基于SOPC的遥测地震仪采集站主控系统设计

发布时间：2017-09-07 02:25

  本文关键词：基于SOPC的遥测地震仪采集站主控系统设计

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【摘要】：地震勘探方法是一种常用的地球物理勘探方法,被广泛应用在各类资源勘探项目中。在进行野外地震勘探项目时,通常需要在多个地点采用多条测线进行数据的同步采集和传输,覆盖范围为几平方公里或数十平方公里,而且工作在野外,环境较为恶劣。因此,地震数据采集系统需要面临采集点数量多,一次勘探覆盖范围广,需要多次滚动搬移和工作环境特殊等问题。对于大型的陆上地震勘探系统,功耗是一个重要问题,既直接决定整个勘探系统可连续工作的时间,也部分决定了系统所需采取的供电方式。作为陆上地震勘探系统中数量最多的采集站,其功耗水平直接决定了整个地震勘探系统的功耗水平。本文以吉林大学自主研制的有线遥测地震仪GEIST-438系统为基础,针对其采集站主控系统功耗较大的问题,提出基于SOPC技术的遥测地震仪采集站主控系统设计方案,以降低采集站整机功耗。主控系统硬件以Microsemi公司的Smart Fusion2系列FPGA为核心,完成了以ARM Cotex-M3为内核的MSS微控制子系统设计,外围逻辑接口模块设计,8通道地震数据采集接口模块设计及网络接口电路设计,在此基础上,完成了U-Boot和u Clinux系统的移植,数据采集驱动及网络驱动程序设计,以及采集站软件设计,实现了采集站与上位机之间的命令交互以及地震数据的采集和传输。搭建了样机测试系统,对设计完成的采集站样机系统整机进行了系统功耗、传输速率和采集功能等相关测试。与GEIST-438系统系统相比,采集站主控系统功耗降低了58%,整机功耗降低了35%,数据传输速率达到16Mb/s,能够实现八通道地震数据的同步采集,测试结果表明采集站样机系统达到了预期设计目标。
【关键词】：遥测地震仪 采集站 主控系统 FPGA SOPC
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH763.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 缩略词10-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 研究背景12
• 1.2 课题研究意义12-13
• 1.3 研究现状13-15
• 1.3.1 国内外有线遥测地震仪研究现状13-14
• 1.3.2 基于SOPC技术的地震仪研究现状14-15
• 1.4 本文的研究内容和组织结构15-17
• 第2章 采集站主控系统总体方案设计17-22
• 2.1 采集站主控系统总体设计17-18
• 2.1.1 设计需求分析17
• 2.1.2 系统总体方案17-18
• 2.2 控制器的选择18-19
• 2.3 操作系统的选择19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 采集站主控系统硬件设计22-37
• 3.1 SmartFusion2 FPGA介绍22-25
• 3.1.1 FPGA的组成结构22-23
• 3.1.2 芯片特性23-24
• 3.1.3 ARM Cortex-M3内核24-25
• 3.2 系统硬件结构25-26
• 3.3 SOPC系统设计26-35
• 3.3.1 SOPC系统介绍26-27
• 3.3.2 SOPC系统总体结构设计27-29
• 3.3.3 SOPC逻辑模块设计29-32
• 3.3.4 8 通道地震数据采集接口模块设计32-35
• 3.4 网络接口电路设计35
• 3.5 本章小结35-37
• 第4章 采集站主控系统软件设计37-54
• 4.1 采集站主控系统软件总体架构37
• 4.2 嵌入式uClinux系统的移植37-43
• 4.2.1 U-Boot的移植37-39
• 4.2.2 uClinux内核的移植39-41
• 4.2.3 根文件系统的移植41-43
• 4.3 设备驱动程序的设计43-49
• 4.3.1 数据采集驱动程序的设计43-46
• 4.3.2 网络驱动程序的设计46-49
• 4.4 采集站软件设计49-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 系统测试54-58
• 5.1 系统功耗测试54-55
• 5.2 传输速率测试55
• 5.3 功能测试55-57
• 5.3.1 采集通道测试55-56
• 5.3.2 检波器测试56-57
• 5.4 本章小结57-58
• 第6章 全文总结58-59
• 6.1 本文主要工作58
• 6.2 进一步工作建议58-59
• 参考文献59-63
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果63-64
• 致谢64

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本文编号：806865