本文關鍵詞：基于FPGA的多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：數(shù)據(jù)采集(Data Acquisition)作為信息科學的重要分支,在傳感器、信號測量與處理、計算機等技術的基礎上形成的一門綜合應用技術。如何實現(xiàn)信號降噪、無失真的采集、記錄存儲、分析處理小信號,以滿足應用的需要,一直都是數(shù)據(jù)采集研究的重要方向。本設計以旋轉機械振動分析、故障診斷為研究背景,提出了一款基于FPGA平臺的多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過對旋轉機械產生的振動信號進行采集,時域、頻域等分析,提取信號特征,用于故障診斷。系統(tǒng)主要研究工作包括以下幾個方面:(1)在振動信號前端處理方面,設計了衰減電路,高通、低通濾波電路,積分電路,可編程增益放大電路,抗混疊濾波電路,包絡解調電路等。系統(tǒng)選用了Analog Devices公司的24位精度ADC-AD7765,采用菊花鏈連接方式實現(xiàn)信號同步采集、數(shù)據(jù)串行輸出。(2)在數(shù)據(jù)存儲方面,采用LabVIEW文本IO操作VI模塊進行TXT格式文件讀寫,可以實現(xiàn)波形記錄,數(shù)據(jù)回放等功能。同時,采用大容量SD卡存儲離線采集數(shù)據(jù),并可將數(shù)據(jù)導出以進行更為復雜的分析。(3)在系統(tǒng)控制方面,利用FPGA硬件實現(xiàn)采樣并行處理,結合Verilog HDL硬件描述語言并嵌入Nios II軟核實現(xiàn)前端采樣控制、數(shù)據(jù)存儲控制、數(shù)據(jù)傳輸控制等復雜的邏輯控制,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和集成度,降低了功耗。(4)在數(shù)據(jù)傳輸方面,利用了以太網(wǎng)接口傳輸技術,可以實現(xiàn)大吞吐量數(shù)據(jù)傳輸。具有抗干擾性強,傳輸距離遠等優(yōu)點,還可以實現(xiàn)局域網(wǎng)內在線監(jiān)測現(xiàn)場設備的運作狀況。(5)在上位機處理與分析方面,采用了NI公司的LabVIEW虛擬儀器平臺,內部集成專業(yè)的信號處理模塊,功能強大。利用其進行了時域、頻域信號分析,并將信號特征等結果直觀顯示出來。本系統(tǒng)具有采樣精度高、速率快、數(shù)據(jù)存儲量大的特點,可以實現(xiàn)多路同步數(shù)據(jù)采集,可以通過上位機分析數(shù)據(jù)并直觀顯示等優(yōu)點,既可作為獨立的采集模塊運行,也可配合上位機完成采集、分析任務。課題完成了系統(tǒng)的軟、硬件設計和安裝調試,并經(jīng)過了初步測試。本設計不僅能夠對多通道振動信號同步采集、存儲和處理,也適用于其它數(shù)據(jù)采集和處理應該場合,具有良好的應用價值。
【關鍵詞】：可編程門陣列 數(shù)據(jù)采集 以太網(wǎng)接口 振動分析
【學位授予單位】：遼寧科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP274.2
【目錄】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-14
• 1.1 研究的背景與意義10
• 1.2 數(shù)據(jù)采集研究動態(tài)10-11
• 1.3 課題研究的主要內容11-12
• 1.4 論文結構安排12-13
• 1.5 本章小結13-14
• 第2章 系統(tǒng)方案論證與設計14-20
• 2.1 系統(tǒng)設計目標14
• 2.2 系統(tǒng)總體結構設計14-18
• 2.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊方案設計16-17
• 2.2.2 數(shù)據(jù)處理模塊方案設計17-18
• 2.2.3 數(shù)據(jù)分析模塊方案設計18
• 2.3 系統(tǒng)設計實現(xiàn)步驟18-19
• 2.4 本章小結19-20
• 第3章 系統(tǒng)硬件設計20-47
• 3.1 數(shù)據(jù)采集模塊硬件設計20-38
• 3.1.1 電源設計20-21
• 3.1.2 衰減電路設計21-23
• 3.1.3 濾波電路設計23-29
• 3.1.4 積分電路設計29-31
• 3.1.5 放大電路設計31-32
• 3.1.6 包絡解調設計32-33
• 3.1.7 采樣定理及A/D轉換模塊設計33-37
• 3.1.8 信號整形電路設計37-38
• 3.1.9 接口電平匹配設計38
• 3.2 數(shù)據(jù)處理模塊硬件設計38-44
• 3.2.1 FPGA最小系統(tǒng)38-40
• 3.2.2 采集數(shù)據(jù)存儲設計40-42
• 3.2.3 數(shù)據(jù)傳輸接口設計42-44
• 3.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)PCB設計44-46
• 3.3.1 PCB的布局44
• 3.3.2 模擬地與數(shù)字地的分割44-45
• 3.3.3 PCB的繪制45-46
• 3.4 本章小結46-47
• 第4章 系統(tǒng)軟件設計47-62
• 4.1 基于FPGA的SOPC系統(tǒng)實現(xiàn)47-48
• 4.2 FPGA控制邏輯設計48-54
• 4.2.1 AD7765控制邏輯設計49-50
• 4.2.2 前端處理模塊控制邏輯設計50-51
• 4.2.3 以太網(wǎng)口控制邏輯設計51-53
• 4.2.4 SD卡控制邏輯設計53-54
• 4.3 系統(tǒng)上位機程序設計54-61
• 4.3.1 虛擬儀器工作原理54-55
• 4.3.2 基于LabVIEW的UDP通信55-56
• 4.3.3 數(shù)據(jù)存儲與回放56-57
• 4.3.4 信號時頻域分析VI設計57-60
• 4.3.5 上位機LabVIEW界面60-61
• 4.4 本章小結61-62
• 第5章 系統(tǒng)調試與實現(xiàn)62-68
• 5.1 傳感器的安裝62
• 5.2 數(shù)據(jù)采集模塊測試62-64
• 5.3 FPGA控制邏輯測試64-65
• 5.4 系統(tǒng)整體測試65-67
• 5.5 本章小結67-68
• 第6章 總結與展望68-70
• 6.1 總結68
• 6.2 展望68-70
• 參考文獻70-72
• 致謝72-73
• 作者簡介73-74

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  本文關鍵詞：基于FPGA的多通道同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：312092