擾達到電磁兼容標準EMC快速瞬變4級標準；電路板上的FPGA可通過JTAG 口在線編程。
4.根據權利要求1所述的一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測裝置，其特征在于:FPGA電路為美國Altera公司Cyclone II系列大規(guī)模現場可編程邏輯門陣列，在該FPGA中實現SOPC技術，通過配置N1s II并編程實現對高速ADC芯片進行AD轉換控制、構造8位4K異步FIFO存儲AD轉換結果供工控板讀取、實現與工控板之間的系統(tǒng)總線通信功能；通過VHDL語言進行功能描述，實現倍頻、分頻、計數、反射脈沖觸發(fā)。
5.根據權利要求1所述的一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測裝置，其特征在于:采用美國AD公司的AD9283芯片構成采樣模數轉換電路，在FPGA的控制下，以數字鎖相環(huán)PLL輸出頻率對模擬信號進行模數轉換，轉換結果存儲于FPGA內部的8位4K異步FIFO存儲器中，采樣速率可達100MSPS。
6.根據權利要求1所述的一種基于工控板和FPGA的電纜故障檢測裝置，其特征在于:I路脈沖發(fā)生器可產生150VDC負脈沖信號，用于低阻故障及高阻故障擊穿測試。
【文檔編號】G01R31/08GK104076244SQ201410250165
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權日:2014年6月6日
【發(fā)明者】米建偉, 段學超, 李素蘭 申請人:西安電子科技大學