一种基于FPGA的物联网通用电气量信息汇聚设备制造技术

本实用新型专利技术提供了一种物基于FPGA的物联网通用电气量信息汇聚设备，包括基于FPGA的物联网接入模块、无线通讯模块、USB接口模块和以太网通信模块，其中基于FPGA的物联网接入模块包括FPGA主控芯片、FLASH存储芯片、DDR2内存芯片和模块对外接口。本实用新型专利技术通过无线通讯模块接收相应的采集设备发送的数据，并通过FPGA对多路数据进行解析处理，通过以太网通信模块发送给上位机PC端，同时支持串口通信。本设备能够实现远程信息的汇聚及整合分析处理，同时基于Ipv6构建电力物联网络，提供Internet服务，便于终端查看和下载。设备采用FPGA作为主控，灵活性强；具备网络接入功能，适用于电力部门及时全面掌握配电线路的电气量信息，实时控制测量。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电气量测控领域，具体涉及一种基于FPGA的物联网通用电气量信息汇聚设备。
技术介绍
物联网技术是国家战略新兴技术，通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，对国家的战略和可持续发展具有重要意义，用途广泛遍及多个领域。电力行业是关系着民生的基础行业，随着信息化的快速发展，而今信息化在电力 行业中扮演的角色也日趋重要，电力调度自动化和电能量系统在电力行业已是必不可少的系统，为电网安全、经济、优质、可靠性运行发挥了至关重要的作用，由于电力行业的特殊性，对系统的稳定性、可扩展性、高可用性、安全性等有很高的要求。物联网应用于电力行业是信息通信技术(ICT)发展到一定阶段的必然结果，能有效整合通信基础设施资源和电力系统基础设施资源，使信息通信基础设施资源服务于电力运行，提高电力系统信息化，改善现有电力系统基础设施的利用效率，为国家节能减排目标做出贡献。新一代的研究主要融合现代计算机、通信、高级传感和测控等物联网技术与电力技术，提高面向电力行业的物联网信息感知能力，推动电力信息采集装备的智能化，引导智能感知装备制造技术的发展，研制并推出具有更多种类、更高级、可靠、灵活的智能感知装备。然而，现有的设备一般用单片机或者电路搭建，但其灵活性差，处理速度低，并且其功能应用具有单一性，人机交互差，并且传统的有线传输方式需要铺设电缆，维护费用高，难度大，已经不能满足新兴的物联网的要求。与现有技术相比，本技术的优点I.在本技术中，通过无线接收终端数据，实现多路信息的汇总，节约了布线和电缆铺设成本，利于整个系统的规模化扩展。2.采用灵活的FPGA芯片作为处理器的核心，运用FPGA嵌入式技术，开发方便，具有灵活的变通性，便于复用于多种高级应用以及智能升级，能够实现多路数据的整合分析过滤，更好的为监控终端提供服务。3.通过以太网口接入到Internet网络，提高了可靠性，具有高带宽、高实时性的网络传输功能，防止了数据丢失，同时还提供串口方式实现与上位机PC端的通信，应用端能方便地与采集设备前端进行配置、控制和数据交互。本技术显著特征在于，实现远程多路信息的无线采集，又可以实现采集信息的多种上传方式，同时可以选配不同的无线通讯模块，因此系统提供了专门的配置功能，用户可根据具体应用场景进行功能定制，提高了设备的通用性，减少了设计成本
技术实现思路
本技术针对上述状况提供一种基于FPGA的物联网通用电气量信息汇聚设备，本设备能够实现数据的无线接收，通过FPGA实现多路数据的分析处理，同时提供多种方式实现与上位机PC端的通信，完美的解决了传统汇聚终端存在的缺陷。一种基于FPGA的物联网通用电气量信息汇聚设备，其特征在于，包括基于FPGA的物联网接入模块、无线通讯模块、USB接口模块和以太网通讯模块。进一步，基于FPGA的物联网接入模块包括FPGA主控芯片、FLASH存储芯片、DDR2内存芯片和模块对外接口，模块对外接口包括至少2个UART接口、以太网接口。进一步，基于FPGA的物联网接入模块通过UART接口与无线通讯模块，通过另一个 UART接口 USB接口模块相连，通过以太网接口与以太网通讯模块相连。基于FPGA的物联网接入模块采用FPGA主控芯片作为处理器核心，实现嵌入式操作系统的应用，对整个设备进行设置和控制；FLASH存储芯片和DDR2内存芯片与FPGA主控芯片相连接，FLASH存储芯片用于存储配置设置和FPGA自启动程序，DDR2内存芯片用于缓存计算与处理的数据和程序。无线通讯模块包括无线通讯控制器、工频放大器和天线，该模块与基于FPGA的物联网接入模块相连，实现多路数据的无线收发。USB接口模块与基于FPGA的物联网接入模块相连，实现设备与上位机PC端的串口通信。以太网通讯模块包括网络芯片和以太网接口，该模块与基于FPGA的物联网接入模块相连，通过Ipv6技术实现设备的Internet接入功能。本设备能够组建无线通信网络，通过无线通讯模块接收网络内相应的采集设备发送的电气量信息，如电流电压信息，并通过基于FPGA的物联网接入模块对多路数据进行汇聚及整合分析处理，将处理后的数据通过以太网通信模块发送给上位机PC端，同时支持信息的串口方式上传，并且能够通过USB接口模块接收上位机PC端的控制及参数配置命令，实现对相应的采集设备的实时控制，能够广泛应用于电力行业远程信息采集。附图说明图I示出本技术的设备整体结构框图；图2示出本技术一实施例的基于FPGA的物联网接入模块结构框图；图3示出本技术一实施例的无线通讯模块结构框图；图4示出本技术一实施例的信息传输通路示意图。图5示出本技术一实施例的工作场景示意具体实施方式为了进一步说明本技术的优越性，现结合附图介绍一种基于FPGA的物联网通用电气量信息汇聚设备实施例。图I为基于FPGA的物联网通用电气量信息汇聚设备的整体结构框图，如图所示，该设备具体包括基于FPGA的物联网接入模块、无线通讯模块、USB接口模块和以太网通信模块。基于FPGA的物联网接入模块的结构框图如图2所示，包括FPGA主控芯片、FLASH存储芯片、DDR2内存芯片和模块对外接口，其中FPGA主控芯片选用Xilinx公司Spartan 6系列XC6SLX16CSG324FPGA芯片，该芯片内部集成了 32位微处理器、片内RAM，以及各种外围设备IP核，能够方便的进行数据计算处理和通信传输控制；FLASH存储芯片选用Spansion公司S29系列的S29GL256D NOR FLASH存储器件，芯片存储容量为256Mbit，用于存储FPGA的boot和应用程序与数据；DDR2内存芯片使用ELPIDA公司的EDEl116ACBG 8E E芯片，为IGbit的SDRAM缓存芯片，用于运行FPGA嵌入式系统应用程序；网络芯片是以太网的通信控制芯片，采用Marvell Alaska公司的88E1111芯片，它是一个10/100/1000Mb的多数据率以太网接口芯片，支持多种网络数据通信模式；模块对外接口包括一组UART接口及以太网接口。所述的无线通讯模块结构框图如图3所示，包括无线通讯控制器、工频放大器和天线。在本实施例中，该模块选用为基于Jennic的JN5148芯片设计ZigBee无线通讯模块，该模块选用ZigBee芯片作为无线通讯控制器，ZigBee主芯片内置32位RISC CPU，包含 128KB RAM和128KB ROM空间，含有通用10、UART串口、JTAG调试接口、I2S语音接口、SPI口、I2C接口等。该模块无线接收采集设备发送的数据，实现多路数据的汇聚，ZigBee网络具有自组网和自修复的特点，节点的变动或故障引起的网络的变化，网络拓补结构会相应的调整，整个系统仍能够正常工作，本实施例中，ZigBee无线通讯模块可以根据实际需要选配ZigBee高功率模块(传输距离能达1000米)和ZigBee低功率模块(传输距离能达100米)。本实施例通过ZigBee无线通讯模块实现自组网及与采集终端进行无线通讯传输，通过IPv6/RS232串口与上位机PC端软件进行通信。信息传输通路示意图如图4所示。其中，数据包pl、p2、p3、p4为数据传输数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄樟钦，侯义斌，刘宏珍，付海静，肖春华，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：