基于FPGA及嵌入式的电缆故障测距定位系统

发布时间：2020-05-08 02:41

【摘要】：随着电缆应用的普及,如何准确、快速、经济地查找出电缆故障是保障日常生活、商业活动、工业生产正常进行的一个重要课题,日益受到相关企业和技术人员的关注。目前为止,在实际中使用的测距定位仪器存在着数据精度不高,操作复杂,人机界面不友好这些问题。随着现代电子技术的发展,功能强大、操作简易、高精度的电缆故障测距定位系统的研究与开发是有着重要意义的。 对比目前几种测距方法,结合目前测距定位系统的发展趋势,本文针对电缆测距方法中的低压脉冲测距法进行探讨,利用FPGA(Field-Programmable Gate Array)和嵌入式系统开发一个智能化电缆故障测距定位系统。该方案采用主流高性价比的CycloneⅡEP2C8Q208为核心FPGA系统实现测距的信号处理和功能控制;配合高端的基于INTEL XSCALE PXA270处理器的嵌入式系统对故障点在电子地图上进行定位。 本文对整个电缆故障测距定位系统作了详细的阐述。首先概述了故障测距的几种理论方法,对其中低压脉冲测距法进行了分析。其次对测距定位系统的背景和可行性作了探讨,确定测距定位系统的方案并对其进行详细的分析。最后给出了硬/软件设计框图及电路的设计,主要包括:FPGA系统的测距脉冲产生、反射脉冲的处理及故障距离的测量;测距系统中脉冲信号的调理电路;嵌入式系统的电子地图移植、GPS信号解析、坐标转换、电子地图显示及故障定位。 在测距定位系统设计中,作者对系统的软硬件都作了调试,调试结果表明已实现基本目的:在电缆故障测距中,FPGA能够对时序信号进行稳定、可靠的处理;信号调理电路对电缆接口信号的处理都有很强的针对性;嵌入式系统有着无法比拟的友好人机界面,对于LCD及GPS模块有很好的支持。整个方案的设计对以后测距定位系统的开发应用作了一定的铺垫。
【图文】：

第二章 电缆测距定位方法分析所谓行波测距的方法，是基于传输线的电波反射现象来提出的。根据测量发射脉冲与反射脉冲之间的时间差来计算故障点的距离。低压脉冲测距法也叫雷达法，在故障点的定位中应用的是比较常见的。2.1 低压脉冲测距法的分析2.1.1 传输线理论传输线理论是长线理论[4]。传输线是长线还是短线，取决于传输线的电长度而不是它的几何长度。电长度定义为传输线的几何长度 L 与其上工作波长 λ 的比值。当传输线的几何长度 L 比其上所传输信号的工作波长 λ 还长或者可以相比拟时，传输线称为长线；反之则可称为短线。传输线理论是分布参数电路理论，认为分布电阻、分布电感、分布电容和分布电导这 4 个分布参数存在于传输线的所有位置上。基本模型如图 2-1。

端接纯电抗负载）时，|ΓL|=1。XL 时，0<|ΓL|<1，入射波能量部分被负载吸收，作状态，为行驻波状态。的工作原理线存在终端且不匹配的情况下，，在终端将引起波的存在着发射波，还存在反射波（如图 2-2 所示）。
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP368.1;TM247

【参考文献】

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本文编号：2653978