[发明专利]一种基于FPGA的便携式SSI接口数据解析仪

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的便携式SSI接口数据解析仪，包括锂电池组、低压差降压芯片、升压芯片、输出接口、差分接口芯片、FPGA、显示模块；锂电池组分别为低压差降压芯片和升压芯片提供电源，低压差降压芯片分别与差分接口芯片、FPGA、显示模块相连通，升压芯片与输出接口相连通，差分接口芯片与FPGA相互连通，FPGA的信号输送至显示模块。锂电池组由多个大容量锂电池并联而成。本发明具有SSI数据处理速度快、解析码型全、内置锂电池移动方便、可给工作环境传感器供电等特点，可用于各种恶劣工业环境，对SSI接口的高精度传感器进行高速数据解析、故障定位。

技术领域

本发明涉及一种对各种SSI接口传感器进行现场数据解析的装置，属于分析及测量控制技术领域。

背景技术

在工业自动化领域，生产现场需要使用各种用于测量角度或位移的高精度传感器，如磁滞伸缩位移传感器分辨率为1um、重复精度为满量程的0.001％。这种高分辨率传感器数据需要远距离传输到工厂的PLC系统，为保证分辨率至少需要二十位以上的数据宽度，如果采用并行数据输出形式，传输电缆芯数必须和数据位数相同，这不仅增加了安装成本，而且由于硬件的复杂化，会使传输数据的可靠性大为降低；如果采用D/A转换为4～20mA工业电流标准输出，会由于D/A转换的量化误差大大降低传感器精度。

SSI接口，就是为解决高精度数据传输而提出的，通过时钟、数据两个信号串行通信方式来传输数据，采用差分信号、接口隔离等方式提高抗干扰能力，可用于工业现场远距离通信场合。

专利申请号为201410637666.8的文献中给出了“用于SSI接口绝对值编码器数据通信的装置”，通过使用DSP芯片TMS320LF2407内置的SPI模块实现SSI接口数据通信，但其受限于DSP主频以及程序串行执行基本特性，SSI数据解析时间需要数百微秒，在很多高速应用场合会受到限制。

授权公告号为CN 102968512 B的文献中给出了“基于MicroBlaze软核的多路SSI数据采集模块”，基于SOPC(可编程片上系统)技术，利用FPGA厂家提供的MicroBlaze软核在FPGA芯片内部实现了一个CPU，因此其并未脱离CPU+FPGA的设计模式，依然受限于CPU主频以及程序串行执行基本特性，CPU和SSI模块之间存在通信瓶颈，SSI数据解析时间为数百微秒。

授权公告号为CN 102023625 B的文献中给出了“一种基于CPLD/FPGA的旋变编码器用SSI数据发送器”，基于CPLD/FPGA芯片，接收旋变编码器的并行和串行绝对式数据，将其转换为SSI数据格式，发送给监控中心，因此其属于SSI数据发送器，并非SSI数据解析仪。

在多篇文献中提出了SSI接口数据解析的设计方案，论文名称如下：

梁军,王移川.基于SSI接口的线位移传感器高速并行数据采集设计[J].测控技术,2012,31(5):53-54.

张凯,吴爱国,张第.基于SSI协议的高速运动参数测量接口设计[J].自动化与仪表,2012,32(7):54-57.

郭耀华,姚明林,张银蒲.基于FPGA的SSI接口传感器通信系统[J].仪表技术与传感器,2010,47(11):108-110.

李振.一种SSI接口低成本实现方案[J].工业控制计算机,2011,24(1):61-62.

这些论文的SSI接口设计方案都不是由FPGA独立实现，分别涉及到工控机、DSP芯片TMS320F2812、FPGA内部的Nios软核、单片机STC12C1052，因此这些设计均存在SSI数据解析速度较慢的问题，无法应用于高速数据采集场合。

在实际工业生产环境中，具备SSI接口的高精度位移传感器需要和监控中心的PLC系统远距离通信。当出现错误数据时，由于传感器和PLC相距较远，传输电缆较长，并且生产现场电源供应有严格限制，因此要准确判断故障点位置比较困难。