[发明专利]基于FPGA的高频疲劳试验机控制器

摘要

本发明涉及的是一种基于FPGA的高频疲劳试验机控制器，它包括一个FPGA中央处理模块，所述FPGA中央处理模块连接一个AD采集模块、一个DA模块、一个PWM模块、一个光电编码脉冲计数模块、一个串口模块、一个以太网通信模块、一个存储模块和一个电源模块。本发明在传统试验机控制器的基础上，通过FPGA技术及微机技术两者的结合，全面提升控制器系统的性能，使整机的工作效率、控制精度和电气系统可靠性得到了提高，且操作方便而又不乏技术的先进性。

主权项

一种基于FPGA的高频疲劳试验机控制器，包括一个FPGA中央处理模块(1)、其特征在于：所述FPGA中央处理模块(1)连接一个AD采集模块(2)、一个DA模块(3)、一个PWM模块(4)、一个光电编码脉冲计数模块(5)、一个串口模块(6)、一个以太网通信模块(7)、一个存储模块(8)和一个电源模块(9)；所述的FPGA中央处理模块(1)是由FPGA控制芯片、时钟电路、复位电路、SDRAM存储芯片、EPCS存储芯片、AS接口电路、JTAG接口电路构成，FPGA中央处理模块(1)连接AD采集模块(2)对试验机压力、拉力进行数据采集；FPGA中央处理模块(1)连接DA模块(3)驱动试验机电液伺服阀的控制信号、FPGA中央处理模块(1)连接PWM模块(4)控制实验室伺服驱动器驱动伺服电机、FPGA中央处理模块(1)连接光电编码计数模块(5)测量试验机电机转速、FPGA中央处理模块(1)连接串口模块(6)用于硬件电路测试、FPGA中央处理模块(1)连接存储模块(8)用于记录试验机采集的重要信息与控制器设备ID号、FPGA中央处理模块(1)连接以太网通信控制模块(7)完成与上位机网络通信，主要包括向上位机发送采集到的数据信号同时接收上位机发来的控制信号控制试验机工作、FPGA中央处理模块(1)连接电源模块(9)为整个控制器供电；所述的AD采集模块(2)，包括滤波电路、电压放大芯片、AD转换芯片，采集模拟信号通过滤波电路进行信号滤波、经过电压放大芯片进行模拟电压信号放大、经过AD转换芯片模拟信号转换为数字信号传入FPGA中央处理模块(1)；所述的DA模块(3)，包括DA转换芯片、可控电压放大芯片，FPGA中央处理模块发送的数字信号经过DA转换芯片、可控电压放大芯片之后转换为所需的模拟信号；所述的PWM模块(4)，包括高速光电隔离芯片、差分输出驱动芯片，FPGA中央处理模块发出可调节PWM信号，经高速光电隔离芯片去除干扰信号传入差分输出驱动芯片，可输出两路互补PWM和高低电平；所述的光电编码脉冲计数模块(5)，包括光电隔离芯片、双施密特逆变器芯片，光电编码器信号经光电隔离芯片去除干扰信号后通过双施密特逆变器芯片稳定信号输入FPGA中央处理模块，FPGA中央处理模块(1)通过对输入信号的相位判定进行脉冲计数；所述的串口模块(6)，包括串口、电平转换芯片，PC机通过串口连接中央处理器模块(1)，实现串口通信；所述的以太网通信模块(7)，包括以太网控制芯片，以太网接口，PC机通过网线连接以太网接口，数据经过以太网控制芯片后传至FPGA中央处理模块(1)实现以太网数据通信；所述的存储模块(8)主要为EEPROM，FPGA中央处理模块(1)连接存储模块(8)用于记录试验机采集的重要信息与控制器设备ID号；所述的电源模块(9)主要为5V‑3.3V、5V‑1.8V、3.3V‑1.2V电源转换芯片，电源模块(9)为整个控制器供电；所述基于FPGA的高频试验机控制器工作过程为：试验机压力、拉力传感器信号通过AD采集模块(2)进行数据采集，经过滤波放大之后传入FPGA中央处理模块(1)，进行处理后通过以太网通信模块(7)传入PC机，在PC机进行判断之后通过以太网通信模块(7)发出控制指令，FPGA中央处理模块(1)通过控制指令发送信号到PWM模块(4)，通过PWM模块(4)输出信号控制步进电机速度与方向，光电编码脉冲计数模块(5)通过光电编码器计算电机，同时把速度信号传入FPGA中央处理模块(1)，整个过程形成闭环控制。