基于FPGA的应急柴油发电机控制系统的制作方法

本实用新型涉及柴油机电控技术领域，尤其涉及基于fpga的应急柴油发电机控制系统。

背景技术：

目前，相关的柴油机电控技术方案有以下几种：

(1)一种柴油机启动控制装置，启动电动机驱动柴油机曲轴转动，同时检测曲轴的转速；当曲轴转速达到最佳喷油转速np时，开始向柴油机气缸内喷射燃油；启动成功后，停止向启动电动机供电。

(2)一种柴油机发电机组控制测量保护系统，由微型计算机控制的全自动柴油发电机电子测控系统，系统由电源单元、数据采集输入单元、微电脑数据处理单元、信号输出单元和显示单元组成，各单元之间电性连接。电源单元由报警控制系统电源与安全系统电源两个相互独立的电源组成。

上述的技术方案存在如下技术缺陷：大量使用传统继电器，触点容易氧化，故障率较高；系统响应时间较长。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种基于fpga的应急柴油发电机控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于fpga的应急柴油发电机控制系统，其特征在于，包括用于采集外部系统数据的数据输入电路；以及

与所述数据输入电路连接的主控电路，所述主控电路设有第一fpga芯片，所述第一fpga芯片接收并处理所述外部系统数据以生成控制信号；以及

与所述主控电路连接的数据输出电路，所述数据输出电路设有第二fpga芯片，所述第一fpga芯片接收所述控制信号进而控制外部系统调整工作状态。

优选地，所述主控电路与所述数据输入电路、所述数据输出电路通过背板连接器上通信接口通信连接。

优选地，所述主控电路还包括与所述第一fpga芯片连接的主控芯片；

所述主控芯片为型号是rm57l843zwt的arm芯片。

优选地，所述主控芯片与所述第一fpga芯片之间设有第一看门狗芯片；

所述第一fpga芯片通过第一看门狗芯片发送外部逻辑到所述主控芯片中以控制所述主控芯片复位。

优选地，所述主控芯片与所述第一fpga芯片还设有存储器。

优选地，所述数据输出电路还包括与所述第二fpga芯片连接的第二看门狗芯片。

优选地，所述第一fpga芯片为m2gl150ts-fc1152；

所述第二fpga芯片的型号为m2gl060ts-678。

优选地，所述数据输入电路连接所述外部系统的采集模块；

所述数据输出电路连接所述外部系统的输出模块。

优选地，所述外部系统为与柴油机连接的燃油系统、润滑油系统、进排气系统、压缩空气系统以及冷却水系统中的一个或多个。

优选地，所述主控电路还包括第一时钟电路以及第一复位电路；

所述数据输出电路还包括第二时钟电路以及第二复位电路。

实施本实用新型具有以下有益效果：本实用新型的基于fpga的应急柴油发电机控制系统是基于fpga的数字化控制系统，该控制系统响应快，可靠性高；系统平均无故障时间超过10⁵小时，运行维护成本低。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型基于fpga的应急柴油发电机控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型主控电路的逻辑框图；

图3-图17是本实用新型第一fpga芯片的电路连接图；

图18是本实用新型第一fpga芯片的时钟电路连接图；

图19是本实用新型数据输出电路的框架示意图；

图20-图28是本实用新型第二fpga芯片的电路连接图；

图29是本实用新型第二fpga芯片的时钟电路图；

图30是本实用新型第二fpga芯片的复位电路图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

如图1所示，在本实用新型的基于fpga的应急柴油发电机控制系统，包括用于采集外部系统数据的数据输入电路；以及与数据输入电路连接的主控电路，主控电路设有第一fpga芯片，第一fpga芯片接收并处理外部系统数据以生成控制信号；以及与主控电路连接的数据输出电路，数据输出电路设有第二fpga芯片，第一fpga芯片接收控制信号进而控制外部系统调整工作状态。该数据输入电路连接外部系统的采集模块，数据输出电路连接外部系统的输出模块。该外部系统为与柴油机连接的燃油系统、润滑油系统、进排气系统、压缩空气系统以及冷却水系统中的一个或多个。

在本实施例中，数据输入电路连接外部系统的采集模块，将外部系统的采集模块所采集的数据发送到主控电路中，其中，该数据输入电路可以将所采集的数据处理为相关的模拟量以及开关量，主控电路的第一fpga芯片接收并处理外部系统数据以生成相关控制信号，并将控制信号发送到数据输出电路中，由数据输出电路发送相关控制信号到外部系统的输出模块，进而控制燃油系统、润滑油系统、进排气系统、压缩空气系统以及冷却水系统进行工作状态的调整，该主控电路也控制应急柴油机的启停等。

进一步的，主控电路与数据输入电路、数据输出电路通过背板连接器上通信接口通信连接。

参阅图2，主控电路还包括与第一fpga芯片连接的主控芯片，第一fpga芯片为m2gl150ts-fc1152，如图3-图17所示，是该第一fpga芯片的引脚连接电路，技术人员可以参照该电路图实施，这里不做细述。

该主控芯片为型号是rm57l843zwt的arm芯片，主控芯片与第一fpga芯片之间设有第一看门狗芯片，第一fpga芯片通过第一看门狗芯片发送外部逻辑到主控芯片中以控制主控芯片复位，主控芯片与第一fpga芯片还设有存储器。

在本实施例中，该主控电路包括与第一fpga芯片、第一看门狗芯片以及主控芯片连接的第一复位电路，该第一复位电路包括与该主控芯片通过隔离模块iso7240连接的复位按钮b3fs-1000p，通过该复位按钮b3fs-1000p触发主控芯片的复位，也可以是与该第一fpga芯片以及第一看门狗芯片连接、通过外部逻辑触发主控芯片复位，在本实施例中，该第一看门狗芯片型号为a3p250。

该主控电路还包括第一时钟电路，以提供相关时序信号，该第一时钟电路可以包括多个晶振，如晶振16mhz、晶振125mhz、晶振50mhz，当然还可以包括其它频率的晶振。

如图18所示，是第一fpga芯片的一种时钟信号电路图，采用晶振50mhz，其中，该晶振50mhz的1号引脚并联接定时元件r431以及r433，其中，r431的脉冲频率为nc/10k，r433的脉冲频率为10k，同时，r431接地，r433接入第一fpga芯片的输入电压3.3v，该晶振50mhz的4号引脚接入电容组，该电容组为并联的电容c278以及电容c280，该电容c278的参数为10uf/16v，该电容c280的参数为10uf/50v，该电容组接地，同时，该电容组与开关器件bd15连接，并接入第一fpga芯片的输入电压3.3v，该晶振50mhz的3号引脚接入定时元件r434，以输出50mhz的脉冲。

该主控芯片与第一fpga芯片之间设有用于暂时或永久存储数据、相关信号的存储器，在本实施例中，其包括sdram，型号为mt48lc4m16，以及nvram，型号为cy14b104na。

如图19所示，数据输出电路还包括与第二fpga芯片连接的第二看门狗芯片，该第二fpga芯片的型号为m2gl060ts-678，如图20-图28为该第二fpga芯片的电路图，技术人员可以参阅该电路图而实施本技术方案，这里不做细述。

在本实施例中，还包括与第二fpga芯片以及第二看门狗芯片连接的第二时钟电路以及第二复位电路。

其中，如图9所示，以晶振50mhz为例，该晶振50mhz的1号引脚并联接定时元件r233以及r234，其中，r233的脉冲频率为nc/10k，r234的脉冲频率为10k，同时，r431接地，r433接入第一fpga的输入电压。该晶振50mhz的4号引脚接入电容组，该电容组为并联的电容c199以及电容c200，该电容c199的参数为0.1uf/50v/nc，该电容c200的参数为10uf/50v/nc，该电容组接地，同时，该电容组与开关器件bd15连接，并接入第二fpga芯片的输入电压，该晶振50mhz的3号引脚接入定时元件r235，以输出50mhz的脉冲到第二fpga芯片中。

如图10所示，是复位电路示意图，包括监控处理器，该监控处理器型号为tps3808g01dbvr，其中，该监控处理器的6号引脚连接输入电压，同时，连接电容c201后接地，该电容c201规格为0.1uf/50v，5号引脚连接并联的定时元件r237以及相互并联的定时元件r239以及电容c202后接地，该定时元件r237的规格为100k，定时元件r239为30k，电容c202位0.01uf/50v。第4引脚连接电容c203后接地，该电容c203为0.1uf/50v，3号引脚连接定时元件r238后接入输入电压，该定时元件r238为10k，2号引脚接地，1号引脚为rest端，其连接定时元件r236后接入输入电压，该定时元件r236为10k，同时该定时元件r236并联信号输出端到第二fpga芯片中。

本实用新型的基于fpga的应急柴油发电机控制系统是基于fpga的数字化控制系统，该控制系统响应快，可靠性高；系统平均无故障时间超过10⁵小时，运行维护成本低。

可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。