基于FPGA的水质光谱分析数据采集系统研究

发布时间：2017-04-11 11:04

  本文关键词：基于FPGA的水质光谱分析数据采集系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在煤炭生产过程中,生产安全问题一直是煤矿最为重视的问题。煤矿事故不仅严重危及井下工作人员的生命安全,也会造成重大的经济损失,后续的事后救援工作也十分困难,尤其近年来突水事故频发,突水事故的预防治理成为煤矿安全的主要问题。目前国内外运用较多的突水事故处理方法虽然能够较好的解决问题,但是无法提前对事故做出预警以及迅速找到突水位置。近几年来,随着光学技术和嵌入式系统的发展,这两项技术越来越多的运用在生产、生活的各个领域。本课题结合了这两项技术,设计了一个能够监测井下水质提前对水害事故预警的系统。 本文在分析矿山水害和国内外水质监测技术的前提下,详细介绍了LIF激光诱导荧光光谱技术,以监测水质光谱变化为出发点,设计了一种基于FPGA的谁知光谱仪数据采集系统。在硬件设计方面,系统采用Altera公司的EP3C25作为主控芯片,选用Nd:YAG激光源照射水体,由R928型光电倍增管检测并转换荧光信号,FPGA数据采集模块对电信号进行采集并传输至主机进行处理,添加DP83848以太网卡实现FPGA工程的远程配置。在软件设计方面,利用SOPC技术构建了由多个逻辑模块组成的SOPC系统,在NIOS II Eclipse软件中设计了NIOS处理器的C语言代码,以驱动DAC模块、CAN控制器以及ADC模块等。 最后,本文设计了类似实际荧光信号的测试信号源,对FPGA数据采集模块进行了仿真和数据可靠性测试,系统各模块的时序仿真均符合课题对实时性的要求,数据采集的准确度也达到了要求。测试结果表明,本文的研究取得了一定成果,开发出来的硬件采集系统满足了课题的要求。
【关键词】：激光诱导荧光光谱 FPGA 数据采集 SOPC 远程更新
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD745
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• Contents9-11
• 1 绪论11-15
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 本文研究的主要内容及主要工作13-15
• 2 矿山水质监测和LIF技术介绍15-25
• 2.1 矿山水害及水质监测15-19
• 2.1.1 矿山水害概述15
• 2.1.2 水害预防措施15-17
• 2.1.3 水质监测技术17-19
• 2.2 LIF技术原理19-23
• 2.2.1 LIF原理概述19-22
• 2.2.2 运用LIF技术实现水质监测的方法22-23
• 2.3 本章小结23-25
• 3 系统硬件设计25-51
• 3.1 水质监测系统光路构造25-31
• 3.1.1 激光源25-27
• 3.1.2 激发单色器和发射单色器27-29
• 3.1.3 光电转换模块29-31
• 3.2 水质监测系统电学部分31-48
• 3.2.1 EP3C25核心模块33-36
• 3.2.2 光电倍增管增益电路36-38
• 3.2.3 模数转换模块及前置放大转换电路38-44
• 3.2.4 CAN通信电路44-47
• 3.2.5 FPGA远程配置模块47-48
• 3.3 本章小结48-51
• 4 系统软件设计51-67
• 4.1 系统软件工程的建立51-57
• 4.1.1 SOPC总体设计51-52
• 4.1.2 SOPC系统建立过程52-57
• 4.2 系统软件总体架构57-59
• 4.3 各模块软件设计59-66
• 4.3.1 主机CAN通讯59-61
• 4.3.2 CS5532模数转换的软件实现61-65
• 4.3.3 FPGA远程配置的软件实现65-66
• 4.4 本章小节66-67
• 5 系统测试及数据分析67-75
• 5.1 FPGA硬件模块测试仿真67-70
• 5.2 数据采集的调试和分析70-73
• 5.3 FPGA远程配置测试73-74
• 5.4 本章小结74-75
• 6 结论和展望75-77
• 6.1 结论75-76
• 6.2 展望与不足76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-83
• 作者简介及读研期间主要科研成果83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 阎吉祥;激光诱导荧光机理研究[J];北京理工大学学报;2000年02期

2 蔡丽娜;刘平波;智长贵;;水质遥感监测方法的探讨[J];测绘与空间地理信息;2008年04期

3 颜严;气冷离子激光器的生物医学应用[J];激光与光电子学进展;2000年06期

4 刘峰;;矿井水害水源的水文地球化学探测技术[J];煤田地质与勘探;2007年04期

5 杨丙成,关亚风,黄威东,车迅;一种共聚焦激光诱导荧光检测器的研制[J];色谱;2002年04期

  本文关键词：基于FPGA的水质光谱分析数据采集系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：298942