基于FPGA的闪电定位仪控制主板设计
发布时间：2020-03-28 07:48
【摘要】：雷电是一种直接或间接的引起灾害性事故的常见自然现象。从最近几年雷电监测网的资料中得知我国云地闪发生频繁。雷电在自然界中起着不可替代的作用,其维持着由雷暴、大气与地球所构成的全球电路;但是雷电在当下生活中,仍对人们的生命财产安全造成极大伤害,对航空航天、通信、电力、建筑等国防和国民经济的大多数部门都产生了严重影响,因此雷电也是一种的自然强电磁危害源。随着信息时代的来到,智能传感器、计算机、电子信息等显示与处理的弱电设备在人们生活中成为不可或缺的部分,雷电造成的损失也不断在增长。因此为减少国民财产的损失,需在认知上提高人们对雷电灾害的了解,在技术上提升闪电定位的精确度以及在管理上加强雷电防护的措施。本论文首先对雷电回击通道底部电流进行推导,使用MATLAB对其进行仿真,该建模使用TCS模型基电流采样脉冲函数,回击基电流使用脉冲函数,分析回击速度、通道高度、观测距离对地表电磁场的影响,简要阐述了闪电定位的原理及定位系统结构,本设计主要以综合法闪电定位理论为核心;从硬件上介绍本设计的控制主板的原理、各外围电路的功能及使用参数;采用了以Nios II处理器为核心的SOPC硬件系统设计方案,搭载外部设备组件,部分组件需要编写其硬件描述语言,并完成组件模块的定制。选用所需组件,完成SOPC系统的搭建;使用软件开发工具完成程序设计,使用HAL API函数完成程序的开发,并从软件侧面介绍了本闪电定位仪设计的方案,对软件系统的工作流程及各个模块的详细运行步骤进行了介绍,并使用最小二乘法对定位点进行算法处理;对控制主板进行联调,从调试结果中分析闪电定位仪能否正常运行及满足设计需求。
【图文】：
LED状态指示灯8位拨码开关恒温晶振主控芯片CPU（EP4CE22F17I7N）非易失性SRAM看门狗电路电平转换电路JTAG下载口FPGA电源电路益控制电路抬升限幅电路ADC采样电路开关电路温度采集电路信号信号地址线数据线图 3-2 控制主板硬件整体框图3.2 硬件系统电源电路本设计中电源箱只能提供模拟±15 V 和数字 5 V 的电源电压，但设计使用的 EP4CE22F17I7N 芯片只有在数字 3.3 V、2.5 V、1.2 V 的条件下才能进行正常工作，因此控制主板的电源需要对数字 5 V 进行电压转化，从而获得主芯片所需电压。电压转化电路结构如图 3-3 所示。
图 3-4 电源滤波电路3.3 看门狗电路由于控制主板软件设计过程中可能发生了错误导致程序跑飞，同时也为了在调试阶段能够方便快捷的复位控制主板，因此控制主板设计了看门狗电路，并且该看门狗电路能为控制主板芯片提供一个独立的保护系统。看门狗电路结构如图3-5 所示。复位芯片采用 ADM823TYRJ-R7 芯片，，根据芯片资料可知该看门狗电路会在三种情况下复位控制主板芯片：1、当按下控制主板电源复位按钮的时间超过了 140 ms，看门狗电路会自动复位，若按下复位按钮的时间小于 1.6 ms 时该芯片会自动无视本次操作；2、当 ADM823TYRJ-R7 供电电压不在 3.15 V~3.60 V范围内时，看门狗电路也会自动产生复位信号对系统进行复位；3、由于ADM823TYRJ-R7 的 RESET 引脚接 VCC，当引脚 WDI 在 1.12~2.40 s 的周期（即看门狗超时周期为 1.12~2.40 s）内下降沿电平没有出现跳变时，看门狗电路会自动复位系统。
【学位授予单位】：成都信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN791;P415.35
【图文】：
LED状态指示灯8位拨码开关恒温晶振主控芯片CPU（EP4CE22F17I7N）非易失性SRAM看门狗电路电平转换电路JTAG下载口FPGA电源电路益控制电路抬升限幅电路ADC采样电路开关电路温度采集电路信号信号地址线数据线图 3-2 控制主板硬件整体框图3.2 硬件系统电源电路本设计中电源箱只能提供模拟±15 V 和数字 5 V 的电源电压，但设计使用的 EP4CE22F17I7N 芯片只有在数字 3.3 V、2.5 V、1.2 V 的条件下才能进行正常工作，因此控制主板的电源需要对数字 5 V 进行电压转化，从而获得主芯片所需电压。电压转化电路结构如图 3-3 所示。
图 3-4 电源滤波电路3.3 看门狗电路由于控制主板软件设计过程中可能发生了错误导致程序跑飞，同时也为了在调试阶段能够方便快捷的复位控制主板，因此控制主板设计了看门狗电路，并且该看门狗电路能为控制主板芯片提供一个独立的保护系统。看门狗电路结构如图3-5 所示。复位芯片采用 ADM823TYRJ-R7 芯片，，根据芯片资料可知该看门狗电路会在三种情况下复位控制主板芯片：1、当按下控制主板电源复位按钮的时间超过了 140 ms，看门狗电路会自动复位，若按下复位按钮的时间小于 1.6 ms 时该芯片会自动无视本次操作；2、当 ADM823TYRJ-R7 供电电压不在 3.15 V~3.60 V范围内时，看门狗电路也会自动产生复位信号对系统进行复位；3、由于ADM823TYRJ-R7 的 RESET 引脚接 VCC，当引脚 WDI 在 1.12~2.40 s 的周期（即看门狗超时周期为 1.12~2.40 s）内下降沿电平没有出现跳变时，看门狗电路会自动复位系统。
【学位授予单位】：成都信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN791;P415.35
【参考文献】
相关期刊论文 前8条
1 王浩;陈亚洲;万浩江;王晓嘉;;通道高度对斜向通道雷电电磁场影响研究[J];高压电器;2015年01期
2 刘尚合;刘卫东;;电磁兼容与电磁防护相关研究进展[J];高电压技术;2014年06期
3 王铮;;探析防雷减灾的措施及雷电灾害的检测预警[J];河南科技;2013年21期
4 邓德文;周筠s
本文编号：2604161
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