[实用新型]一种基于FPGA的多类型传感器信息采集通用电路

说明书

本发明提供了一种基于FPGA的多类型传感器信息采集通用电路，串行通讯单元通过数据接口与FPGA处理单元进行通信，FPGA处理单元通过总线连接CPU或DSP，FPGA处理单元与传感器信号处理单元之间进行数据传输，获得传感器的数据信息。本发明包含了多种常用类型的传感器的接口、调理和采集电路。利用FPGA具有强大的并发处理能力，且具有集成度高、灵活性强的特点，能够完成时序和组合逻辑复杂的功能和任务。通过FPGA设计能够并行处理多通道传感器信息，有效减少应用层软件采集传感器信息导致的资源消耗。有利于提升应用层软件对控制系统数据处理效率，减小控制指令执行间隔，提升控制效果。

技术领域

本发明涉及电路领域，尤其是一种传感器信息采集电路。

背景技术

光电探测设备是涉及光、电等多领域技术的综合体，其中包含的温补调焦电路是涉及光学参数调整、光机结构运动控制、伺服电机驱动的重要交叉功能电路。多类型的传感器信息采集是其重要功能组成，能够及时采集传感器数据，减小数据延迟，为后续应用层软件对多传感器的数据进行融合，提供控制指令最新输入数据，对于提高温补调焦部分光机控制准确度具有重要价值。

温补调焦电路为光电探测设备产品组件的重要组成部分，需要根据整体方案设计的不同，需要配合使用不同类型和不同接口的多种传感器。当前某型产品工作过程中涉及多种传感器，包含温度传感器、湿度传感器、压力\压差传感器、直线位移传感器、接近开关、增量式编码器、多圈码盘等。在DSP+CPLD处理单元架构，受到CPLD资源有限的限制，CPLD仅提供部分简单接口功能，在传感器采集电路设计过程中，难以实现较为丰富的传感器采集接口，并且传感器信息采集任务主要由DSP完成，这就造成了DSP在采集传感器数据这种重复性的工作消耗了大量的时间和计算资源，但是采集速率和效率仍旧较低。DSP+CPLD处理单元架构已经不能满足当前系统信息处理功能的需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于FPGA的多类型传感器信息采集通用电路，保证了传感器数据采集的及时性和有效性，有利于提高控制系统控制准确度，具有广阔的应用前景。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于FPGA的多类型传感器信息采集通用电路，包括电源转换单元、FPGA处理单元、传感器信号处理单元和串行通讯单元，串行通讯单元通过数据接口与FPGA 处理单元进行通信，FPGA处理单元通过总线连接CPU或DSP，FPGA处理单元与传感器信号处理单元之间进行数据传输，获得传感器的数据信息。

所述电源转换单元的输入采用+28V电源输入，输出为±15V，+5V，+3.3V，+2.5V，+1.8V，+1.2V，多种电源转换均在板卡电路上完成。

所述FPGA处理单元，采用国产4V系列FPGA芯片。

所述传感器信号处理单元包括模拟类传感器信号处理单元和数字类传感器信号处理单元，其中温度传感器、压力传感器和LVDT直线位移传感器为模拟类传感器信号处理单元提供模拟量信号，接近开关、ABZ增量式电机编码器、SSI接口码盘和串行通信接口传感器为数字类传感器信号处理单元提供传感器的数据信息；模拟类传感器信号处理单元中，传感器输出的信号经过信号调理电路将采集的模拟量信号经过隔离、衰减、放大、滤波后，作为模拟/数字转换器的输入，然后将模数转换后的信号传送到 FPGA；数字类传感器信号处理单元根据不同类型的数字传感器，采用不同的电路进行预处理，使用光耦隔离电路隔离接近开关信号，接近开关经光耦隔离后，经电平转换到FPGA；使用差分驱动电路和差分接收电路对SSI接口码盘、ABZ增量式电机编码器差分信号进行收发处理，SSI接口码盘信号经收发器然后经电平转换到FPGA；使用总线驱动电路对传感器+5V/0V信号接口与FPGA+3.3V/0VI/O接口进行电平转换，总线驱动电路作为电平转换电路使用，是许多传感器与FPGA之间常用的电平转换电路，之后由FPGA根据传感器和相关电路时序要求及通讯协议，读取传感器的数据信息。