基于FPGA与PC机的地震动信号采集与处理系统的研究与实现

发布时间：2017-04-10 23:07

  本文关键词：基于FPGA与PC机的地震动信号采集与处理系统的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 本文所设计的地震动信号采集与处理系统可以对地面运动目标进行分类识别。本系统主要由有三大部分组成:地震动信号采集系统、信号远程传输系统、信号处理与监视系统。 采用Altera公司的现场可编程门阵列(FPGA)作为地震动信号采集系统的核心。为了实现采集系统的功能,本文进行了硬件和软件设计。硬件方面主要进行了信号调理电路、A/D转换电路、FPGA外围电路、电平转换电路、电源管理电路的设计。数据采集系统软件部分设计严格遵循FPGA的软件设计原则与流程,将系统根据要实现的功能细分为以下五个子模块:主程序模块、系统调试模块、时钟分频模块、数据采集变换模块、UART模块。各模块采用Verilog HDL语言进行编写。并通过仿真对系统功能进行了验证,达到了提高系统性能的要求。 RS485是一种具有高抗干扰能力、适合远距离的通信方式。系统采用自制的RS485/RS232转换器实现了信号采集板与PC机之间的高速、远距离、高可靠通信。文中详细叙述了RS485/RS232转换器的硬件电路设计。 本文给出了目标识别的上位机软件设计方法。本文对采集到的地震动信号进行了分析,进而提取目标信号的特征,最后编写了目标识别算法软件。
【关键词】：地震动 信号采集 FPGA Verilog HDL 数据传输 目标识别
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH762.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 课题的背景和研究意义8-9
• 1.2 国内外发展概况9-11
• 1.3 本文主要研究内容11-12
• 2 系统的总体设计12-16
• 2.1 系统的理论基础12-14
• 2.1.1 地震动信号概述12-13
• 2.1.2 地震动信号的采集13-14
• 2.2 系统结构和工作原理14-16
• 3 信号采集系统硬件电路设计16-41
• 3.1 信号采集系统的组成方案16
• 3.2 地震动传感器16-17
• 3.3 信号放大电路17-19
• 3.3.1 概述17
• 3.3.2 放大电路的设计17-19
• 3.4 滤波电路19-20
• 3.4.1 概述19
• 3.4.2 滤波电路的设计19-20
• 3.5 A/D转换电路20-24
• 3.5.1 概述20
• 3.5.2 A/D转换电路的设计20-24
• 3.6 FPGA外围电路24-31
• 3.6.1 Cyclone系列FPGA介绍24-26
• 3.6.2 FPGA配置电路26-29
• 3.6.3 FPGA时钟电路设计29-30
• 3.6.4 FPGA复位及调试电路设计30-31
• 3.7 电平转换电路31-34
• 3.7.1 概述31-32
• 3.7.2 电平转换电路设计32-34
• 3.8 电源管理电路34-39
• 3.8.1 概述34
• 3.8.2 FPGA电源设计34-38
• 3.8.3 负电源设计38-39
• 3.9 系统的抗干扰设计39-41
• 4 数据远程传输硬件电路设计41-48
• 4.1 数据传输的组成方案41-42
• 4.2 光电隔离的实现42-44
• 4.3 采集电路板侧RS485接口的实现44-45
• 4.4 PC机侧RS485/RS232转换器的实现45-48
• 5 数据采集系统软件设计48-65
• 5.1 Verilog HDL设计方法概述48-50
• 5.1.1 Verilog HDL语言48
• 5.1.2 Verilog HDL设计流程48-50
• 5.2 系统软件功能模块划分50
• 5.3 主程序模块(synthesis)设计50-51
• 5.4 系统调试模块(debug)设计51-52
• 5.5 时钟分频模块(Fdiv)设计52-53
• 5.6 数据采集变换模块(AD_CON)设计53-58
• 5.7 UART模块设计58-63
• 5.7.1 UART发送器(txmit)设计59-62
• 5.7.2 UART接收器(rcvr)设计62-63
• 5.7.3 UART设计总模块63
• 5.8 数据采集系统的波形仿真测试63-65
• 6 上位机软件设计65-72
• 6.1 上位机软件用到的目标识别算法65-69
• 6.1.1 基于功率谱的有无目标判别65-67
• 6.1.2 基于过零分析的车辆目标识别67-68
• 6.1.3 基于峭度的单人和多人目标判别68-69
• 6.2 算法的软件设计流程69-70
• 6.3 算法DLL的编写70-72
• 7 系统调试与实验结果分析72-75
• 7.1 信号采集板的调试72-73
• 7.2 系统实验结果73-74
• 7.3 实验结果分析74-75
• 8 总结与展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-79

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 曾木华;基于FPGA的配电网故障数据采集与处理[D];南昌大学;2010年

2 周筱潇;一种基于SHARC的数据记录设备的设计与实现[D];南京理工大学;2011年

3 周瑜;气固流化床结片监测系统设计及算法研究[D];北京化工大学;2012年

4 黄磊;智能变电站智能开关设备控制器的研究与实现[D];南京理工大学;2013年

5 王卫卫;地震动与磁复合探测技术研究[D];南京理工大学;2013年

  本文关键词：基于FPGA与PC机的地震动信号采集与处理系统的研究与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：297743