本發(fā)明屬于一種溫度采集報警裝置，更具體地說，是一種基于FPGA的工業(yè)現(xiàn)場溫度采集報警方法及裝置。

背景技術：

新興的溫度采集報警系統(tǒng)要求同時具備高精度和遠距離傳輸，用FPGA和以太網(wǎng)來實現(xiàn)能更好的滿足這些需求，并且體積小、質量輕、修改方便、開發(fā)周期短易于移植和制作相應的專用ASIC和批量生產(chǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)溫度采集報警領域中得到了十分廣泛的應用。

隨著科學技術的發(fā)展和工業(yè)自動化水平的不斷提高，工業(yè)現(xiàn)場溫度的采集和傳輸越來越重要。通過千兆以太網(wǎng)對工業(yè)現(xiàn)場溫度進行實時傳輸，可以實現(xiàn)高速、遠距離的數(shù)據(jù)傳輸。

目前溫度測量采集報警主要是通過單片機來實現(xiàn)控制，但單片機處理速度慢，過程繁瑣，信號采集頻率受單片機時鐘的限制，難以實現(xiàn)高速的溫度測量且不易在線修改。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足或缺陷，提供一種基于FPGA的工業(yè)現(xiàn)場溫度采集報警方法，該方法以FPGA為主要平臺，采用邏輯設計的方式，利用溫度采集控制器多路采集溫度，實時、高速傳輸溫度數(shù)據(jù)，有效的實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的安全實時保護。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：

一種基于FPGA的工業(yè)現(xiàn)場溫度采集報警方法，包括以下步驟：

步驟一，主機控制現(xiàn)場的溫度采集模塊進行現(xiàn)場溫度采集；

步驟二，所述溫度采集模塊將采集的溫度數(shù)據(jù)通過單總線傳輸給主機的數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊；

步驟三，所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊將所述溫度數(shù)據(jù)處理打包成標準的以太網(wǎng)包，并通過發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊發(fā)送出去；

步驟四：客戶端以太網(wǎng)控制模塊接收所述以太網(wǎng)包，并傳輸給數(shù)據(jù)處理接受模塊，所述數(shù)據(jù)處理接收模塊接收所述以太網(wǎng)包，并處理、解析所述溫度數(shù)據(jù)供給顯示及溫度報警模塊；

步驟五：所述顯示及溫度報警模塊顯示所述溫度數(shù)據(jù)并根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)判斷是否超過預設溫度，若超過則給發(fā)出報警信號。

較佳的是，所述溫度采集模塊包括多個溫度傳感器，所述主機控制溫度采集模塊進行每一次讀寫溫度數(shù)據(jù)之前都要對所述溫度采集模塊進行復位操作，且復位成功后所述溫度采集模塊依次發(fā)送一ROM指令和一RAM指令給所述主機。

較佳的是，在復位操作時，所述主機將數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放，當所述溫度采集模塊收到所述主機將數(shù)據(jù)線下拉的信號后等待16～60us，發(fā)出60～240us的存在低脈沖，所述主機收到此低脈沖信號后表示復位成功。

較佳的是，所述溫度采集模塊包括讀時序、寫時序，其中，所述寫時序，所有寫時序必須持續(xù)最少60us，包括兩個周期之間最少1us的恢復時間，所述寫時序包括寫“1”時序和寫“0”時序：當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉到低電平的時候，寫“1”時序開始，15us后釋放總線，所述總線被5K上拉電阻拉成高電平，在第15us到60us進行采樣，這樣采到的就是高電平；當主機把總線持續(xù)拉到低電平并持續(xù)保持至少60us，主機生成一個寫“0”時序；所述讀時序必須持續(xù)最少60us，包括兩個周期之間最少1us的恢復時間；當主機把所述數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉到低電平的時候，讀時序開始，所述數(shù)據(jù)線保持至少1us，然后主機釋放所述總線，所述溫度采集模塊通過拉高或拉低所述總線來傳輸“1”或“0”，傳輸“0”和“1”的時間為15us內有效，所以必須在讀時序開始后15us內讀取數(shù)據(jù)，之后所述總線將會被上拉電阻拉成高電平。

較佳的是，所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊主要輸入端口有：復位信號輸入端口、時鐘信號輸入端口、后級模塊發(fā)送完成信號輸入端口、溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)輸入端口、溫度數(shù)據(jù)有效使能信號輸入端口、后級模塊先進先出存儲器寫滿信號輸入端口、數(shù)據(jù)發(fā)送長度輸入端口；該模塊的主要輸出端口有：送給網(wǎng)口模塊的數(shù)據(jù)輸出端口、數(shù)據(jù)有效使能輸出端口、網(wǎng)口數(shù)據(jù)發(fā)送起始信號輸出端口。

較佳的是，所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊將所述溫度采集模塊傳送過來的16bit數(shù)據(jù)第15位表示符號位，第0到10位表示數(shù)據(jù)有效位，將第11到14位進行編碼，第一個溫度傳感器編碼為4’b0000，第二個溫度傳感器編碼為4’b0001，重新組合成16位數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊將2個16位數(shù)據(jù)拼接組合成4字節(jié)32bit發(fā)送給發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊使用，當接收到所述發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊發(fā)送結束信號后，等待1us，再次發(fā)送網(wǎng)口數(shù)據(jù)起始信號。

較佳的是，所述發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊由以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊、第一MAC寄存器配置子模塊、第一復位子模塊、第一MDIO配置子模塊、第一三速以太網(wǎng)IP子模塊組成，其中：所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊，其將從所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊送過來的數(shù)據(jù)存入所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊的先進先出存儲器，當所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊給出發(fā)送命令后，按照所述MAC寄存器配置子模塊幀格式，從所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊先進先出存儲器中取出數(shù)據(jù)，發(fā)送給所述第一MAC寄存器配置子模塊的先進先出存儲器，統(tǒng)計發(fā)送的數(shù)據(jù)和傳輸速率；所述第一MAC寄存器配置子模塊，其主要對所述第一三速以太網(wǎng)IP子模塊進行配置初始化，按照數(shù)據(jù)手冊寄存器初始化步驟進行配置；所述第一復位子模塊，其主要是完成上電后對以太網(wǎng)發(fā)送子模塊和第一MAC寄存器配置子模塊的復位；所述第一MDIO配置子模塊，按照設定的模式，上電對以太網(wǎng)發(fā)送子模塊進行配置；上電后，當以太網(wǎng)發(fā)送子模塊的模式需要改變時，再次進行MDIO配置；每次模式改變后，需要對MDIO配置子模塊的寄存器進行軟復位，即：0.31：0＝32’h8140，當使用光口時，27.15：0＝4’hb003，當使用電口時，27.15：0＝4’h800b；所述第一三速以太網(wǎng)IP子模塊，其主要功能是線路側與系統(tǒng)側的時序轉換，收端前導碼檢測、去除，發(fā)端前導碼添加，收端循環(huán)冗余校驗檢查，發(fā)端循環(huán)冗余校驗插入，以及回環(huán)功能，包括線路側環(huán)回，系統(tǒng)側環(huán)回。

較佳的是，所述客戶端以太網(wǎng)控制模塊由以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊、第二MAC寄存器配置子模塊、第二復位子模塊、第二MDIO配置子模塊、第二三速以太網(wǎng)IP子模塊組成，其中：所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊，其對從所述第二MAC寄存器配置子模塊傳輸過來的報文，經(jīng)過數(shù)據(jù)收集的媒體存取控制協(xié)議、傳感器介質訪問控制協(xié)議及以太網(wǎng)類型匹配進行過濾處理，對符合要求的報文，將其數(shù)據(jù)存入所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊的先進先出存儲器，供所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊讀取，按字節(jié)統(tǒng)計收包數(shù)據(jù)，計算吞吐率；所述第二MAC寄存器配置子模塊，其主要對所述第二三速以太網(wǎng)IP子模塊進行配置初始化，按照數(shù)據(jù)手冊寄存器初始化步驟進行配置；所述第二復位子模塊，其主要是完成上電后對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊和第二MAC寄存器配置子模塊的復位；所述第二MDIO配置子模塊，按照設定的模式，上電對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊進行配置；上電后，當以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊的模式需要改變時，再次進行MDIO配置；每次模式改變后，需要對第二MDIO配置子模塊的寄存器進行軟復位，即：0.31：0＝32’h8140，當使用光口時，27.15：0＝4’hb003，當使用電口時，27.15：0＝4’h800b；所述第二三速以太網(wǎng)IP子模塊，其主要功能是線路側與系統(tǒng)側的時序轉換，收端前導碼檢測、去除，發(fā)端前導碼添加，收端循環(huán)冗余校驗檢查，發(fā)端循環(huán)冗余校驗插入，以及回環(huán)功能，包括線路側環(huán)回，系統(tǒng)側環(huán)回。

較佳的是，所述數(shù)據(jù)處理接收模塊主要輸入端口有：復位信號輸入端口、時鐘信號輸入端口、前級模塊先進先出存儲器輸出數(shù)據(jù)輸入端口，前級模塊先進先出存儲器輸出數(shù)據(jù)有效使能輸入端口，前級模塊先進先出存儲器空信號輸入端口；該數(shù)據(jù)處理接收模塊的主要輸出端口有：讀前級模塊先進先出存儲器請求信號輸出端口，第一個溫度傳感器的數(shù)據(jù)輸出端口，第一個溫度傳感器的數(shù)據(jù)有效使能輸出端口，第二個溫度傳感器的數(shù)據(jù)輸出端口，第二個溫度傳感器的數(shù)據(jù)有效使能輸出端口。

較佳的是，當所述數(shù)據(jù)處理接收模塊檢測到所述客戶端以太網(wǎng)的先進先出存儲器為非空時立即給一個讀請求信號，讀取所述數(shù)據(jù)處理接收模塊的先進先出存儲器里面的數(shù)據(jù)；讀取出來的數(shù)據(jù)根據(jù)第11位至14位和第27位至30位來判斷為哪個溫度采集器的數(shù)據(jù)，4’b0000為第一個溫度采集器的數(shù)據(jù)，4’b0001為第二個溫度采集器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)第15位和第30位來還原溫度的正負值。

較佳的是，所述顯示及溫度報警模塊由按鍵消抖子模塊、LCD1602顯示子模塊、led燈顯示子模塊、報警系統(tǒng)控制子模塊組成；其中：所述按鍵消抖子模塊，是通過按鍵的延時消抖來進行控制，所述按鍵消抖子模塊內部采用參數(shù)化設計，可以通過參數(shù)的改變來改變按鍵的控制數(shù)目；LCD1602顯示子模塊，其用于驅動LCD1602進行顯示，其操作步驟是先寫指令，后寫數(shù)據(jù)；led燈顯示子模塊，其由多個LED燈組成，當出現(xiàn)報警信號時對應的LED燈按照流水燈形式進行不停的閃爍；報警系統(tǒng)控制子模塊，其完成報警溫度閥值的加減，將溫度采集模塊當前的實時溫度與設定的閥值溫度進行比較，當超過閥值溫度時給出報警信號，低于報警溫度時取消報警。

本發(fā)明還提出一種基于FPGA的工業(yè)現(xiàn)場溫度采集報警裝置，其包括：溫度采集模塊，其設于工業(yè)現(xiàn)場，該溫度采集模塊用于工業(yè)現(xiàn)場的溫度采集；主機，該主機連接并控制所述溫度采集模塊；所述主機包括一數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊，該數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊與所述溫度采集模塊相連，將所述溫度采集模塊傳輸過來的溫度數(shù)據(jù)處理打包成標準的以太網(wǎng)包，控制所述溫度數(shù)據(jù)的發(fā)送；發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊，其連接所述數(shù)據(jù)處理模塊，該所述發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊在所述數(shù)據(jù)處理模塊的控制下將所述溫度數(shù)據(jù)進行傳輸；客戶端以太網(wǎng)控制模塊，其與所述發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊網(wǎng)路連接，該客戶端以太網(wǎng)控制模塊接收所述發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)包并將其傳輸給數(shù)據(jù)處理接收模塊；所述數(shù)據(jù)處理接收模塊，其與所述客戶端以太網(wǎng)控制模塊相連，所述數(shù)據(jù)處理接收模塊接收所述以太網(wǎng)包并將其處理、解析出所述溫度數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)處理接收模塊將解析出的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給一報警及顯示模塊；所述顯示及溫度報警模塊，其與所述數(shù)據(jù)處理接收模塊相連，所述顯示及溫度報警模塊接收所述溫度數(shù)據(jù)，顯示所述溫度數(shù)據(jù)并根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)判斷是否超過預設溫度，若超過則給發(fā)出報警信號。

較佳的是，所述溫度采集模塊包括多個溫度傳感器。

較佳的是，所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊主要輸入端口有：復位信號輸入端口、時鐘信號輸入端口、后級模塊發(fā)送完成信號輸入端口、溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)輸入端口、溫度數(shù)據(jù)有效使能信號輸入端口、后級模塊先進先出存儲器寫滿信號輸入端口、數(shù)據(jù)發(fā)送長度輸入端口；該模塊的主要輸出端口有：送給網(wǎng)口模塊的數(shù)據(jù)輸出端口、數(shù)據(jù)有效使能輸出端口、網(wǎng)口數(shù)據(jù)發(fā)送起始信號輸出端口。

較佳的是，所述發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊由以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊、第一MAC寄存器配置子模塊、第一復位子模塊、第一MDIO配置子模塊、第一三速以太網(wǎng)IP子模塊組成，其中：所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊，其將從所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊送過來的數(shù)據(jù)存入所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊的先進先出存儲器，當所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊給出發(fā)送命令后，按照所述MAC寄存器配置子模塊幀格式，從所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊先進先出存儲器中取出數(shù)據(jù)，發(fā)送給所述第一MAC寄存器配置子模塊的先進先出存儲器，統(tǒng)計發(fā)送的數(shù)據(jù)和傳輸速率；所述第一MAC寄存器配置子模塊，其主要對所述第一三速以太網(wǎng)IP子模塊進行配置初始化，按照數(shù)據(jù)手冊寄存器初始化步驟進行配置；所述第一復位子模塊，其主要是完成上電后對以太網(wǎng)發(fā)送子模塊和第一MAC寄存器配置子模塊的復位；所述第一MDIO配置子模塊，按照設定的模式，上電對以太網(wǎng)發(fā)送子模塊進行配置；上電后，當以太網(wǎng)發(fā)送子模塊的模式需要改變時，再次進行MDIO配置；每次模式改變后，需要對MDIO配置子模塊的寄存器進行軟復位，即：0.31：0＝32’h8140，當使用光口時，27.15：0＝4’hb003，當使用電口時，27.15：0＝4’h800b；所述第一三速以太網(wǎng)IP子模塊，其主要功能是線路側與系統(tǒng)側的時序轉換，收端前導碼檢測、去除，發(fā)端前導碼添加，收端循環(huán)冗余校驗檢查，發(fā)端循環(huán)冗余校驗插入，以及回環(huán)功能，包括線路側環(huán)回，系統(tǒng)側環(huán)回。

較佳的是，所述客戶端以太網(wǎng)控制模塊由以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊、第二MAC寄存器配置子模塊、第二復位子模塊、第二MDIO配置子模塊、第二三速以太網(wǎng)IP子模塊組成，其中：所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊，其對從所述第二MAC寄存器配置子模塊傳輸過來的報文，經(jīng)過數(shù)據(jù)收集的媒體存取控制協(xié)議、傳感器介質訪問控制協(xié)議及以太網(wǎng)類型匹配進行過濾處理，對符合要求的報文，將其數(shù)據(jù)存入所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊的先進先出存儲器，供所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊讀取，按字節(jié)統(tǒng)計收包數(shù)據(jù)，計算吞吐率；所述第二MAC寄存器配置子模塊，其主要對所述第二三速以太網(wǎng)IP子模塊進行配置初始化，按照數(shù)據(jù)手冊寄存器初始化步驟進行配置；所述第二復位子模塊，其主要是完成上電后對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊和第二MAC寄存器配置子模塊的復位；所述第二MDIO配置子模塊，按照設定的模式，上電對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊進行配置；上電后，當以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊的模式需要改變時，再次進行MDIO配置；每次模式改變后，需要對第二MDIO配置子模塊的寄存器進行軟復位，即：0.31：0＝32’h8140，當使用光口時，27.15：0＝4’hb003，當使用電口時，27.15：0＝4’h800b；所述第二三速以太網(wǎng)IP子模塊，其主要功能是線路側與系統(tǒng)側的時序轉換，收端前導碼檢測、去除，發(fā)端前導碼添加，收端循環(huán)冗余校驗檢查，發(fā)端循環(huán)冗余校驗插入，以及回環(huán)功能，包括線路側環(huán)回，系統(tǒng)側環(huán)回。

較佳的是，所述數(shù)據(jù)處理接收模塊主要輸入端口有：復位信號輸入端口、時鐘信號輸入端口、前級模塊先進先出存儲器輸出數(shù)據(jù)輸入端口，前級模塊先進先出存儲器輸出數(shù)據(jù)有效使能輸入端口，前級模塊先進先出存儲器空信號輸入端口；該數(shù)據(jù)處理接收模塊的主要輸出端口有：讀前級模塊先進先出存儲器請求信號輸出端口，第一個溫度傳感器的數(shù)據(jù)輸出端口，第一個溫度傳感器的數(shù)據(jù)有效使能輸出端口，第二個溫度傳感器的數(shù)據(jù)輸出端口，第二個溫度傳感器的數(shù)據(jù)有效使能輸出端口。

較佳的是，所述顯示及溫度報警模塊由按鍵消抖子模塊、LCD1602顯示子模塊、led燈顯示子模塊、報警系統(tǒng)控制子模塊組成；其中：所述按鍵消抖子模塊，是通過按鍵的延時消抖來進行控制，所述按鍵消抖子模塊內部采用參數(shù)化設計，可以通過參數(shù)的改變來改變按鍵的控制數(shù)目；LCD1602顯示子模塊，其用于驅動LCD1602進行顯示，其操作步驟是先寫指令，后寫數(shù)據(jù)；led燈顯示子模塊，其由多個LED燈組成，當出現(xiàn)報警信號時對應的LED燈按照流水燈形式進行不停的閃爍；報警系統(tǒng)控制子模塊，其完成報警溫度閥值的加減，將溫度采集模塊當前的實時溫度與設定的閥值溫度進行比較，當超過閥值溫度時給出報警信號，低于報警溫度時取消報警。

較佳的是，所述按鍵消抖子模塊設有三個按鍵，一個按鍵用來控制溫度報警閥值的選擇，另兩個按鍵用來調節(jié)閥值溫度的大小。

由于采用上述技術手段，本申請以FPGA為主處理器，通過編寫邏輯代碼驅動相應的硬件，完成整個溫度監(jiān)控和溫度數(shù)據(jù)的傳輸系統(tǒng)，相對現(xiàn)有技術，其優(yōu)點在于能夠實現(xiàn)高精度的采集，實時、高速傳輸溫度信號，有效的實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的安全實時保護。

附圖說明

通過以下實施例并結合其附圖的描述，可以進一步理解其發(fā)明的目的、具體結構特征和優(yōu)點。附圖中：

圖1為本申請的結構示意圖；

圖2為本申請的方法步驟示意圖；

圖3為溫度采集流程圖；

圖4以太網(wǎng)控制模塊流程圖。

具體實施方式

實施例一

參見圖1所示，本申請的整個溫度控制流程如圖1所示。本申請包括了：溫度采集模塊1、主機2、以太網(wǎng)控制模塊3、客戶端數(shù)據(jù)處理接收模塊4和顯示及溫度報警模塊5。其中，主機由FPGA構成，主機2包括了一個數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21。

如圖1所示，本申請的溫度控制流程分為了5個過程：

1.溫度采集模塊1在主機2的控制下采集工業(yè)現(xiàn)場的溫度。

2.溫度采集模塊1將采集到的溫度數(shù)據(jù)通過單總線傳輸給數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21。

3.數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21接收溫度數(shù)據(jù)并對溫度數(shù)據(jù)進行處理，將其打包成標準的以太網(wǎng)包，然后控制所述以太網(wǎng)控制模塊3將其發(fā)送給客戶端。

4.客戶端的數(shù)據(jù)處理接收模塊4接收所述溫度數(shù)據(jù)，將其進行處理、解析，并將解析后的溫度數(shù)據(jù)傳輸給顯示及報警模塊。

5.顯示及報警模塊接收該現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)，顯示所述溫度數(shù)據(jù)并根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)判斷是否超過預設溫度，若超過則給發(fā)出報警信號，開始報警；若低于則取消警報。

關于本申請的基于FPGA的工業(yè)現(xiàn)場溫度采集報警方法詳細請參見圖2所示，具體闡述如下：

步驟S1：溫度采集模塊1在主機2的控制下對工業(yè)現(xiàn)場溫度進行采集。

溫度采集模塊1包括了多個溫度傳感器，可以進行多路的溫度數(shù)據(jù)采集。

根據(jù)溫度采集模塊1的通訊協(xié)議，主機(FPGA)2控制溫度采集模塊1完成將傳感器的溫度信息轉換成數(shù)據(jù)信息時必須要經(jīng)過三個步驟。每一次讀寫之前都要對溫度采集模塊1進行復位操作，復位成功之后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對溫度采集模塊1進行預定的操作。復位要求主機2將數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放，當溫度采集模塊1收到信號后等待16～60us左右，發(fā)出60～240us的存在低脈沖，主機2收到此信號后表示復位成功。

參見圖3所示溫度采集流程圖，是溫度采集模塊的操作時序，圖3只是大概的過程表，大致流程為：溫度采集模塊指令CCH：跳過ROM，忽略64位ROM地址，直接向溫度采集模塊發(fā)溫度變換指令，溫度采集模塊RAM指令BEH：讀暫存器，讀內部RAM中的內容。

溫度采集模塊1的讀寫時序，其中有兩種寫時序：寫“1”時序和寫“0”時序，所有寫時序必須持續(xù)最少60us，包括兩個周期之間最少1us的恢復時間。當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉到低電平的時候，寫“1”時序開始，15us后釋放總線，總線被5K上拉電阻拉成高電平，在第15us到60us進行采樣，這樣采到的就是高電平。主機要想生成一個寫“0”時序，就必須要把數(shù)據(jù)總線持續(xù)拉到低電平并持續(xù)保持至少60us。所有讀時序必須持續(xù)最少60us，包括兩個周期之間最少1us的恢復時間。當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉到低電平的時候，讀時序開始，數(shù)據(jù)線保持至少1us，然后主機釋放總線，溫度采集模塊1通過拉高或拉低總線來傳輸“1”或“0”，傳輸“0”和“1”的時間為15us內有效，所以必須在讀時序開始后15us內讀取數(shù)據(jù)，之后總線將會被上拉電阻拉成高電平。

步驟S2：所述溫度采集模塊1將采集的溫度數(shù)據(jù)通過單總線傳輸給主機2的數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21。

步驟S3：數(shù)據(jù)處理模塊21接收所述溫度數(shù)據(jù)，將所述溫度數(shù)據(jù)處理打包成標準的以太網(wǎng)包，并通過發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊發(fā)送出去。

該數(shù)據(jù)處理模塊21首先對多路溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)分別添加相應的協(xié)議，控制溫度數(shù)據(jù)的發(fā)送。該數(shù)據(jù)處理模塊21將溫度數(shù)據(jù)送入主機FPGA的數(shù)據(jù)處理接收模塊的先進先出存儲器。

所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21主要輸入端口有：復位信號輸入端口、時鐘信號輸入端口、后級模塊發(fā)送完成信號輸入端口、溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)輸入端口、溫度數(shù)據(jù)有效使能信號輸入端口、后級模塊先進先出存儲器寫滿信號輸入端口、數(shù)據(jù)發(fā)送長度輸入端口。

所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21的主要輸出端口有：送給網(wǎng)口模塊的數(shù)據(jù)輸出端口、數(shù)據(jù)有效使能輸出端口、網(wǎng)口數(shù)據(jù)發(fā)送起始信號輸出端口。

所述溫度采集模塊1傳送給數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21的16bit數(shù)據(jù)第15位表示符號位，第0到10位表示數(shù)據(jù)有效位，將第11到14位進行編碼，第一個傳感器編碼為4’b0000，第二個傳感器編碼為4’b0001，重新組合成16位數(shù)據(jù)。采用該協(xié)議編碼，最多可以支持16個溫度采集模塊1的溫度傳輸。為了配合后級模塊的數(shù)據(jù)格式，所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊將2個16位數(shù)據(jù)拼接組合成4字節(jié)32bit發(fā)送給發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊使用，當接收到所述發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊發(fā)送結束信號后，等待1us，再次發(fā)送網(wǎng)口數(shù)據(jù)起始信號。因而相對于16bit，本申請的32bit傳輸速度更加快。

所述發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊3由以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊31、第一MAC寄存器配置子模塊32、第一復位子模塊33、第一MDIO配置子模塊34、第一三速以太網(wǎng)IP子模塊35組成。其中：

所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊31，其將從數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21送過來的數(shù)據(jù)存入所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊的先進先出存儲器，當數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21給出發(fā)送命令后，按照所述第一MAC寄存器配置子模塊幀格式，從所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊先進先出存儲器中取出數(shù)據(jù)，發(fā)送給所述第一MAC寄存器配置子模塊的先進先出存儲器，統(tǒng)計發(fā)送的數(shù)據(jù)和傳輸速率。

所述第一MAC寄存器配置子模塊32，其主要對所述第一三速以太網(wǎng)IP子模塊按照RGMII模式進行配置初始化，按照數(shù)據(jù)手冊寄存器初始化步驟進行配置。

所述第一復位子模塊33，其主要是完成上電后對以太網(wǎng)發(fā)送子模塊和第一MAC寄存器配置子模塊的復位。第一MAC寄存器配置子模塊的復位是上電后將復位信號高10拍然后拉低取消復位。

第一MDIO配置子模塊34，按照設定的模式，上電對以太網(wǎng)發(fā)送子模塊進行配置；上電后，當以太網(wǎng)發(fā)送子模塊的模式需要改變時，再次進行MDIO配置；每次模式改變后，需要對第一MDIO配置子模塊的寄存器進行軟復位，即：0.31：0＝32’h8140，當使用光口時，27.15：0＝4’hb003，當使用電口時，27.15：0＝4’h800b。

第一三速以太網(wǎng)IP子模塊35，其主要功能是線路側與系統(tǒng)側的時序轉換，收端前導碼檢測、去除，發(fā)端前導碼添加，收端循環(huán)冗余校驗檢查，發(fā)端循環(huán)冗余校驗插入，以及回環(huán)功能，包括線路側環(huán)回，系統(tǒng)側環(huán)回。

請參見圖4所示，圖4以太網(wǎng)控制模塊流程圖。

步驟S4：客戶端以太網(wǎng)控制模塊4接收所述以太網(wǎng)包，并傳輸給數(shù)據(jù)處理接受模塊5，所述數(shù)據(jù)處理接收模塊5接收所述以太網(wǎng)包，并處理、解析所述溫度數(shù)據(jù)供給顯示及溫度報警模塊6。

所述客戶端以太網(wǎng)控制模塊4由以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊41、第二MAC寄存器配置子模塊42、第二復位子模塊43、第二MDIO配置子模塊44、第二三速以太網(wǎng)IP子模塊45組成。其中：

所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊41，其對從所述第二MAC寄存器配置子模塊42傳輸過來的報文，經(jīng)過數(shù)據(jù)收集的媒體存取控制協(xié)議、傳感器介質訪問控制協(xié)議及以太網(wǎng)類型匹配進行過濾處理，對符合要求的報文，將其數(shù)據(jù)存入所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊的先進先出存儲器，供所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊讀取，按字節(jié)統(tǒng)計收包數(shù)據(jù)，計算吞吐率。

所述第二MAC寄存器配置子模塊42，其主要對所述第二三速以太網(wǎng)IP子模塊45進行配置初始化，按照數(shù)據(jù)手冊寄存器初始化步驟進行配置。

所述第二復位子模塊42，其主要是完成上電后對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊41和第二MAC寄存器配置子模塊42的復位。

所述第二MDIO配置子模塊44，按照設定的模式，上電對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊進行配置；上電后，當以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊的模式需要改變時，再次進行MDIO配置；每次模式改變后，需要對第二MDIO配置子模塊的寄存器進行軟復位，即：0.31：0＝32’h8140，當使用光口時，27.15：0＝4’hb003，當使用電口時，27.15：0＝4’h800b。

所述第二三速以太網(wǎng)IP子模塊45，其主要功能是線路側與系統(tǒng)側的時序轉換，收端前導碼檢測、去除，發(fā)端前導碼添加，收端循環(huán)冗余校驗檢查，發(fā)端循環(huán)冗余校驗插入，以及回環(huán)功能，包括線路側環(huán)回，系統(tǒng)側環(huán)回。

所述數(shù)據(jù)處理接收模塊5主要輸入端口有：復位信號輸入端口、時鐘信號輸入端口、前級模塊先進先出存儲器輸出數(shù)據(jù)輸入端口，前級模塊先進先出存儲器輸出數(shù)據(jù)有效使能輸入端口，前級模塊先進先出存儲器空信號輸入端口。

該數(shù)據(jù)處理接收模塊5的主要輸出端口有：讀前級模塊先進先出存儲器請求信號輸出端口，第一個溫度傳感器的數(shù)據(jù)輸出端口，第一個溫度傳感器的數(shù)據(jù)有效使能輸出端口，第二個溫度傳感器的數(shù)據(jù)輸出端口，第二個溫度傳感器的數(shù)據(jù)有效使能輸出端口。

當所述數(shù)據(jù)處理接收模塊5檢測到客戶端以太網(wǎng)控制模塊4的先進先出存儲器為非空時立即給一個讀請求信號，讀取所述數(shù)據(jù)處理接收模塊的先進先出存儲器里面的數(shù)據(jù)；讀取出來的數(shù)據(jù)根據(jù)第11位至14位和第27位至30位來判斷為哪個溫度傳感器的數(shù)據(jù)，4’b0000為第一個溫度傳感器的數(shù)據(jù)，4’b0001為第二個溫度傳感器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)第15位和第30位來還原溫度的正負值。

步驟S5：所述顯示及溫度報警模塊6顯示所述溫度數(shù)據(jù)并根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)判斷是否超過預設溫度，若超過則給發(fā)出報警信號；若沒有超過則取消報警信號。

所述顯示及溫度報警模塊6由按鍵消抖子模塊61、LCD1602顯示子模塊62、led燈顯示子模塊63、報警系統(tǒng)控制子模塊64組成。

按鍵消抖模塊61主要是通過按鍵的延時消抖來進行控制，模塊內部采用參數(shù)化設計，可以通過參數(shù)的改變來改變按鍵的控制數(shù)目。本申請采用了3個按鍵，一個按鍵用來控制溫度報警閥值的選擇，另外兩個按鍵用來調節(jié)閥值溫度的大小。

LCD1602顯示模塊62的主要作用是驅動LCD1602進行顯示，其操作步驟是先寫指令，后寫數(shù)據(jù)。由于LCD1602的顯示內容有限，但是又考慮到要顯示多路實時溫度以及多路報警溫度，所以采用了分行顯示報警閥值和實時溫度發(fā)方式。實時溫度精確值達到了0.0625度。

led燈顯示模塊63由18個LED燈組成，右邊8個用作第一路溫度數(shù)據(jù)的報警，左邊8個用作第二路溫度數(shù)據(jù)的報警。當出現(xiàn)報警信號時對應的LED燈按照流水燈形式進行不停的閃爍。

報警系統(tǒng)控制模塊64主要完成報警溫度閥值的加減，將兩路溫度傳感器當前的實時溫度與設定的閥值溫度進行比較，當超過閥值溫度時給出報警信號，低于報警溫度時取消報警。

實施例二

實施例二為本申請的一個基于FPGA的工業(yè)現(xiàn)場溫度采集報警裝置的實施例。

本申請的基于FPGA的工業(yè)現(xiàn)場溫度采集報警裝置包括了溫度采集模塊1、主機2以及主機的數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21、發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊3、客戶端以太網(wǎng)控制模塊4、數(shù)據(jù)處理接收模塊5和顯示及溫度報警模塊6。

溫度采集模塊1，其設于工業(yè)現(xiàn)場，該溫度采集模塊用于工業(yè)現(xiàn)場的溫度采集。溫度采集模塊1包括了多個溫度傳感器，可以實現(xiàn)多路溫度采集。溫度采集模塊1通過單總線將溫度數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21。

主機(FPGA)2控制溫度采集模塊1完成溫度轉換必須要經(jīng)過三個步驟。每一次讀寫之前都要對溫度采集模塊1進行復位操作，復位成功之后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對溫度采集模塊1進行預定的操作。復位要求主機2將數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放，當溫度采集模塊1收到信號后等待16～60us左右，發(fā)出60～240us的存在低脈沖，主機2收到此信號后表示復位成功。

溫度采集模塊1的讀寫時序，其中有兩種寫時序：寫“1”時序和寫“0”時序，所有寫時序必須持續(xù)最少60us，包括兩個周期之間最少1us的恢復時間。當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉到低電平的時候，寫“1”時序開始，15us后釋放總線，總線被5K上拉電阻拉成高電平，在第15us到60us進行采樣，這樣采到的就是高電平。主機要想生成一個寫“0”時序，就必須要把數(shù)據(jù)總線持續(xù)拉到低電平并持續(xù)保持至少60us。所有讀時序必須持續(xù)最少60us，包括兩個周期之間最少1us的恢復時間。當主機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉到低電平的時候，讀時序開始，數(shù)據(jù)線保持至少1us，然后主機釋放總線，溫度采集模塊1通過拉高或拉低總線來傳輸“1”或“0”，傳輸“0”和“1”的時間為15us內有效，所以必須在讀時序開始后15us內讀取數(shù)據(jù)，之后總線將會被上拉電阻拉成高電平。

主機2，該主機2連接并控制所述溫度采集模塊1。所述主機2包括一數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21，該數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21與所述溫度采集模塊1相連，將所述溫度采集模塊1傳輸過來的溫度數(shù)據(jù)處理打包成標準的以太網(wǎng)包，控制所述溫度數(shù)據(jù)的發(fā)送。所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊主要輸入端口有：復位信號輸入端口、時鐘信號輸入端口、后級模塊發(fā)送完成信號輸入端口、溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)輸入端口、溫度數(shù)據(jù)有效使能信號輸入端口、后級模塊先進先出存儲器寫滿信號輸入端口、數(shù)據(jù)發(fā)送長度輸入端口；該模塊的主要輸出端口有：送給網(wǎng)口模塊的數(shù)據(jù)輸出端口、數(shù)據(jù)有效使能輸出端口、網(wǎng)口數(shù)據(jù)發(fā)送起始信號輸出端口。

所述溫度采集模塊1傳送給數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21的16bit數(shù)據(jù)第15位表示符號位，第0到10位表示數(shù)據(jù)有效位，將第11到14位進行編碼，第一個傳感器編碼為4’b0000，第二個傳感器編碼為4’b0001，重新組合成16位數(shù)據(jù)。采用該協(xié)議編碼，最多可以支持16個溫度采集模塊1的溫度傳輸。為了配合后級模塊的數(shù)據(jù)格式，所述數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊將2個16位數(shù)據(jù)拼接組合成4字節(jié)32bit發(fā)送給發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊使用，當接收到所述發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊發(fā)送結束信號后，等待lus，再次發(fā)送網(wǎng)口數(shù)據(jù)起始信號。

所述發(fā)送端以太網(wǎng)控制模塊3由以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊31、第一MAC寄存器配置子模塊32、第一復位子模塊33、第一MDIO配置子模塊34、第一三速以太網(wǎng)IP子模塊35組成。其中：

所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊31，其將從數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21送過來的數(shù)據(jù)存入所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊的先進先出存儲器，當數(shù)據(jù)處理發(fā)送模塊21給出發(fā)送命令后，按照所述第一MAC寄存器配置子模塊幀格式，從所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊先進先出存儲器中取出數(shù)據(jù)，發(fā)送給所述第一MAC寄存器配置子模塊的先進先出存儲器，統(tǒng)計發(fā)送的數(shù)據(jù)和傳輸速率。

所述第一MAC寄存器配置子模塊32，其主要對所述第一三速以太網(wǎng)IP子模塊按照RGMII模式進行配置初始化，按照數(shù)據(jù)手冊寄存器初始化步驟進行配置。

所述第一復位子模塊33，其主要是完成上電后對以太網(wǎng)發(fā)送子模塊和第一MAC寄存器配置子模塊的復位。第一MAC寄存器配置子模塊的復位是上電后將復位信號高10拍然后拉低取消復位。

第一MDIO配置子模塊34，按照設定的模式，上電對以太網(wǎng)發(fā)送子模塊進行配置；上電后，當以太網(wǎng)發(fā)送子模塊的模式需要改變時，再次進行MDIO配置；每次模式改變后，需要對第一MDIO配置子模塊的寄存器進行軟復位，即：0.31：0＝32’h8140，當使用光口時，27.15：0＝4’hb003，當使用電口時，27.15：0＝4’h800b。

第一三速以太網(wǎng)IP子模塊35，其主要功能是線路側與系統(tǒng)側的時序轉換，收端前導碼檢測、去除，發(fā)端前導碼添加，收端循環(huán)冗余校驗檢查，發(fā)端循環(huán)冗余校驗插入，以及回環(huán)功能，包括線路側環(huán)回，系統(tǒng)側環(huán)回。

所述客戶端以太網(wǎng)控制模塊4由以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊41、第二MAC寄存器配置子模塊42、第二復位子模塊43、第二MDIO配置子模塊44、第二三速以太網(wǎng)IP子模塊45組成。其中：

所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊41，其對從所述第二MAC寄存器配置子模塊42傳輸過來的報文，經(jīng)過數(shù)據(jù)收集的媒體存取控制協(xié)議、傳感器介質訪問控制協(xié)議及以太網(wǎng)類型匹配進行過濾處理，對符合要求的報文，將其數(shù)據(jù)存入所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊的先進先出存儲器，供所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊讀取，按字節(jié)統(tǒng)計收包數(shù)據(jù)，計算吞吐率。

所述第二MAC寄存器配置子模塊42，其主要對所述第二三速以太網(wǎng)IP子模塊45進行配置初始化，按照數(shù)據(jù)手冊寄存器初始化步驟進行配置。

所述第二復位子模塊42，其主要是完成上電后對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊41和第二MAC寄存器配置子模塊42的復位。

所述第二MDIO配置子模塊44，按照設定的模式，上電對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊進行配置；上電后，當以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收子模塊的模式需要改變時，再次進行MDIO配置；每次模式改變后，需要對第二MDIO配置子模塊的寄存器進行軟復位，即：0.31：0＝32’h8140，當使用光口時，27.15：0＝4’hb003，當使用電口時，27.15：0＝4’h800b。

所述第二三速以太網(wǎng)IP子模塊45，其主要功能是線路側與系統(tǒng)側的時序轉換，收端前導碼檢測、去除，發(fā)端前導碼添加，收端循環(huán)冗余校驗檢查，發(fā)端循環(huán)冗余校驗插入，以及回環(huán)功能，包括線路側環(huán)回，系統(tǒng)側環(huán)回。

數(shù)據(jù)處理接收模塊5，該數(shù)據(jù)處理接收模塊5與所述以太網(wǎng)控制模塊4相連，所述數(shù)據(jù)處理接收模塊5接收所述溫度數(shù)據(jù)并處理、解析所述溫度數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)處理接收模塊將解析出的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給一報警及顯示模塊6。所述數(shù)據(jù)處理接收模塊主要輸入端口有：復位信號輸入端口、時鐘信號輸入端口、前級模塊先進先出存儲器輸出數(shù)據(jù)輸入端口，前級模塊先進先出存儲器輸出數(shù)據(jù)有效使能輸入端口，前級模塊先進先出存儲器空信號輸入端口；該數(shù)據(jù)處理接收模塊的主要輸出端口有：讀前級模塊先進先出存儲器請求信號輸出端口，第一個溫度傳感器的數(shù)據(jù)輸出端口，第一個溫度傳感器的數(shù)據(jù)有效使能輸出端口，第二個溫度傳感器的數(shù)據(jù)輸出端口，第二個溫度傳感器的數(shù)據(jù)有效使能輸出端口。

當所述數(shù)據(jù)處理接收模塊5檢測到客戶端以太網(wǎng)控制模塊4的先進先出存儲器為非空時立即給一個讀請求信號，讀取所述數(shù)據(jù)處理接收模塊的先進先出存儲器里面的數(shù)據(jù)；讀取出來的數(shù)據(jù)根據(jù)第11位至14位和第27位至30位來判斷為哪個溫度采集器的數(shù)據(jù)，4’b0000為第一個溫度采集器的數(shù)據(jù)，4’b0001為第二個溫度采集器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)第15位和第30位來還原溫度的正負值。

所述顯示及溫度報警模塊6，其與所述數(shù)據(jù)處理接收模塊5相連，所述顯示及溫度報警模塊接收所述溫度數(shù)據(jù)，顯示所述溫度數(shù)據(jù)并根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)判斷是否超過預設溫度，若超過則給發(fā)出報警信號，若沒有超過則取消報警信號。所述顯示及溫度報警模塊6由按鍵消抖子模塊61、LCD1602顯示子模塊62、led燈顯示子模塊63、報警系統(tǒng)控制子模塊64組成；其中：

按鍵消抖模塊61主要是通過按鍵的延時消抖來進行控制，模塊內部采用參數(shù)化設計，可以通過參數(shù)的改變來改變按鍵的控制數(shù)目。本申請采用了3個按鍵，一個按鍵用來控制溫度報警閥值的選擇，另外兩個按鍵用來調節(jié)閥值溫度的大小。

LCD1602顯示模塊62的主要作用是驅動LCD1602進行顯示，其操作步驟是先寫指令，后寫數(shù)據(jù)。由于LCD1602的顯示內容有限，但是又考慮到要顯示多路實時溫度以及多路報警溫度，所以采用了分行顯示報警閥值和實時溫度發(fā)方式。實時溫度精確值達到了0.0625度。

led燈顯示模塊63由18個LED燈組成，右邊8個用作第一路溫度數(shù)據(jù)的報警，左邊8個用作第二路溫度數(shù)據(jù)的報警。當出現(xiàn)報警信號時對應的LED燈按照流水燈形式進行不停的閃爍。

報警系統(tǒng)控制模塊64主要完成報警溫度閥值的加減，將兩路溫度傳感器當前的實時溫度與設定的閥值溫度進行比較，當超過閥值溫度時給出報警信號，低于報警溫度時取消報警。