基于SOPC的地磁信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、利用地磁進(jìn)行導(dǎo)航定位,在技術(shù)上具有無源、無輻射、全天時(shí)、全天候、全地域、功耗低、性能可靠、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。而磁異常定位是地磁導(dǎo)航的新方向,針對(duì)磁異常信號(hào)相對(duì)地磁主背景場(chǎng)小,容易被淹沒在背景場(chǎng)中的特點(diǎn),需要采用高精度、高分辨率的地磁信號(hào)采集系統(tǒng)。
　　 課題采用高精度磁通門傳感器和∑-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器件,運(yùn)用SOPC(可編程片上系統(tǒng))技術(shù)設(shè)計(jì)了高集成度的信號(hào)采集、算法處理、實(shí)時(shí)通信的地磁信號(hào)采集系統(tǒng)。利用SOPC技術(shù)構(gòu)建了以Nio

2、sⅡ處理器為核心,將存儲(chǔ)器、外設(shè)控制器、用戶自定義邏輯等模塊集成到一片F(xiàn)PGA(Field Programmable Gate Array)芯片上,構(gòu)成了一個(gè)嵌入式系統(tǒng)。解決了對(duì)于傳統(tǒng)的利用分離元件組成的系統(tǒng)工作不可靠,調(diào)試不便,升級(jí)難的問題。
　　 系統(tǒng)按功能上主要由四個(gè)模塊構(gòu)成:信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和通訊顯示模塊。信號(hào)調(diào)理模塊是將原始的傳感器輸出電壓信號(hào)根據(jù)大小對(duì)其采取衰減、濾波和單端轉(zhuǎn)差分等一系列措施使

3、其幅度接近ADC輸入范圍,以充分利用ADC器件的分辨率,提高采集電路的精度,同時(shí)濾除采樣帶寬之外的信號(hào)和噪聲;數(shù)據(jù)采集模塊是SOPC系統(tǒng)通過SPI主控制器發(fā)送讀寫命令給模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)片上的寄存器來完成各種操作,通過SPI接口把經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的地磁信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)并送入系統(tǒng)中;數(shù)據(jù)處理模塊豐要是用利用DSP Builder構(gòu)建FIR濾波器,實(shí)現(xiàn)了算法設(shè)計(jì)的圖形化,方便了算法的設(shè)計(jì),同時(shí)給出了基于Avalon總線定制從設(shè)備外設(shè)的設(shè)計(jì)方

4、案,并構(gòu)成用戶自定義模塊添加至SOPC系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)處理器無法實(shí)現(xiàn)的最佳系統(tǒng)性能,提高了系統(tǒng)的工作效率:數(shù)據(jù)通訊模塊采用RS232串口通訊,負(fù)責(zé)把采集到的地磁數(shù)據(jù)由SOPC系統(tǒng)的UART控制器上傳到由LabVIEW構(gòu)建的基于VISA的串口通信上位機(jī)界面,并用TDMS格式存儲(chǔ)地磁數(shù)據(jù),以便其他軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件的系統(tǒng)調(diào)試,并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用直方圖方法進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試和分析。
　　 實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明,系統(tǒng)的軟硬件