本文關鍵詞：基于SOPC相關法超聲波風速風向儀的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著經濟的發(fā)展，能源問題受到了廣泛關注。在風力發(fā)電中，風速風向的測量起著重要的作用。超聲波風速儀是近年來受到重視的風速測量儀表，本文超聲波風速風向儀的核心部件是32位NIOS II軟核。軟核可以靈活的定制，，構建片上系統(tǒng)，性能強大。本文首先分析了超聲波測流速的方法，包括多普勒法、時差法、和相關法。并且對相關法測量風速風向進行了深入的研究，對系統(tǒng)的構建加以分析，完成基于SOPC超聲波風速風向測量系統(tǒng)的整體設計。包括前端采集電路的設計，SOPC的硬件構架，軟件設計，顯示模塊設計。 前端和外圍電路的設計主要包括驅動信號的產生，數(shù)據(jù)采集控制電路，和FPGA的外圍電路。在傳統(tǒng)型DDS技術的基礎上對基于CORDIC算法的DDS進行了研究，實現(xiàn)了正弦波信號的產生。數(shù)據(jù)采集電路主要包括放大電路、AD轉換、FIFO等。FPGA的外圍電路主要有電源電路、時鐘電路、調試和配置電路、通信電路和顯示模塊的電路。 本課題使用的FPGA芯片是altera公司的EP2C8Q208，選擇該器件構建工程，完成SOPC系統(tǒng)的整體硬件架構。主要包括：SDRAM控制器、EPCS串行控制器、定時器控制器、PIO控制器、JTAG_UART控制器和UART控制器等。然后為系統(tǒng)設計了自定義用戶組件ADC和DAC，分別用于數(shù)據(jù)采集的模數(shù)轉換和超聲波換能器驅動的模數(shù)轉換。將各組件整體連結，生成SOPC系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)生成后在EDS嵌入式開發(fā)包中進行軟件開發(fā)，分別對各子模塊進行了在線測試，分析測得的數(shù)據(jù)，以驗證子模塊的可靠性。系統(tǒng)設計完成后，進行了現(xiàn)場測試，完成了超聲波信號的采集，驗證了整個系統(tǒng)的可靠性。最后對整個系統(tǒng)的設計進行了總結，并給出了改進意見。
【關鍵詞】：超聲波 SOPC 相關法 高精度 NIOS II
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH765.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 超聲波風速風向測量的發(fā)展過程及現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本課題研究內容及目標13-15
• 第二章 超聲波風速風向儀測量的理論研究15-25
• 2.1 超聲波與超聲換能器15-18
• 2.1.1 超聲波15
• 2.1.2 超聲波在空氣中的傳播15-16
• 2.1.3 超聲波換能器16-17
• 2.1.4 超聲波換能器的主要參數(shù)17-18
• 2.2 超聲波測速的理論基礎18-20
• 2.2.1 多普勒法18-19
• 2.2.2 時差法19-20
• 2.2.3 相關法20
• 2.3 時延估計算法的研究20-23
• 2.3.1 超聲波信號傳播時間的處理方案21-22
• 2.3.2 廣義互相關算法22-23
• 2.4 二維風速風向測量模型的建立23-24
• 2.5 整體系統(tǒng)的框架24
• 2.6 本章總結24-25
• 第三章 前端電路的設計和外圍電路的搭建25-37
• 3.1 驅動信號的產生25-30
• 3.1.1 傳統(tǒng)型 DDS 的實現(xiàn)25-26
• 3.1.2 CORDIC 算法的研究26-27
• 3.1.3 CORDIC 算法的 DDS 實現(xiàn)27-28
• 3.1.4 CORDIC 算法的仿真實驗28-29
• 3.1.5 D/A 轉換器29-30
• 3.2 數(shù)據(jù)采集控制電路的設計30-33
• 3.2.1 放大電路的設計30-31
• 3.2.2 A/D 轉換器31-32
• 3.2.3 FIFO 模塊的定制32-33
• 3.3 外圍電路的搭建33-36
• 3.3.1 電源電路33
• 3.3.2 時鐘電路33-34
• 3.3.3 調試/配置電路34-35
• 3.3.4 RS-232 電路35
• 3.3.5 顯示模塊電路35-36
• 3.4 本章總結36-37
• 第四章 SOPC 系統(tǒng)硬件電路設計37-55
• 4.1 SOPC 原理和開發(fā)環(huán)境37-40
• 4.1.1 FPGA 技術37-38
• 4.1.2 SOPC 的概述38-39
• 4.1.3 SOPC 系統(tǒng)的開發(fā)設計流程39-40
• 4.2 SOPC 系統(tǒng)的硬件搭建40-49
• 4.2.1 NIOS II 處理器核40-43
• 4.2.2 SDRAM 控制器43-44
• 4.2.3 EPCS 串行控制器44-45
• 4.2.4 定時器控制器45-47
• 4.2.5 PIO 控制器47
• 4.2.6 JTAG_UART 控制器47-48
• 4.2.7 UART 控制器48-49
• 4.3 基于 AVALON自定義外設組件49-54
• 4.3.1 Avalon 總線49-51
• 4.3.2 用戶組件 ADC 的設計51-52
• 4.3.3 用戶組件 DAC 的設計52-54
• 4.4 系統(tǒng)的整體連結54
• 4.5 本章總結54-55
• 第五章 SOPC 系統(tǒng)的軟件設計和系統(tǒng)的驗證55-67
• 5.1 NIOS II EDS 軟件開發(fā)平臺55-57
• 5.2 ADC 模塊的在線調試57-58
• 5.3 風速檢測的軟件設計58-59
• 5.4 顯示模塊的設計59-60
• 5.5 系統(tǒng)的測試60-64
• 5.6 數(shù)據(jù)的誤差分析64-66
• 5.7 本章總結66-67
• 第六章 結論和展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻69-71
• 攻碩期間取得的研究成果71-72

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 過元愷;;第七講 壓電式換能器(上)[J];電子技術;1980年10期

2 陳立功;宋學瑞;王鑫;;改進的CORDIC模塊實現(xiàn)的直接數(shù)字頻率合成器[J];計算機工程與應用;2010年17期

3 李精華;;基于FPGA的DDS波形發(fā)生器設計[J];柳州師專學報;2011年03期

4 車力;黨幼云;;基于CORDIC算法的正余弦函數(shù)FPGA實現(xiàn)[J];西安工程大學學報;2010年06期

5 田書林,王厚軍,徐紅兵;一種基于CORDIC算法的信號發(fā)生器技術研究[J];儀器儀表學報;2002年S3期

6 江金濃;謝擴軍;;基于CORDIC算法的流水型DDS設計與研究[J];現(xiàn)代電子技術;2012年22期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 張俊;基于DSP的超聲波流量計[D];南京航空航天大學;2005年

2 金晶;基于ARM的超聲波風速測量系統(tǒng)設計[D];南京信息工程大學;2008年

3 羅中興;基于DSP的超聲波風速風標測量系統(tǒng)研究[D];內蒙古科技大學;2009年

4 葛志鑫;移動式超聲波風速風向測量系統(tǒng)[D];南京信息工程大學;2012年

5 趙振宇;基于FPGA的超聲波風速測量系統(tǒng)的設計[D];成都理工大學;2012年

  本文關鍵詞：基于SOPC相關法超聲波風速風向儀的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：475964