本發(fā)明涉及高壓電源系統(tǒng)，尤其涉及一種基于紅外通信的高壓電源系統(tǒng)。

背景技術：

1、現(xiàn)有的高壓電源控制系統(tǒng)通常采用電光轉(zhuǎn)換器(e/o轉(zhuǎn)換器)將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，通過光纖進行傳輸，再通過光電轉(zhuǎn)換器(o/e轉(zhuǎn)換器)將光信號轉(zhuǎn)換回電信號以進行后續(xù)控制和反饋。然而，隨著系統(tǒng)規(guī)模的增加以及對遠程控制的需求，傳統(tǒng)的光纖通信方式面臨諸多挑戰(zhàn)，包括光纖布線的復雜性和對環(huán)境的敏感度等。在2.5mv加速器平臺中，離子源系統(tǒng)需要穩(wěn)定且精準地控制多個電源，包括引出電源和抑制電源，這些電源對控制信號的準確性和傳輸?shù)目煽啃蕴岢隽藝栏褚?。因此，如何設計一種高效且穩(wěn)定的無線通信方式，成為提升高壓電源控制系統(tǒng)性能的關鍵技術問題。

2、現(xiàn)有的高壓電源控制系統(tǒng)大多依賴傳統(tǒng)的光纖通信方案。例如在離子源或加速器系統(tǒng)中，通常需要通過電光轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，以保證高壓電源的控制信號遠程傳輸?shù)姆€(wěn)定性。常見的做法是將電源的控制信號通過模擬量信號輸出，使用光電轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，然后通過光纖進行長距離傳輸，最終通過接收的光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換回電信號，再用于驅(qū)動高壓電源系統(tǒng)。隨著高壓電源系統(tǒng)向更高電壓和功率的擴展，現(xiàn)有光纖通信方案面臨更大的挑戰(zhàn)，需同時滿足精確的電壓、電流調(diào)節(jié)來控制高壓電源的輸出以及在多個電源之間進行實時協(xié)調(diào)與通信的需求。

3、綜上所述，本申請?zhí)岢鲆环N基于紅外通信的高壓電源系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對背景技術中存在現(xiàn)有的高壓電源控制系統(tǒng)對控制信號的準確性和傳輸?shù)目煽啃暂^低的問題，提出一種基于紅外通信的高壓電源系統(tǒng)。

2、本發(fā)明的技術方案：一種基于紅外通信的高壓電源系統(tǒng)，包括發(fā)送端模塊和接收端模塊；

3、所述發(fā)送端模塊具體包括：

4、bnc?q9接口，用于接收來自fpga上位機的4路模擬電壓輸入信號；

5、信號采集與adc轉(zhuǎn)換單元，用于將接收的發(fā)送端模塊的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；

6、電-光信號處理與調(diào)制單元，負責處理經(jīng)adc單元轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，并將數(shù)字信號調(diào)制為適合紅外傳輸?shù)母袷剑?/p>

7、發(fā)送端主控單元，由單片機或現(xiàn)場可編程門陣列作為主控芯片控制的最小系統(tǒng)板構成；

8、紅外光單元，由發(fā)送端主控單元驅(qū)動將調(diào)制后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為紅外光信號，并將紅外信號傳輸?shù)浇邮斩四K；

9、所述接收端模塊具體包括：

10、紅外信號接收單元：通過光電二極管接收從發(fā)送端模塊傳來的紅外光信號，光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并連接至接收端主控單元；

11、光-電信號解調(diào)與處理單元：對接收到的電信號進行解調(diào)，解調(diào)過程是將光信號中的信息提取出來，轉(zhuǎn)化為可以被處理的數(shù)字信號；

12、接收端主控單元，由單片機或現(xiàn)場可編程門陣列作為主控芯片控制的最小系統(tǒng)板構成；

13、dac轉(zhuǎn)換單元：將解調(diào)后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號；

14、模擬電壓輸出單元：用于將模擬電壓信號通過接收端模塊的模擬電壓輸出接口輸出。

15、可選的，所述fpga上位機的4路模擬電壓輸入信號為0-12v的模擬電壓，通過fpga上位機設置并調(diào)整。

16、可選的，數(shù)字信號的數(shù)字化精度通過調(diào)整adc單元的分辨率來達到所需精度要求。

17、可選的，所述電-光信號處理與調(diào)制單元中，調(diào)制過程采用頻移鍵控(fsk)或幅度調(diào)制(am)方式。

18、可選的，所述紅外光單元中，紅外發(fā)射管作為發(fā)射元件，通過無線方式將調(diào)制后的紅外信號傳輸?shù)浇邮斩四K。

19、可選的，所述光-電信號解調(diào)與處理單元中，接收端主控單元根據(jù)不同的調(diào)制方式選擇合適的解調(diào)方法，解調(diào)方法包括頻移解調(diào)和幅度解調(diào)。

20、可選的，所述dac轉(zhuǎn)換單元的模擬電壓信號的輸出范圍為0-12v。

21、可選的，所述高壓電源還包括：

22、開關信號，控制高壓電源的開關狀態(tài)；

23、電壓設定信號，控制高壓電源的電壓輸出；

24、電流設定信號，控制高壓電源的電流輸出；

25、復位信號，控制高壓電源的復位操作。

26、本發(fā)明的有益效果包括：

27、本發(fā)明中發(fā)送端模塊能夠精準接收來自fpga上位機的模擬電壓信號，并通過高精度的adc單元將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)電-光信號處理與調(diào)制單元采用合適的調(diào)制方式確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和抗干擾能力，最后由紅外光單元發(fā)送。接收端模塊將信號準確地轉(zhuǎn)換為模擬電壓輸出至高壓電源。整個過程保證了信號傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性，能夠精準地控制高壓電源的輸出，滿足離子源系統(tǒng)等對電源控制的高要求。即使在多個電源需要實時協(xié)調(diào)與通信的情況下，紅外通信的快速響應能力也能更好地適應，確保系統(tǒng)的正常運行；

28、基于紅外通信的方案無需大量昂貴的光纖材料和復雜的布線施工，顯著降低了系統(tǒng)的初始建設成本。此外，紅外通信的無線特性使得系統(tǒng)在布局和調(diào)整方面具有更高的靈活性，當系統(tǒng)需要進行擴展或重新布局時，無需重新布線，只需對發(fā)送端和接收端模塊的位置進行適當調(diào)整即可，大大節(jié)省了時間和成本，提高了系統(tǒng)的可擴展性和適應性。

29、本發(fā)明在布線、信號傳輸穩(wěn)定性、精準控制以及成本效益和靈活性方面具有明顯優(yōu)勢，能夠有效解決現(xiàn)有光纖通信方式在高壓電源控制系統(tǒng)中面臨的諸多問題，提升系統(tǒng)的整體性能和可靠性。

技術特征：

1.一種基于紅外通信的高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)送端模塊和接收端模塊；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于紅外通信的高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，所述fpga上位機的4路模擬電壓輸入信號為0-12v的模擬電壓，通過fpga上位機設置并調(diào)整。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于紅外通信的高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)字信號的數(shù)字化精度通過調(diào)整adc單元的分辨率來達到所需精度要求。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于紅外通信的高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，所述電-光信號處理與調(diào)制單元中，調(diào)制過程采用頻移鍵控(fsk)或幅度調(diào)制(am)方式。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于紅外通信的高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外光單元中，紅外發(fā)射管作為發(fā)射元件，通過無線方式將調(diào)制后的紅外信號傳輸?shù)浇邮斩四K。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于紅外通信的高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，所述光-電信號解調(diào)與處理單元中，接收端主控單元根據(jù)不同的調(diào)制方式選擇合適的解調(diào)方法，解調(diào)方法包括頻移解調(diào)和幅度解調(diào)。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于紅外通信的高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，所述dac轉(zhuǎn)換單元的模擬電壓信號的輸出范圍為0-12v。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種基于紅外通信的高壓電源系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓電源還包括：

技術總結(jié)
本發(fā)明涉及高壓電源系統(tǒng)技術領域，尤其涉及一種基于紅外通信的高壓電源系統(tǒng)。其技術方案包括發(fā)送端模塊和接收端模塊；所述發(fā)送端模塊具體包括：BNC?Q9接口，用于接收來自FPGA上位機的4路模擬電壓輸入信號；信號采集與ADC轉(zhuǎn)換單元，發(fā)送端模塊的模擬電壓信號進入信號采集與ADC轉(zhuǎn)換單元，信號采集與ADC轉(zhuǎn)換單元將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；電?光信號處理與調(diào)制單元，負責處理經(jīng)ADC單元轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號。本發(fā)明在布線、信號傳輸穩(wěn)定性、精準控制以及成本效益和靈活性方面具有明顯優(yōu)勢，能夠有效解決現(xiàn)有光纖通信方式在高壓電源控制系統(tǒng)中面臨的諸多問題，提升系統(tǒng)的整體性能和可靠性。

技術研發(fā)人員：胡星光,任遠航,梁立振,王紀超,劉洋,劉君旭
受保護的技術使用者：合肥綜合性國家科學中心能源研究院（安徽省能源實驗室）
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15