專利名稱：一種基于lxi總線的功率開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種功率開關，特別涉及一種基于LXI總線的功率開關。
背景技術：
Agilent 和 VXIT 于 2004 年提出 了一種新的儀器總線-LXI (LAN eXtensionsfor Instrumentation)。LXI儀器無須專門的背板總線機箱和零槽控制器，直接利用通用PC的 標準LAN接口，很大程度上降低了開發(fā)和應用成本。而LAN又是業(yè)界最穩(wěn)定和生命周期最 長并且還在不斷發(fā)展的開放式工業(yè)標準，各廠商很容易將現(xiàn)有的儀器產(chǎn)品移植到LXI平臺 上來，這些都為組建更大范圍的分布式自動測控系統(tǒng)提供了方便。同時LXI儀器總線標準 定義了基于IEEE1588的高精度時間同步，很容易構建實時測試系統(tǒng)。由于現(xiàn)有的測試測量 系統(tǒng)中使用的大多數(shù)基于VXI、PCI、PXI的功率開關受機箱體積本身限制，高于百瓦級的功 率開關已無法做到，而LXI有很廣闊的應用前景并且優(yōu)勢顯著，因此研究開發(fā)基于LAN的開 關儀器具有重要的意義。發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供了一種基于LXI總線的功率開關，可以使得PC機通過LAN接口 對開關實現(xiàn)實時快速的控制，用戶通過瀏覽器，打開儀器Web頁面，可以對儀器進行網(wǎng)絡配 置、儀器控制等相關操作。
本發(fā)明的技術解決方案
一種基于LXI總線的功率開關，包括電源電路以及依次連接的C類LXI接口電路、 功能電路和接口單元，其特殊之處在于
所述電源電路向C類LXI接口電路以及功能電路提供雙路隔離直流電源；
所述C類LXI接口電路包括LAN接口單元、總線隔離單元以及嵌入式系統(tǒng)處理單 元；所述LAN接口單元通過網(wǎng)絡接口實現(xiàn)遠程控制計算機與功率開關通信，實現(xiàn)并行信號 到串行差分信號以及串行差分信號到并行信號的協(xié)議轉換；所述總線隔離單元實現(xiàn)LAN接 口單元和嵌入式系統(tǒng)處理單元之間的數(shù)據(jù)隔離及增加信號的驅動；所述嵌入式系統(tǒng)處理單 元用于運行嵌入式Linux操作系統(tǒng)，建立Wfeb Server和Control Server文件系統(tǒng)，提供 LAN接口以及與功能電路的通信端口 ；
所述功能電路包括通訊隔離單元、驅動單元以及功率繼電器單元；所述通訊隔離 單元可在繼電器切換過程中防止線圈產(chǎn)生的翻轉電流對嵌入式系統(tǒng)處理單元產(chǎn)生干擾，完 成嵌入式系統(tǒng)處理單元與驅動單元的通信與隔離；所述功率繼電器單元包括至少一個功率 繼電器組，所述每個功率繼電器組包括至少一個強功率繼電器，所述功率繼電器單元可實 現(xiàn)每個強功率繼電器的獨立通斷；所述驅動單元可向每個強功率繼電器提供驅動電流；
所述接口單元包括與功率繼電器組連接的輸入輸出接口以及與嵌入式系統(tǒng)處理 單元相連的LAN系統(tǒng)狀態(tài)顯示單元。
上述網(wǎng)絡接口采用標準RJ45接插座；
所述LAN接口單元包括以太網(wǎng)控制器(U9)、LAN復位芯片(U13)，總線隔離單元包 括三態(tài)緩沖芯片(U6)和總線隔離芯片(U8)；所述LAN復位芯片(U13)與處理芯片(U4)連 接，所述以太控制器(U9)與網(wǎng)絡接口連接，三態(tài)緩沖芯片(U6)用于實現(xiàn)以太控制器(U9) 和處理芯片(U4)之間雙向數(shù)據(jù)流的方向控制，所述總線隔離芯片(U8)實現(xiàn)以太控制器 (U9)和處理芯片(U4)之間的數(shù)據(jù)隔離及增加信號的驅動；
所述嵌入式系統(tǒng)處理單元包括處理芯片(U4)、總線驅動芯片(U3)、FLASH存儲器 (U5)以及SDRAM存儲芯片(U10、U11)，所述處理芯片(U4)與FLASH存儲器(U5)和SDRAM 存儲芯片(U10、U11)連接，所述FLASH存儲器(TO)用于存儲處理芯片(U4)的上電程序，所 述SDRAM存儲芯片(U10、U11)用于工作過程中臨時數(shù)據(jù)和程序的存儲，所述總線驅動芯片 (U3)驅動處理芯片(U4)提供的多路控制信號，所述處理芯片(U4)通過總線驅動芯片(U3) 與功能電路的通訊隔離單元接連；
所述通訊隔離單元包括多個光耦(U18)，所述光耦(U18)用于實現(xiàn)總線驅動芯片 (U3)和驅動單元之間的信號隔離；
所述驅動單元包括多個驅動芯片Oil)和二極管￠2 組成，所述驅動芯片Oil) 向相應強功率繼電器控制線圈提供工作電流；所述二極管(D22)反向并接于相應強功率繼 電器控制線圈的兩端，用于強功率繼電器控制線圈斷開后的續(xù)流；
所述輸入輸出接口采用孔式JXZ-2接線柱；
所述電源電路包括交流濾波器和兩路獨立的AC/DC轉換電路。
上述接口單元還包括繼電器工作狀態(tài)顯示單元；所述繼電器工作狀態(tài)顯示單元用 于顯示繼電器的導通或關閉狀態(tài)，由相應多個并接于相應強功率繼電器控制線圈兩端的指 示燈(D38)構成。
上述功率繼電器單元包括8個1. 12kff強功率繼電器和8個7. 2kff強功率繼電器。
上述處理芯片(U4)為S3C2440A ；所述以太控制器(U9)為DM9000。
上述雙路隔離直流電源為+5V直流電源和+28V直流電源。
本發(fā)明所具有的優(yōu)點
1、本發(fā)明提供了一種基于LXI總線的功率開關，可以使得PC機通過LAN接口對開 關實現(xiàn)實時快速的控制，用戶通過瀏覽器，打開儀器Web頁面，可以對儀器進行網(wǎng)絡配置、 儀器控制等相關操作。同時，可以查看儀器的各種信息和網(wǎng)路連接狀態(tài)。
2、使用簡單。本發(fā)明的網(wǎng)絡接口采用標準RJ45接插座，用戶只需用兩頭帶RJ45 插頭的網(wǎng)線將功率開關與遠程控制計算機連接即可，也可以通過10/100M路由器連接。利 用基于IVI驅動的用戶應用程序或WEB網(wǎng)頁來控制LXI大功率功率開關，可對每個繼電器 進行單獨的控制，也可以控制模塊中多個繼電器開關同時動作。還可以通過SCPI指令來同 時控制開關通斷。
3、易于模塊化?，F(xiàn)在大型測試系統(tǒng)主要由一個大型機柜組成，里面集成許多單臺 模塊化的儀器，本發(fā)明采用標準2U高、全機架機箱，很方便放到機柜里，既可單臺使用，又 可上架組成系統(tǒng)。
4、通用性和靈活性。由于LAN接口具有即插即用的優(yōu)點，因此使用此接口時無須 打開計算機和重新啟動系統(tǒng)。遠程控制計算機軟件采用IVI-COM技術，保證了符合該規(guī)范 的測試系統(tǒng)在應用層軟件不變的情況下，不同廠家、不同型號硬件之間的可互換性，從而提高了系統(tǒng)的通用性和靈活性。
5、開關切換能力強。本發(fā)明的前8個通道達觀￥0(/4(^，后8個通道達 120VDC/60A。
圖1是本發(fā)明基于LXI總線的功率開關的結構框圖2是本發(fā)明的嵌入式系統(tǒng)處理單元的電路框圖3是電源電路、復位電路及晶振電路的電路原理圖4是功能電路及接口單元的其中一路通道(包括通訊隔離單元、驅動單元和繼 電器工作狀態(tài)顯示單元)的電路原理圖5是LAN接口單元的電路原理其中1_C類LXI接口電路，Il-LAN接口單元，12-總線隔離單元，13-嵌入式系統(tǒng) 處理單元，2-功能電路，21-通訊隔離單元，22-驅動單元，23-功率繼電器單元，3-接口單 元，31-輸入輸出接口，32-繼電器工作狀態(tài)顯示單元，33-LAN系統(tǒng)狀態(tài)顯示單元，4-網(wǎng)絡接 口，5-電源電路，UUU2-DC-DC轉換芯片，U3-總線驅動芯片，U4-處理芯片，U5-FLASH存儲 器，U6-三態(tài)緩沖芯片，U7-與門，U8-總線隔離芯片，U9-以太控制器，U10、UlI-SDRAM存 儲芯片，U12、U13-復位芯片，Sl-復位開關，U18-光耦，CONl、C0N4-插座，Ql-驅動芯片， LSl-繼電器，J5-LAN復位插座，Yl、Y2、Y3-晶振。
具體實施方式
如圖1所示，一種基于LXI總線的功率開關，包括電源電路以及依次連接的C類 LXI接口電路、功能電路和接口單元，電源電路向C類LXI接口電路以及功能電路提供雙路 隔離直流電源，其包括交流濾波器以及+5V和+28V兩路獨立的AC/DC轉換電路。
C類LXI接口電路包括LAN接口單元、總線隔離單元以及嵌入式系統(tǒng)處理單元； LAN接口單元通過網(wǎng)絡接口實現(xiàn)遠程控制計算機與功率開關通信，實現(xiàn)并行信號到串行差 分信號以及串行差分信號到并行信號的協(xié)議轉換；總線隔離單元實現(xiàn)LAN接口單元和嵌 入式系統(tǒng)處理單元之間的數(shù)據(jù)隔離及增加信號的驅動；LAN接口單元包括以太網(wǎng)控制器 U9 (DM9000)、LAN復位芯片U13，總線隔離單元包括三態(tài)緩沖芯片U6和總線隔離芯片U8 ； LAN復位芯片U13與處理芯片U4連接，以太控制器U9與網(wǎng)絡接口連接，三態(tài)緩沖芯片U6用 于實現(xiàn)以太控制器U9和處理芯片U4之間雙向數(shù)據(jù)流的方向控制，總線隔離芯片U8實現(xiàn)以 太控制器U9和處理芯片U4之間的數(shù)據(jù)隔離及增加信號的驅動，網(wǎng)絡接口采用標準RJ45接 插座；
參見圖5，用網(wǎng)線通過插座C0N4將控制計算機與功率開關連接后，當遠程控制計 算機需要控制功率開關時，由C類LXI接口電路將差分信號ETH_TXN、ETH_TXP轉換成通用 的處理器接口信號B_D0 B_D15后，通過總線隔離芯片U8送到處理芯片U4進行相關處理， 達到控制目的；當遠程控制計算機需要讀取繼電器工作狀態(tài)數(shù)據(jù)時，由處理芯片U4控制三 態(tài)總線緩沖器U8的數(shù)據(jù)傳輸方向將并行信號B_D0 B_D15送到以太控制器U9，轉換成差 分信號ETH_RXN、ETH_RXP后通過插座C0N4送入遠程控制計算機。
嵌入式系統(tǒng)處理單元的原理框圖見圖2、圖3，其用于運行嵌入式Linux操作系統(tǒng)，建立Wfeb krver和Control krver文件系統(tǒng)，提供LAN接口以及與功能電路的通信端口 ； 嵌入式系統(tǒng)處理單元包括處理芯片U4(S3CM40A)、總線驅動芯片U3、FLASH存儲器TO以及 SDRAM存儲芯片U10、Ul 1，處理芯片U4與FLASH存儲器U5和SDRAM存儲芯片U10、Ull連 接，F(xiàn)LASH存儲器U5用于存儲處理芯片U4的上電程序，SDRAM存儲芯片UlO、Ull用于工作 過程中臨時數(shù)據(jù)和程序的存儲，總線驅動芯片U3驅動處理芯片U4提供的多路控制信號，處 理芯片U4通過總線驅動芯片U3與功能電路的通訊隔離單元接連；LAN復位芯片U13和LAN 復位插座J5組成的外部LAN復位電路，嵌入式系統(tǒng)處理單元上電后首先由復位芯片對處理 芯片U4內部寄存器初始化后，由處理芯片U4從FLASH存儲器TO中讀取數(shù)據(jù)進行程序加載， 并復制到外部高速SDRAM(U10、Ull)中運行，控制信號線通過總線驅動芯片U3后連接到插 座C0N1，以實現(xiàn)對16個繼電器的控制。
兩腳晶振Yl及電容C8、C9、四腳晶振Y2及電容C17、C18組成晶振電路、兩腳晶振 Y3及電容C19、C20為系統(tǒng)提供精準的參考；
參見圖3，C類LXI接口電路的電源電路包括3. 3V開關電源和1. 3V開關電源兩部 分。由DC-DC轉換芯片Ul組成的開關電源將5V穩(wěn)壓到3. 3V為SDRAM存儲芯片、LAN接口 單元及處理單元U4、以太控制器W等相關電路提供工作電壓；由DC-DC轉換芯片U2組成 的開關電源將3. 3V穩(wěn)壓到1. 3V為處理單元U4提供內核工作電壓。
功能電路包括通訊隔離單元、驅動單元以及功率繼電器單元；通訊隔離單元可在 繼電器切換過程中防止線圈產(chǎn)生的翻轉電流對嵌入式系統(tǒng)處理單元產(chǎn)生干擾，完成嵌入式 系統(tǒng)處理單元與驅動單元的通信，其包括多個光耦U18，光耦U18用于實現(xiàn)總線驅動芯片U3 和驅動單元之間的信號隔離；功率繼電器單元包括兩個功率繼電器組，第一個功率繼電器 組包括8個1. 12kff強功率繼電器，第二個功率繼電器組包括8個7. 2kff強功率繼電器，功 率繼電器單元可實現(xiàn)每個強功率繼電器的獨立通斷；驅動單元可增強處理芯片U4的通用 輸入輸出GPIO接口(General Purpose Input/Output)的驅動能力以便提供16個繼電器 的驅動電流，其包括16個驅動芯片IRFL014和16個二極管組成，驅動芯片向相應強功率繼 電器控制線圈提供工作電流；二極管反向并接于相應強功率繼電器控制線圈的兩端，用于 強功率繼電器控制線圈斷開后的續(xù)流；圖5是功能電路的其中一路通道(包括通訊隔離單 元和驅動單元)的電路原理圖；光耦U18和電阻R34、R39組成隔離單元，驅動芯片Ql和二 極管D22組成驅動電路，為繼電器LSl控制線圈提供工作電流。
接口單元包括與功率繼電器組連接的輸入輸出接口、與嵌入式系統(tǒng)處理單元相連 的LAN系統(tǒng)狀態(tài)顯示單元、與驅動單元連接的繼電器工作狀態(tài)顯示單元；輸入輸出接口采 用耐壓大電流的孔式JXZ-2接線柱，便于和儀器直接相連，方便用戶操作。LAN系統(tǒng)狀態(tài)顯 示單元包括LAN狀態(tài)指示燈、出錯狀態(tài)指示燈、運行狀態(tài)指示燈、準備狀態(tài)指示燈和電源指 示燈。繼電器工作狀態(tài)顯示單元用于顯示繼電器的導通或關閉狀態(tài)，由16個并接于相應強 功率繼電器控制線圈兩端的指示燈構成。圖4是接口單元的繼電器工作狀態(tài)顯示單元的其 中一路通道的電路原理圖；光電二極管D38和電阻R33組成繼電器工作狀態(tài)顯示電路。
功率開關工作過程如下
1、WEB頁面的配置用戶通過瀏覽器打開主頁面，對儀器的網(wǎng)絡功能進行配置，包 括主機名、域名、儀器描述、IP地址等。其中儀器的網(wǎng)絡配置可由用戶任意選擇Matic IP、 Auto IP和DHCP三種方式中的一種。
2、儀器控制進入儀器控制界面，進行開關模式、開關控制、刷新視圖、SCPI指令 歷史記錄、SCPI指令輸入框、用戶控制開關拓撲圖等設置后，即可通過控制界面的軟面板去 控制每個通道開關的通斷。由于LAN接口具有即插即用的優(yōu)點，因此使用此接口時無須打 開計算機和重新啟動系統(tǒng)。
當用戶按下軟面板上的開關按鈕時，計算機就通過網(wǎng)線將控制開關通斷的命令從 插座C0N4發(fā)送到以太控制器U9將差分變成單端處理后，經(jīng)三態(tài)總線緩沖器U8送到處理芯 片U4進行譯碼處理，使處理芯片U4的管腳(GPD0 GPDM)輸出高或低電平，再經(jīng)過通訊 隔離單元和驅動單元，送到繼電器的控制線圈端，控制每個繼電器導通或關閉，從而實現(xiàn)每 個通道的閉合與斷開切換，達到控制目的。
權利要求
1.一種基于LXI總線的功率開關，包括電源電路以及依次連接的C類LXI接口電路、功 能電路和接口單元，其特征在于所述電源電路向C類LXI接口電路以及功能電路提供雙路隔離直流電源； 所述C類LXI接口電路包括LAN接口單元、總線隔離單元以及嵌入式系統(tǒng)處理單元；所 述LAN接口單元通過網(wǎng)絡接口實現(xiàn)遠程控制計算機與功率開關通信，實現(xiàn)并行信號到串行 差分信號以及串行差分信號到并行信號的協(xié)議轉換；所述總線隔離單元實現(xiàn)LAN接口單元 和嵌入式系統(tǒng)處理單元之間的數(shù)據(jù)隔離及增加信號的驅動；所述嵌入式系統(tǒng)處理單元用于 運行嵌入式Linux操作系統(tǒng)，建立Wfeb krver和Control krver文件系統(tǒng)，提供LAN接口 以及與功能電路的通信端口；所述功能電路包括通訊隔離單元、驅動單元以及功率繼電器單元；所述通訊隔離單元 可在繼電器切換過程中防止線圈產(chǎn)生的翻轉電流對嵌入式系統(tǒng)處理單元產(chǎn)生干擾，完成嵌 入式系統(tǒng)處理單元與驅動單元的通信與隔離；所述功率繼電器單元包括至少一個功率繼電 器組，所述每個功率繼電器組包括至少一個強功率繼電器，所述功率繼電器單元可實現(xiàn)每 個強功率繼電器的獨立通斷；所述驅動單元可向每個強功率繼電器提供驅動電流；所述接口單元包括與功率繼電器組連接的輸入輸出接口以及與嵌入式系統(tǒng)處理單元 相連的LAN系統(tǒng)狀態(tài)顯示單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于LXI總線的功率開關，其特征在于 所述網(wǎng)絡接口采用標準RJ45接插座；所述LAN接口單元包括以太網(wǎng)控制器(U9)、LAN復位芯片(U13)，總線隔離單元包括三 態(tài)緩沖芯片(U6)和總線隔離芯片(U8)；所述LAN復位芯片(U13)與處理芯片(U4)連接， 所述以太控制器(U9)與網(wǎng)絡接口連接，三態(tài)緩沖芯片(U6)用于實現(xiàn)以太控制器(U9)和處 理芯片(U4)之間雙向數(shù)據(jù)流的方向控制，所述總線隔離芯片(U8)實現(xiàn)以太控制器(U9)和 處理芯片(U4)之間的數(shù)據(jù)隔離及增加信號的驅動；所述嵌入式系統(tǒng)處理單元包括處理芯片(U4)、總線驅動芯片(U3)、FLASH存儲器(U5) 以及SDRAM存儲芯片(U10、U11)，所述處理芯片(U4)與FLASH存儲器(U5)和SDRAM存儲芯 片(U10、U11)連接，所述FLASH存儲器(U5)用于存儲處理芯片(U4)的上電程序，所述SDRAM 存儲芯片(U10、U11)用于工作過程中臨時數(shù)據(jù)和程序的存儲，所述總線驅動芯片(U3)驅動 處理芯片(U4)提供的多路控制信號，所述處理芯片(U4)通過總線驅動芯片(U3)與功能電 路的通訊隔離單元接連；所述通訊隔離單元包括多個光耦(U18)，所述光耦(U18)用于實現(xiàn)總線驅動芯片(U3) 和驅動單元之間的信號隔離；所述驅動單元包括多個驅動芯片Oil)和二極管￠2 組成，所述驅動芯片Oil)向相 應強功率繼電器控制線圈提供工作電流；所述二極管(D22)反向并接于相應強功率繼電器 控制線圈的兩端，用于強功率繼電器控制線圈斷開后的續(xù)流； 所述輸入輸出接口采用孔式JXZ-2接線柱； 所述電源電路包括交流濾波器和兩路獨立的AC/DC轉換電路。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于LXI總線的功率開關，其特征在于所述接口單元 還包括繼電器工作狀態(tài)顯示單元；所述繼電器工作狀態(tài)顯示單元用于顯示繼電器的導通或 關閉狀態(tài)，由相應多個并接于相應強功率繼電器控制線圈兩端的指示燈(D38)構成。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于LXI總線的功率開關，其特征在于所述功率繼電器單 元包括8個1. 12kff強功率繼電器和8個7. 2kff強功率繼電器。
5.根據(jù)權利要求3所述的基于LXI總線的功率開關，其特征在于所述處理芯片(U4) 為S3C2440A ；所述以太控制器(U9)為DM9000。
6.根據(jù)權利要求3所述的基于LXI總線的功率開關，其特征在于所述雙路隔離直流 電源為+5V直流電源和+28V直流電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于LXI總線的功率開關，包括電源電路以及依次連接的C類LXI接口電路、功能電路和接口單元。本發(fā)明可以使得PC機通過LAN接口對開關實現(xiàn)實時快速的控制，用戶通過瀏覽器，打開儀器Web頁面，可以對儀器進行網(wǎng)絡配置、儀器控制等相關操作；而且還具有使用簡單、易于模塊化、通用性和靈活性、開關切換能力強等的優(yōu)點。
文檔編號H04L29/10GK102035531SQ20091002403
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權日2009年9月25日
發(fā)明者劉學鋼, 楊灝, 楊磊, 林成文, 翟俊峰, 郭恩全, 魯剛 申請人:陜西海泰電子有限責任公司