CN211720335U - 高频电源检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高频电源检测设备，包括：依次连接的信号隔离模块、信号调理模块、主控制模块、副控制模块和工业以太网物理模块；信号隔离模块用于隔离取样高频电源的输出信号，并将取样信号发送给信号调理模块；信号调理模块用于将取样信号调理成数字信号，并将调理后的数字信号发送给主控制模块；主控制模块用于处理并检测数字信号，并将处理和检测结果发送给副控制模块；副控制模块用于通过工业以太网物理模块将主控制模块的处理和检测结果发送给外部以太网接口设备，及通过工业以太网物理模块将外部以太网接口设备的数据发送给主控制模块。本申请高频电源检测设备可连接工业以太网，用线简化，具有自动化、数字化、实时性高等有益效果。

Description

高频电源检测设备

技术领域

本实用新型涉及高频电源检测领域，具体涉及一种高频电源检测设备。

背景技术

随着生产自动化的发展，工业以太网的角色越发举足轻重。因为在工厂自动化产品线中，信息的传递都是通过工业以太网来进行链接。工业以太网不只能用于工业自动化，包括运动控制、智能电网、高铁车厢、地铁闸门连贯、纺织机、工具机等，都是工业以太网的应用范围。

工业以太网的传输线与一般PC(personal computer，个人计算机)所使用的以太网络线相同。传统的工业传输线路，包括地址线、数据线与控制线等，必须选用一大捆的并行线路，但通过工业以太网，只需要一条线就可以传送命令来控制数据，不需要使用数量庞大的线材。

在食品饮料加工领域，例如自动灌装机，其封口设备中使用了高频电源设备，在制造、使用自动灌装机的过程中需要对高频电源设备进行检测，目前市场上的高频电源检测设备设计陈旧，接口类型为RS232、RS485、CAN(Controller Area Network)等接口，不具备工业以太网物理接口，无法直接接入工业以太网进行数据交互，使用很不方便。

实用新型内容

鉴于现有技术高频电源检测设备陈旧不适合工业自动化的需求的问题，提出了本实用新型的高频电源检测设备，以便克服上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种高频电源检测设备，该设备包括：依次连接的信号隔离模块、信号调理模块、主控制模块、副控制模块和工业以太网物理模块；

信号隔离模块用于隔离取样高频电源的输出信号，并将取样信号发送给信号调理模块；

信号调理模块用于将取样信号调理成数字信号，并将调理后的数字信号发送给主控制模块；

主控制模块用于处理并检测数字信号，并将处理和检测结果发送给副控制模块；

副控制模块用于通过工业以太网物理模块将主控制模块的处理和检测结果发送给外部以太网接口设备，以及通过工业以太网物理模块将外部以太网接口设备的数据发送给主控制模块。

可选地，信号调理模块包括：两条并行的信号调理通道和双通道高速ADC芯片；

每条信号调理通道均包括：依次连接的滤波及分压模块、高速运放跟随及可调增益放大模块和高速运放跟随及电压可调偏移模块；

双通道高速ADC芯片连接两条信号调理通道，将调理后的取样信号进行模数转换，并将转换后的数字信号发送给主控制模块。

可选地，信号调理模块还包括：通道控制模块；

通道控制模块分别连接高速运放跟随及可调增益放大模块和高速运放跟随及电压可调偏移模块；

主控制模块控制还用于通过通道控制模块调整信号调理模块的放大倍数和基准电压。

可选地，该设备还包括：开关量控制模块和按键模块；

开关量控制模块和按键模块分别连接主控制模块；

主控制模块通过开关量控制模块，控制高频电源的控制输入信号；

主控制模块通过按键模块接受输入的控制参数，并根据控制参数调整信号调理模块的放大倍数和基准电压。

可选地，主控制模块具体用于：检测并计算高频电源的信号波形、有效值、保持时间、频率、相位差和实际功率中的一种或多种电力参数。

可选地，该设备还包括：显示模块和指示模块；

显示模块和指示模块分别连接主控制模块；

主控制模块通过显示模块和指示模块，对电力参数进行显示和指示。

可选地，主控制模块采用FPGA芯片实现，副控制模块采用ARM芯片实现，FPGA芯片和ARM芯片通过UART接口连接通讯，副控制模块根据ModBus TCP协议处理通信数据。

可选地，信号隔离模块包括：电压互感器和电流互感器，电压互感器和电流互感器分别将高频电源输出的电压及电流信号进行隔离取样。

可选地，该设备还包括：数据存储模块；

数据存储模块连接副控制模块，副控制模块还用于在通过工业以太网物理模块发送数据的同时，将发送的数据存储到数据存储模块。

可选地，该设备还包括电源模块，电源模块外接24V电源，经过电压转换后为信号调理模块、主控制模块、副控制模块和工业以太网物理模块供电。

综上所述，本实用新型的有益效果是：

本申请的高频电源检测设备，包括依次连接的信号隔离模块、信号调理模块、主控制模块、副控制模块和工业以太网物理模块，可以实现高频电源信号的隔离取样，取样信号调理后由主控制模块处理和检测，并且，处理和检测的结果还可以通过副控制模块和工业以太网物理模块，借助工业以太网发送，简化了设备用线，而且具有自动化、数字化、便携化、实时性高以及大容量高速通信的有益效果。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例提供的一种高频电源检测设备的构成示意图；

图2为本实用新型另一个实施例提供的一种高频电源检测设备的构成示意图；

图3为本实用新型高频电源检测设备的信号调理模块的构成示意图；

图4为本实用新型高频电源检测设备的工业以太网物理模块构成示意图；

图5为本实用新型高频电源检测设备内主控制模块与其他组成模块之间的信号传输方向示意图；

图6为本实用新型高频电源检测设备内副控制模块与其他组成模块之间的信号传输方向示意图；

图中，110、信号隔离模块；120、信号调理模块；130、主控制模块；131、开关量控制模块；132、按键模块；133、显示模块；134、指示模块；140、副控制模块；141、数据存储模块；150、工业以太网物理模块；160、电源模块。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本实用新型的技术构思是：高频电源检测设备包括依次连接的信号隔离模块、信号调理模块、主控制模块、副控制模块和工业以太网物理模块，可以实现高频电源信号的隔离取样，取样信号调理后由主控制模块处理和检测，并且，处理和检测的结果还可以通过副控制模块和工业以太网物理模块，借助工业以太网发送，简化了设备用线，而且具有自动化、数字化、便携化、实时性高以及大容量高速通信的有益效果。

实施例一

图1为本实用新型一个实施例提供的一种高频电源检测设备的构成示意图，如图1所示，该高频电源检测设备包括：依次连接的信号隔离模块110、信号调理模块120、主控制模块130、副控制模块140和工业以太网物理模块150。

信号隔离模块110用于隔离取样高频电源的输出信号，并将取样信号发送给信号调理模块120。

信号调理模块120用于将取样信号调理成数字信号，并将调理后的数字信号发送给主控制模块130。

主控制模块130用于处理并检测数字信号，并将处理和检测结果发送给副控制模块140。

副控制模块140用于通过工业以太网物理模块150将主控制模块130的处理和检测结果发送给外部以太网接口设备，以及通过工业以太网物理模块150将外部以太网接口设备的数据发送给主控制模块130。

从而，本申请的高频电源检测设备，通过对高频电源信号的隔离取样，由主控制模块130进行处理和检测，可以获取和检测高频电源的工作数据。同时，由于本申请的高频电源检测设备增加了副控制模块140和工业以太网物理模块150，还可以连接以太网接口设备，从而将该高频电源检测设备接入工业以太网，以便将处理和检测结果通过工业以太网发送出去，并接收来自外部以太网接口设备的通信数据，例如接收控制参数或是操作指令等内容。

实施例二

图2至图6公开了本申请高频电源检测设备的另一个实施例，图2为该实施例高频电源检测设备的整体构成示意图，图3为该实施例高频电源检测设备的信号调理模块120的构成示意图；图4为该实施例高频电源检测设备的工业以太网物理模块150构成示意图；图5为本实用新型高频电源检测设备内主控制模块与其他组成模块之间的信号传输方向示意图；图6为本实用新型高频电源检测设备内副控制模块与其他组成模块之间的信号传输方向示意图。

如图2所示，该实施例中，该高频电源检测设备还包括电源模块160，电源模块160外接24V电源，经过电压转换后为信号调理模块120、主控制模块130、副控制模块140和工业以太网物理模块150供电。

由于各个模块所需的供电电压存在差异，通过该电源模块160，可以将统一外接的24V电源进行电压转换，分别提供给不同的模块，满足其工作需要。具体地，电源模块160产生±5V及+4.096V供电为信号调理模块120使用；+3.3V、+2.5V及+1.25V供电为主控制模块130使用；+3.3V供电为副控制模块140、工业以太网物理模块150等使用。而且，通过该电源模块160可以保护各个模块的供电电压之间彼此不相互影响，提高本高频电源检测设备工作的稳定性和可靠性。

此外，如图2所示，在本实施例中，主控制模块130采用FPGA(Field-ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)芯片实现，其可以通过嵌入式开发工具编写Verilog语言控制代码。副控制模块140采用ARM(Advanced RISC Machines)芯片实现，其通过嵌入式开发工具编写C语言控制代码。在连接结构上，FPGA芯片和ARM芯片通过UART(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发)接口连接通讯。并且，本实施例中，副控制模块140根据ModBus TCP协议处理通信数据。Modbus是由Modicon(现为施耐德电气公司的一个品牌)在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。ModBus网络是一个工业通信系统，由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成，可应用于各种数据采集和过程监控。

如图3所示，在本实施例中，信号调理模块120包括：两条并行的信号调理通道和双通道高速ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换)芯片。

其中，每条信号调理通道均包括：依次连接的滤波及分压模块、高速运放跟随及可调增益放大模块和高速运放跟随及电压可调偏移模块。

高速运放跟随及可调增益放大模块，用于对信号进行放大，芯片选用高速150M运放AD8065ART及高速100M自动增益运放AD603AR。

高速运放跟随及电压可调偏移电路对信号进行基准调节，芯片选用高速150M运放AD8065ART。

双通道高速ADC芯片连接两条信号调理通道，将调理后的取样信号进行模数转换，并将转换后的数字信号发送给主控制模块130。具体地，该双通道高速ADC芯片可选用AD9288BSTZ-100，通过8-BIT并行数据接口发送数据给主控制模块130。

在本实施例中，如图3所示，信号调理模块120还包括：通道控制模块。

通道控制模块分别连接高速运放跟随及可调增益放大模块和高速运放跟随及电压可调偏移模块。该通道控制模块由主控制模块130控制，为自动增益运放及基准调节提供电压及控制。

工作时，主控制模块130通过通道控制模块调整信号调理模块120的放大倍数和基准电压。在本申请的一个实施例中，通道控制模块包括DAC(Digital-to-AnalogConverter，数模转换)芯片AD5320，通过高速串行SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)数据接口和IO(Input/Output，输入输出)口连接主控制模块130，接收主控制模块130的控制和调整。

在本实施例中，该高频电源检测设备还包括：开关量控制模块131和按键模块132。

开关量控制模块131和按键模块132分别连接主控制模块130。

主控制模块130通过按键模块132接收输入的控制参数，并根据控制参数调整信号调理模块120的放大倍数和基准电压。此外，主控制模块130还通过开关量控制模块131，控制高频电源的控制输入信号，以实现高频电源的控制和检测。

在本申请的一个实施例中，开关量控制模块131包括高速光耦，芯片选用TLP114A，作用为24V开关量隔离输出控制。开关量控制模块131的功能为接受主控制模块130FPGA芯片的控制，开关量控制模块131的输出连接高频电源开关量输入，实现高频开关电源的使能及信号输出控制。

在本申请中，主控制模块130具体用于：检测并计算高频电源的信号波形、有效值、保持时间、频率、相位差和实际功率中的一种或多种电力参数。

相应的，如图2所示，本申请的高频电源检测设备还包括：显示模块133和指示模块134。

显示模块133和指示模块134分别连接主控制模块130。主控制模块130通过显示模块133和指示模块134，对电力参数进行显示和指示。例如，显示模块133采用3.5寸TFT(ThinFilm Transistor，薄膜场效应晶体管)显示器，主要组成为320*480分辨率的3.5寸TFT液晶屏，功能为显示采集信号的波形、有效值、保持时间、频率、相位差及实际功率等电力参数数据，通过FSMC接口与FPGA芯片连接。指示模块134采用LED指示灯，LED指示灯用于指示触发总持续时间，通过FPGA芯片的IO口与FPGA芯片连接。

在本实施例中，信号隔离模块110包括：电压互感器和电流互感器，电压互感器和电流互感器分别将高频电源输出的电压及电流信号进行隔离取样，并将隔离取样结果发送至信号调理模块120。

在本实施例中，如图2所示，该设备还包括：数据存储模块141。数据存储模块141连接副控制模块140，副控制模块140还用于在通过工业以太网物理模块150发送数据的同时，将发送的数据(即主控制模块的处理和检测结果)存储到数据存储模块141，以进行本地保存，方便调取使用。

在本实施例中，工业以太网物理模块150的构成示意图如图4所示，主要包括时钟电路、以太网控制芯片及网络变压器，功能为以太网数据的接收和发送控制，与外部以太网连接通讯。以太网控制芯片选用W5500，通过高速SPI数据与副控制模块140ARM芯片通讯。W5500是一款全硬件TCP/IP嵌入式以太网控制器，集成了TCP/IP协议栈，10/100M以太网数据链路层(MAC)及物理层(PHY)，提供了网络唤醒模式(WOL)及掉电模式供客户选择使用。网络变压器选用HR911105A，通过网线与外部以太网接口设备连接。

图5为本实用新型高频电源检测设备内，主控制模块与其他组成模块之间的信号传输方向示意图。

如图5所示，主控制模块130(FPGA芯片)为本设备的第一核心，FPGA芯片为ALTERA公司CycloneIV系列EP4CE10E22C8N芯片。基于FPGA芯片，举例来说，主控制模块130可通过嵌入式开发语言Verilog进行开发，例如，可以划分其组成及功能包括：主程序任务调度模块，负责FPGA芯片的初始化及子程序任务调度处理工作，内核为NiosII(嵌在FPGA内部的处理器软核)；按键输入模块，负责功能按键读取及判断，通过FPGA芯片IO口与按键模块132连接；信号放大及触发控制模块，根据功能按键的设置进行信号幅值、信号触发及信号扫描周期等参数调整及控制，通过FPGA芯片高速SPI通讯口及IO口与信号调理模块120连接；数据信号读取及处理模块，功能为循环读取信号调理模块120输出的信号幅值数据，并以数组形式记录电压、电流两通道数据；信号数据触发捕获及处理模块，功能为读取信号调理模块120输出的信号触发数据，并以数据形式记录电压、电流信号单位时间内的触发次数、触发总持续时间、高电平持续时间及两信号之间的高电平触发间隔时间；LED指示控制模块，功能为用于触发总持续时间指示，通过FPGA芯片IO口与指示模块134(LED)连接；信号数据处理模块，功能为根据读取的信号幅值数据及触发数据综合计算电压、电流信号的波形、有效值、保持时间、频率、相位差及实际功率等电力参数数据；数据显示控制模块，功能为液晶驱动及GUI界面显示处理，通过FPGA芯片FSMC接口与显示模块133的3.5寸TFT连接；UART通讯模块，负责与副控制模块140(ARM)之间的采集数据及控制数据交互控制，通过FPGA芯片硬件UART接口与ARM芯片连接；开关量控制模块，功能为根据UART的控制数据进开关量控制，通过FPGA芯片IO口与开关量控制模块131连接。

图6为本实用新型高频电源检测设备内，副控制模块与其他组成模块之间的信号传输方向示意图。

如图6所示，副控制模块140(ARM)为本高频电源检测设备的第二核心。ARM芯片为ST意法半导体公司的STM32F103VCT6。基于ARM芯片，举例来说，副控制模块140(ARM)可通过C语言嵌入式开发设计。例如，可以划分其组成及功能包括：主程序任务调度模块，负责ARM芯片的初始化及子程序任务调度处理工作；数据存储处理模块，负责设置数据及采集数据的读取控制，通过ARM芯片硬件串行SPI数据口与数据存储模块141连接；UART通讯模块，负责与主控制模块130(FPAG)之间的采集数据与控制数据交互控制，通过ARM芯片硬件UART通讯接口与FPGA芯片连接；Modbus TCP通讯模块，负责与工业以太网物理模块150之间的数据交互，通过ARM芯片硬件高速串行SPI数据接口与W5500芯片连接。

综上所述，本申请的高频电源检测设备，包括依次连接的信号隔离模块、信号调理模块、主控制模块、副控制模块和工业以太网物理模块，可以实现高频电源信号的隔离取样，取样信号调理后由主控制模块处理和检测，并且，处理和检测的结果还可以通过副控制模块和工业以太网物理模块，借助工业以太网发送，简化了设备用线，而且具有自动化、数字化、便携化、实时性高以及大容量高速通信的有益效果；并且，在本申请的优选实施例中，本申请的高频电源检测设备还具有显示模块、指示模块、开关量控制模块、按键模块、数据存储模块和电源模块等，具有丰富的操作和显示功能，使用便捷有效。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高频电源检测设备，其特征在于，该设备包括：依次连接的信号隔离模块、信号调理模块、主控制模块、副控制模块和工业以太网物理模块；

所述信号隔离模块用于隔离取样高频电源的输出信号，并将取样信号发送给所述信号调理模块；

所述信号调理模块用于将所述取样信号调理成数字信号，并将调理后的数字信号发送给所述主控制模块；

所述主控制模块用于处理并检测所述数字信号，并将处理和检测结果发送给所述副控制模块；

所述副控制模块用于通过所述工业以太网物理模块将所述主控制模块的处理和检测结果发送给外部以太网接口设备，以及通过所述工业以太网物理模块将所述外部以太网接口设备的数据发送给所述主控制模块。

2.根据权利要求1所述的高频电源检测设备，其特征在于，所述信号调理模块包括：两条并行的信号调理通道和双通道高速ADC芯片；

每条所述信号调理通道均包括：依次连接的滤波及分压模块、高速运放跟随及可调增益放大模块和高速运放跟随及电压可调偏移模块；

所述双通道高速ADC芯片连接两条所述信号调理通道，将调理后的取样信号进行模数转换，并将转换后的数字信号发送给所述主控制模块。

3.根据权利要求2所述的高频电源检测设备，其特征在于，所述信号调理模块还包括：通道控制模块；

所述通道控制模块分别连接所述高速运放跟随及可调增益放大模块和高速运放跟随及电压可调偏移模块；

所述主控制模块控制还用于通过所述通道控制模块调整所述信号调理模块的放大倍数和基准电压。

4.根据权利要求3所述的高频电源检测设备，其特征在于，该设备还包括：开关量控制模块和按键模块；

所述开关量控制模块和所述按键模块分别连接所述主控制模块；

所述主控制模块通过所述开关量控制模块，控制所述高频电源的控制输入信号；

所述主控制模块通过所述按键模块接受输入的控制参数，并根据所述控制参数调整所述信号调理模块的放大倍数和基准电压。

5.根据权利要求1所述的高频电源检测设备，其特征在于，所述主控制模块具体用于：检测并计算高频电源的信号波形、有效值、保持时间、频率、相位差和实际功率中的一种或多种电力参数。

6.根据权利要求5所述的高频电源检测设备，其特征在于，该设备还包括：显示模块和指示模块；

所述显示模块和所述指示模块分别连接所述主控制模块；

所述主控制模块通过所述显示模块和所述指示模块，对所述电力参数进行显示和指示。

7.根据权利要求6所述的高频电源检测设备，其特征在于，所述主控制模块采用FPGA芯片实现，所述副控制模块采用ARM芯片实现，所述FPGA芯片和所述ARM芯片通过UART接口连接通讯，所述副控制模块根据ModBus TCP协议处理通信数据。

8.根据权利要求1所述的高频电源检测设备，其特征在于，所述信号隔离模块包括：电压互感器和电流互感器，所述电压互感器和所述电流互感器分别将高频电源输出的电压及电流信号进行隔离取样。

9.根据权利要求1所述的高频电源检测设备，其特征在于，该设备还包括：数据存储模块；

所述数据存储模块连接所述副控制模块，所述副控制模块还用于在通过所述工业以太网物理模块发送数据的同时，将发送的数据存储到所述数据存储模块。

10.根据权利要求1所述的高频电源检测设备，其特征在于，该设备还包括电源模块，所述电源模块外接24V电源，经过电压转换后为所述信号调理模块、所述主控制模块、所述副控制模块和所述工业以太网物理模块供电。

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