一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于煤礦安全領(lǐng)域，涉及一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)的設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]利用分布式光纖對煤炭井下進行測溫時，系統(tǒng)的測量位置與光纖中實際位置之間的偏差程度，直接影響到異常溫度處的確定，如若測量位置與實際位置不符，技術(shù)人員在判斷煤堆自燃時誤將沒有異常的位置進行了處理，而原本發(fā)生煤堆自燃的位置依然存在，給煤礦井下安全帶來重大影響。引起空間定位誤差的主要原因來源于時間同步上的誤差。如果激光器發(fā)送脈沖的時間與采集卡進行采集的時間同步的不好，就會帶來數(shù)據(jù)的遺漏，進而影響空間定位。傳統(tǒng)的用于時間同步信號控制的控制器為單片機或DSP，由于其時間精度us量級的，不能滿足精度的需求，本實用新型采用FPGA作為控制器，利用其內(nèi)部的PLL鎖相環(huán)倍頻單元產(chǎn)生高精度的時鐘，來減少時間同步上的誤差。因此對一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)的設(shè)計是很有必要的。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型針對以往采用單片機或DSP作為主控制芯片，帶來的精度不高的缺陷，提供一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)。利用現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA作為主控制器，搭配合適的外圍器件，利用FPGA的PLL鎖相環(huán)、豐富的I/O 口、內(nèi)部邏輯、連線資源和并行計算的能力，共同完成高精度同步信號的產(chǎn)生。
[0004]本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于利用FPGA產(chǎn)生高精度的同步信號，系統(tǒng)包括外圍電路模塊和內(nèi)部設(shè)置；外圍電路模塊由晶振芯片、電源、USB轉(zhuǎn)串口模塊、JTAG接口、按鍵1和按鍵2組成；內(nèi)部設(shè)置由PLL鎖相環(huán)倍頻單元、計數(shù)器1、脈沖發(fā)生器、D觸發(fā)器和計數(shù)器2組成；所述晶振芯片、電源、USB轉(zhuǎn)串口模塊、JTAG接口、按鍵1和按鍵2均與FPGA相連；所述PLL鎖相環(huán)倍頻單元控制脈沖發(fā)生器；所述計數(shù)器1控制脈沖發(fā)生器的脈寬和周期；所述D觸發(fā)器和計數(shù)器2共同控制同步信號的脈寬和周期。
[0006]所述的一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于，所述晶振芯片為50M有源晶振的SMD 2016芯片。
[0007]所述的一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電源為1117-系列的LD0電源芯片。
[0008]所述的一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于，所述USB轉(zhuǎn)串口模塊為PL2303芯片。
[0009]所述的一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于，所述JTAG接口為10P型號。
[0010]所述的一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 FPGA 為 EP4CE6F17C8 型號。
[0011]所述的一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于，所述按鍵1和按鍵2均為按鍵開關(guān)A27。
[0012]與已有技術(shù)相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在:以FPGA為核心處理器，通過PLL鎖相環(huán)倍頻單元對輸入的晶振信號進行倍頻，產(chǎn)生的高頻信號控制脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生脈沖信號，由計數(shù)器1控制脈沖信號的脈寬與周期，當(dāng)脈沖信號的下降沿到來時，觸發(fā)D觸發(fā)器，由計數(shù)器2控制同步線號的脈寬與周期，產(chǎn)生的同步信號和脈沖信號經(jīng)過FPGA的引腳輸出。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，系統(tǒng)包括外圍電路模塊和內(nèi)部設(shè)置；外圍電路模塊由晶振芯片、電源、USB轉(zhuǎn)串口模塊、JTAG接口、按鍵1和按鍵2組成；內(nèi)部設(shè)置由PLL鎖相環(huán)倍頻單元、計數(shù)器1、脈沖發(fā)生器、D觸發(fā)器和計數(shù)器2組成。
[0015]上述的晶振芯片為50M有源晶振，為系統(tǒng)提供外圍時鐘。
[0016]上述的電源為4路電源，分別提供1.2V, 3.3V, 2.5V, 2.8V電源，所用的芯片分別為1117-1.2，1117-3.3，1117-2.5，1117-2.8四個芯片均為LD0電源芯片，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。
[0017]上述的USB轉(zhuǎn)串口模塊為PL2303芯片，實現(xiàn)PC機與FPGA的通訊，其中的TXD接口與FPGA的G1腳相連，RXD與FPGA的M2腳相連。
[0018]上述的JTAG接口為10P型號，將編譯好的程序(.sof)下載到FPGA中。
[0019]上述的按鍵1為電源開關(guān)鍵，按下此鍵給整個系統(tǒng)通電，按鍵2為復(fù)位鍵，按鍵按下，整個系統(tǒng)復(fù)位。
[0020]上述的PLL鎖相環(huán)倍頻單元對外部的時鐘信號進行倍頻。
[0021]上述的計數(shù)器1記錄脈沖發(fā)生器的脈沖寬度和周期。
[0022]上述的D觸發(fā)器和計數(shù)器2共同完成同步信號的寬度與周期。
[0023]本實用新型的實施步驟包括
[0024](1)根據(jù)工程的需要確定合適的精度，本實用新型采用的晶振為50M，要實現(xiàn)精度為Ins的時鐘，需要經(jīng)過PLL鎖相環(huán)進行200倍倍頻，產(chǎn)生所需信號。
[0025](2)對于經(jīng)過倍頻的信號，控制脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號，而計數(shù)器1控制此脈寬的寬度與周期，經(jīng)FPGA的引腳輸出。
[0026](3)在脈沖信號的下降沿到來時，觸發(fā)D觸發(fā)器，D觸發(fā)器的輸出信號經(jīng)觸發(fā)器的非門輸出，產(chǎn)生于脈沖信號相反地信號，計數(shù)器2控制此同步信號的寬度與周期。同步信號經(jīng)FPGA的引腳輸出。
【主權(quán)項】
1.一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于，是由FPGA控制產(chǎn)生脈沖信號和同步信號，所述晶振芯片、電源、USB轉(zhuǎn)串口模塊、JTAG接口、按鍵1、按鍵2均與FPGA相連；所述PLL鎖相環(huán)倍頻單元把晶振芯片送來的信號進行倍頻，提供脈沖發(fā)生器的時鐘，所述計數(shù)器1控制脈沖發(fā)生器的脈寬與周期，所述脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一定寬度的窄脈沖，所述D觸發(fā)器的時鐘信號CLK和數(shù)據(jù)信號D均由脈沖發(fā)生器提供，所述計數(shù)器2控制D觸發(fā)器輸出信號的寬度與周期。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于，所述晶振芯片為50M有源晶振的SMD 2016芯片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電源為1117-系列的LDO電源芯片。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于，所述USB轉(zhuǎn)串口模塊為PL2303芯片。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于，所述JTAG接口為10P型號。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于，所述FPGA為EP4CE6F17C8型號。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于，所述按鍵1和按鍵2均為按鍵開關(guān)A27。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于分布式光纖測溫中的高精度同步信號控制系統(tǒng)，其特征在于利用FPGA產(chǎn)生高精度的同步信號，系統(tǒng)包括外圍電路模塊和內(nèi)部設(shè)置；外圍電路模塊由晶振芯片、電源、USB轉(zhuǎn)串口模塊、JTAG接口、按鍵1和按鍵2組成；內(nèi)部設(shè)置由PLL鎖相環(huán)倍頻單元、計數(shù)器1、脈沖發(fā)生器、D觸發(fā)器和計數(shù)器2組成；本實用新型的有益效果為：以FPGA為核心處理器，通過PLL鎖相環(huán)倍頻單元對輸入的晶振信號進行倍頻，產(chǎn)生的高頻信號控制脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生脈沖信號，由計數(shù)器1控制脈沖信號的脈寬與周期，當(dāng)脈沖信號的下降沿到來時，觸發(fā)D觸發(fā)器，由計數(shù)器2控制同步線號的脈寬與周期，產(chǎn)生的同步信號和脈沖信號經(jīng)過FPGA的引腳輸出，以產(chǎn)生高精度信號。
【IPC分類】H03K3/02
【公開號】CN205051668
【申請?zhí)枴緾N201520848608
【發(fā)明人】黃友銳, 凌六一, 唐超禮, 韓濤, 徐善永, 侯瀟瀟
【申請人】安徽理工大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月27日