一種基于fpga的檢定脈沖采集比對板的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種基于FPGA的檢定脈沖采集比對板，其特征在于該板上集成了檢定脈沖整形輸入電路(信號調(diào)理電路)、檢定啟?？刂齐娐贰PGA脈沖采集比對模塊、數(shù)據(jù)計算及控制單片機、標(biāo)準(zhǔn)時鐘源和通信輸出電路。脈沖信號整形輸入電路接收來自被檢表的被檢脈沖信號和標(biāo)準(zhǔn)表的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號，對信號進行調(diào)理整形，展寬脈沖輸入幅度范圍；FPGA在收到啟動檢定命令后對調(diào)理整形后的兩列脈沖進行采集計數(shù)、以標(biāo)準(zhǔn)時鐘對兩列整數(shù)脈沖進行計時，當(dāng)檢定結(jié)束后，通知單片機，在FPGA中讀取本次采集結(jié)果，然后單片機按照標(biāo)準(zhǔn)計算方法進行計算，計算完成后，通過通信輸出電路將結(jié)果輸出。本實用新型適用于標(biāo)準(zhǔn)表法檢定裝置高準(zhǔn)確度高效率的脈沖采集與比對。
【專利說明】—種基于FPGA的檢定脈沖采集比對板

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于標(biāo)準(zhǔn)表法檢定【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其適合石油石化領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)表法流量計檢定應(yīng)用場合，具體地，涉及一種基于FPGA的檢定脈沖采集比對板。

【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)國家計量法，用于貿(mào)易交接的流量計，優(yōu)于0.2級的，需要每隔半年檢定一次，檢定合格后方可繼續(xù)使用。流量計的檢定，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)有兩種方法，一種是靜態(tài)容積法，一種是標(biāo)準(zhǔn)表法。后者便于實現(xiàn)在線實時檢定，具有很多優(yōu)點，因此是油庫發(fā)油流量計檢定的發(fā)展趨勢。標(biāo)準(zhǔn)表法要求在被檢流量計管線上，串聯(lián)上一個高準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)流量計(一般要求3倍量值傳遞，即用于檢定被檢流量計的標(biāo)準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確度是被檢裝置的3倍以上)，在控制系統(tǒng)的作用下，依次將流量調(diào)節(jié)到一定的瞬時流量點(規(guī)定在流量范圍內(nèi)尋找5個流量點)，每個流量點分別進行三次檢定(數(shù)據(jù)采集)，然后進行數(shù)據(jù)計算，得到被檢流量計的重復(fù)性和儀表系數(shù)。在流量計檢定過程中，關(guān)鍵是對被檢表和標(biāo)準(zhǔn)表的脈沖采集、計數(shù)和比對。如果按照常規(guī)方法，兩個流量計的脈沖計數(shù)都要達到10000個以上，才能達到計數(shù)準(zhǔn)確度要求(即，萬分之一以上的精度)，但是這樣就使得檢定用油量太大，一次檢定過程將不得不更換油罐車，不能做到在線實時檢定，檢定效率將大大降低。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的，就是利用基于FPGA的硬件架構(gòu)，解決常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)表法檢定過程中要求輸入檢定脈沖數(shù)量多(一般要求10000個以上)造成檢定效率低的問題。采用本實用新型，可使流量計的檢定脈沖計數(shù)不必達到10000個以上，如，在采用本檢定采集板的裝置中，對標(biāo)準(zhǔn)表和測量表的脈沖計數(shù)能夠大大減少(例如2000個左右)，即可達到要求的精度，從而大大縮短了檢定時間，節(jié)省了檢定用油量，提高了檢定效率。
[0004]本實用新型的技術(shù)方案
[0005]根據(jù)本實用新型的實施例，提出了一種基于FPGA的檢定脈沖采集比對板，其特征在于，所述檢定脈沖采集比對板包括:
[0006]FPGA模塊，用于對標(biāo)準(zhǔn)脈沖和被檢脈沖進行計數(shù)和計時；
[0007]信號調(diào)理電路，其連接在所述FPGA模塊的前級，用于接收標(biāo)準(zhǔn)脈沖和被檢脈沖，并對標(biāo)準(zhǔn)脈沖和被檢脈沖進行整形，并將整形后的脈沖信號提供到所述FPGA模塊；
[0008]通信電路，其連接到所述FPGA模塊和控制模塊，用于輸出檢定結(jié)果；
[0009]時鐘電路，其連接到所述FPGA模塊和所述控制模塊，用于提供時鐘信號；
[0010]所述控制模塊，其連接到所述FPGA模塊、所述信號調(diào)理電路、所述時鐘電路和所述通信電路，用于控制所連接到的上述各部分的工作，以便實現(xiàn)啟動檢定、脈沖數(shù)據(jù)采集、計算檢定結(jié)果、以及檢定結(jié)果輸出。
[0011]根據(jù)本實用新型的實施例，所述控制模塊為C8051F系列單片機。
[0012]根據(jù)本實用新型的實施例，所述FPGA模塊的型號為EPM7128。
[0013]根據(jù)本實用新型的實施例，所述信號調(diào)理電路包括由運算放大器組成的比較器，所述比較器的比較電壓為3V，供電電壓為24V，所述比較器的輸出級采用5V穩(wěn)壓二極管進行限幅，限幅后的脈沖信號進入光電耦合器或施密特觸發(fā)器進行整形，整形后的脈沖信號分別進入所述FPGA模塊的被檢脈沖輸入端和標(biāo)準(zhǔn)脈沖輸入端。
[0014]本實用新型的有益效果
[0015]本實用新型典型應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)表法流量計檢定領(lǐng)域，采用本實用新型，可以在不影響準(zhǔn)確度的情況下使檢定脈沖大大減少，對應(yīng)著檢定用油量大大減少，從而大幅提聞了檢定效率。本實用新型便于實現(xiàn)實時在線的流量計檢定模式，在這種模式下，流量計不再需要從發(fā)油管線上拆下，避免了因流量計拆除造成的油氣泄漏形成安全隱患、因拆裝損害流量計以及檢定結(jié)果與實際情況不符等問題，提高了檢定效率，降低了檢定成本。本實用新型結(jié)合了 FPGA和單片機的優(yōu)點，結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本較低，配置靈活，可應(yīng)用于車載移動檢定等各種場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為根據(jù)本實用新型的實施例的檢定脈沖采集比對板的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0017]圖2為根據(jù)本實用新型的實施例的檢定脈沖采集比對板的檢定脈沖采集計時邏輯的示意圖。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體說明，由此，本實用新型的優(yōu)點和特點將會隨著描述而更為清楚。
[0019]本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，盡管以下的說明涉及到有關(guān)本實用新型的實施例的很多技術(shù)細節(jié)，但這僅為用來說明本實用新型的原理的示例、而不意味著任何限制。本實用新型能夠適用于不同于以下例舉的技術(shù)細節(jié)之外的場合，只要它們不背離本實用新型的原理和精神即可。
[0020]另外，為了避免使本說明書的描述限于冗繁，在本說明書中的描述中，可能對可在現(xiàn)有技術(shù)資料中獲得的部分技術(shù)細節(jié)進行了省略、簡化、變通等處理，這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是可以理解的，并且這不會影響本說明書的公開充分性。
[0021]如圖1所示，通過采用FPGA，按照特定規(guī)則對輸入檢定脈沖及標(biāo)準(zhǔn)脈沖進行計數(shù)、計時。采用FPGA的優(yōu)勢是，對脈沖采集和計時實現(xiàn)了直接硬件觸發(fā)，不受程序的影響，因此速度快、準(zhǔn)確率高，比用單片機進行脈沖采集更優(yōu)越。
[0022]圖2圖解了脈沖采集的規(guī)則。具體地，F(xiàn)PGA收到開始檢定命令后，從檢測到的下一個標(biāo)準(zhǔn)脈沖的上升沿開始，對標(biāo)準(zhǔn)脈沖進行計數(shù)和計時，計數(shù)設(shè)為固定個數(shù)為N2(例如，2000)個，同時以標(biāo)準(zhǔn)時鐘基準(zhǔn)(比如Ius)。對該N2個標(biāo)準(zhǔn)脈沖進行計時(一個脈沖的上升沿到下一個脈沖的上升沿為一個完整脈沖的長度)。
[0023]在標(biāo)準(zhǔn)脈沖開始計時后，F(xiàn)PGA檢測到被檢脈沖的下一個上升沿(圖2中的脈沖I)，同時對被檢脈沖開始計數(shù)和計時。
[0024]當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)脈沖計數(shù)滿N2個、即檢測到N2個完整脈沖時，計時結(jié)果為t2 ( S卩，第I個標(biāo)準(zhǔn)脈沖的上升沿到第(N2+1)個標(biāo)準(zhǔn)脈沖的上升沿之間的時間，其精度超過0.001%)。此后，F(xiàn)PGA在檢測到下一個被檢脈沖的上升沿(即，第Nm+1個脈沖的上升沿)時，停止被檢脈沖的計數(shù)和計時，得到被檢脈沖的計數(shù)值Nm和對應(yīng)的時長tl，一次檢定采集結(jié)束。
[0025]單片機讀取一次檢定采集的結(jié)果，并計算得到對應(yīng)于t2時段內(nèi)被檢脈沖的等價個數(shù)N(其為實數(shù))，即
[0026]N = Nm*t2/tl (公式 I)
[0027]這個N就是所得到的相對與現(xiàn)有技術(shù)被大為減少的具有足夠準(zhǔn)確度的被檢脈沖數(shù)，使用N，就可以計算得到被檢表的儀表系數(shù)，例如，可通過以下公式來計算儀表系數(shù)，其中K為標(biāo)準(zhǔn)表儀表系數(shù)。
[0028]被檢表儀表系數(shù)=(N/N2)*K (公式2)
[0029]一般不同流量計儀表輸出脈沖的幅值并不相同，為了擴展本采集比對板的適用性，在FPGA的前級增加了信號調(diào)理電路，對輸出的脈沖進行整形，這樣使得采集比對板可以接受3-24V之間的大部分儀表的脈沖波形。
[0030]在采集比對板上集成通信電路，使計算結(jié)果可以通過該通信電路輸出到其它需要該結(jié)果的設(shè)備上。
[0031]整個采集比對板的動作由單片機進行控制，實現(xiàn)啟動檢定、脈沖采集、計算檢定結(jié)果、和檢定結(jié)果輸出。
[0032]如圖1所示，檢定脈沖采集比對板可采用EPM7128FPGA作為核心器件，用于被檢脈沖和標(biāo)準(zhǔn)脈沖的采集、計數(shù)和計時。
[0033]FPGA對脈沖的計時，以板上所帶的標(biāo)準(zhǔn)時鐘分頻后作為時鐘基準(zhǔn)進行，可采用IMHz (時基Ius (微秒))，這個時基能夠保準(zhǔn)常規(guī)儀表檢定的準(zhǔn)確度要求，具體實施時，也可以根據(jù)特定情況進行調(diào)整。
[0034]在FPGA的前級，采用集成運算放大器，用作比較器作為信號整形電路，比較器的比較電壓為3V，供電電壓24V，輸出級采用5V穩(wěn)壓二極管進行限幅，限幅信號進入光電耦合器(或者選用施密特觸發(fā)器)整形，整形后的兩列信號，分別進入FPGA的被檢脈沖輸入端和標(biāo)準(zhǔn)脈沖輸入端，被FPGA采集。
[0035]例如，選用C8051F單片機進行控制和計算，向FPGA發(fā)出開始檢定信號，待FPGA完成一次采集后，接收FPGA發(fā)出的檢定結(jié)束信號(通過串口線)，然后在FPGA中讀取采集結(jié)果(上述兩個計數(shù)N2、Nm、兩個計時tl、t2)，按照公式I對結(jié)果進行計算，首先得到被檢脈沖相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)脈沖t2時段內(nèi)的精確脈沖數(shù)N (實數(shù))。應(yīng)用N和標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)N2進行上述計算，就可以得到被檢表的儀表系數(shù)。經(jīng)過多次檢定，可得到檢定的重復(fù)性和不確定度。
[0036]板上的標(biāo)準(zhǔn)時鐘可同時作為單片機的時鐘源。
[0037]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于FPGA的檢定脈沖采集比對板，其特征在于，所述檢定脈沖采集比對板包括: FPGA模塊，用于對標(biāo)準(zhǔn)脈沖和被檢脈沖進行計數(shù)和計時； 信號調(diào)理電路，其連接在所述FPGA模塊的前級，用于接收標(biāo)準(zhǔn)脈沖和被檢脈沖，并對標(biāo)準(zhǔn)脈沖和被檢脈沖進行整形，并將整形后的脈沖信號提供到所述FPGA模塊； 通信電路，其連接到所述FPGA模塊和控制模塊，用于輸出檢定結(jié)果； 時鐘電路，其連接到所述FPGA模塊和所述控制模塊，用于提供時鐘信號； 所述控制模塊，其連接到所述FPGA模塊、所述信號調(diào)理電路、所述時鐘電路和所述通信電路，用于控制所連接到的上述各部分的工作，以便實現(xiàn)啟動檢定、脈沖數(shù)據(jù)采集、計算檢定結(jié)果、以及檢定結(jié)果輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢定脈沖采集比對板，其特征在于，所述控制模塊為C8051F系列單片機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢定脈沖采集比對板，其特征在于，所述FPGA模塊的型號為EPM7128。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一個所述的檢定脈沖采集比對板，其特征在于，所述信號調(diào)理電路包括由運算放大器組成的比較器，所述比較器的比較電壓為3V，供電電壓為24V，所述比較器的輸出級采用5V穩(wěn)壓二極管進行限幅，用于使限幅后的脈沖信號進入光電耦合器或施密特觸發(fā)器進行整形，并用于使整形后的脈沖信號分別進入所述FPGA模塊的被檢脈沖輸入端和標(biāo)準(zhǔn)脈沖輸入端。
【文檔編號】G01F25/00GK203837783SQ201420265317
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】張勁廣, 王彪, 李秀學(xué), 許斌 申請人:北京瑞賽長城航空測控技術(shù)有限公司, 中航高科智能測控有限公司