[发明专利]基于FPGA的高速电压电流模拟量采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及数据采集技术领域，具体涉及到高电压和电流信号处理及采集技术。

背景技术

油田系统中常用设备超声波增油系统在使用过程中，需要对其工作的电压和电流进行检测，但是，现有市场上的电压/电流检测设备中，有些采集速度不够，有些无法实现高电压采集，有些不具有高速的数据传输接口，没有能够适用于对油田系统的超声波增油系统的电压和电流检测的设备。

发明内容

本发明针对油田系统的超声波增油系统设计了一种用于检测该系统的工作电压和电流的基于FPGA的高速电压电流模拟量采集系统。

本发明所述的基于FPGA的高速电压电流模拟量采集系统由数据采集及处理部和数据存储及分析部组成，所述数据采集及处理部和数据存储及分析部之间采用CAN串行通信总线实现通信；所述数据采集及处理部包括电压信号处理电路、电流信号处理电路、FPGA参数校准电路和CAN通信电路，所述电压信号处理电路用于采集模拟电压信号，并对所述模拟电压信息进行滤波、放大以及AD转换处理后发送给FPGA参数校准电路；所述电流信号处理电路用于采集模拟电流信号，并对所述模拟电流信息进行滤波、放大以及AD转换处理后发送给FPGA参数校准电路；所述FPGA参数校准电路用于对输入的数据进行运算处理后通过CAN通信电路发送给数据存储及分析部；数据存储及分析部用于存储数据采集及处理部发送的数据，并对所述数据进行分析。

本发明采用CAN通信接口能够实现数据的高速传输。另外，本发明所述的基于FPGA的高速电压电流模拟量采集系统中的FPGA参数校准电路，可以采用VerilogHDL语言实现FPGA中的程序及逻辑设计，即：在FPGA内部设计相应的IP核作为乘法、除法和加法等基本计算单元，通过这些计算单元对输入的数据进行数学和逻辑运算，能够有效提高数据运算的处理速度和精度。本发明适用于超声波增油系统的电压和电流的检测。

附图说明

图1是本发明所述的基于FPGA的高速电压电流模拟量采集系统的原理框图。

图2是具体实施方式三中所述的整形模块的一种电路原理图。

图3是具体实施方式四中所述的模拟电压转换模块的一种电路原理图。

图4是具体实施方式七所述的模拟电压转换模块的一种电路原理图。

具体实施方式

具体实施方式一、参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的基于FPGA的高速电压电流模拟量采集系统由数据采集及处理部1和数据存储及分析部2组成，所述数据采集及处理部1和数据存储及分析部2之间采用CAN串行通信总线实现通信；所述数据采集及处理部1包括电压信号处理电路、电流信号处理电路、FPGA参数校准电路和CAN通信电路，所述电压信号处理电路用于采集模拟电压信号，并对所述模拟电压信息进行滤波、放大以及AD转换处理后发送给FPGA参数校准电路；所述电流信号处理电路用于采集模拟电流信号，并对所述模拟电流信息进行滤波、放大以及AD转换处理后发送给FPGA参数校准电路；所述FPGA参数校准电路用于对输入的数据进行运算处理后通过CAN通信电路发送给数据存储及分析部2；数据存储及分析部2用于存储数据采集及处理部1发送的数据，并对所述数据进行分析。

CAN通信电路，用于实现FPGA参数校准电路与存储数据采集及处理部1之间的通信，用于实现数据采集的设置及采集数据的上传功能。CAN通信在保证较高通信频率的基础上保证了信号的可靠传输。

本实施方式中，所述电压信号处理电路与FPGA参数校准电路之间采用并行数据传输方式进行数据传递。所述电流信号处理电路与FPGA参数校准电路之间采用并行数据传输方式进行数据传递。采用并行数据传输的方式能够有效地提高数据传输的速度，进而与数据采集的速度相适应，实现高速的数据采集。

具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的基于FPGA的高速电压电流模拟量采集系统的进一步限定，本实施方式中，电压信号处理电路包括模拟电压转换模块、整形模块和模数转换模块，整形模块对输入的电压信号进行整形之后输出给模拟电压转换模块，所述模拟电压转换模块用于将峰-峰值为-2500至2500V的电压信号转换成0至2V弱电压信号，并将该弱电压信号发送给模数转换模块，模数转换模块将输入的电压信号转换成数字信号并输出。电压信号是正比于被采集的信号。

本实施方式所述的被采集信号可以是交流或直流信号，包括脉冲信号、正弦波信号等等。