基于FPGA的耐高压水声采集系统

发布时间：2017-03-30 00:10

  本文关键词：基于FPGA的耐高压水声采集系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：海洋的资源特别丰富,包含大量能源、矿藏、生物等,海洋中主要依靠声波进行信息的远距离传播。水声传感器将水中的声波信号转换成电压信号,这样采集系统可以对水声采集和传输。水声信号的获取对海洋资源和海上军事领域研究具有重要作用,因此水声采集系统的研究也极其重要。课题根据现有的数据采集方案,研究和设计了基于FPGA的耐高压水声采集系统。根据项目要求和系统工作环境,并结合已有的实验经验,完成了对水声采集系统的硬件设计、软件设计以及耐高压性研究。系统以FPGA为核心控制芯片,由水声传感器测得的水声信号传输至运算放大器,经过运放调理输入A/D转换芯片进行模数转换得到数字信号,再串并转换后经FIFO缓存,缓存的数字信号传输至MAC(介质访问控制器),再由GMII(千兆网介质无关)接口传到物理层,经物理层芯片88E1111的串行接口传输到光纤上,最终由光纤传输到上位计算机,实现大容量数据的实时远距离传输。系统工作环境为1000m内的深海,受到最大压力为10MPa。针对这一问题,本课题采用了灌封材料对电路板进行灌封,减小电路所受的应力来达到保护作用。课题采用了ANSYS Multiphysics多物理场仿真软件模拟了不同灌封材料对电路板的保护效果仿真,并选择了合适的灌封材料。最后,完成了系统的数据采集实验,通过实验验证了系统功能设计的可行性和正确性,对以后的耐高压水声采集系统的研究具有一定的参考价值。
【关键词】：水声采集 FPGA 模拟仿真 耐高压
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274.2;TB56
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1.绪论10-17
• 1.1 选题的研究背景及意义10-11
• 1.1.1 选题的研究背景10-11
• 1.1.2 选题的研究意义11
• 1.2 水声采集系统与光纤研究现状11-15
• 1.2.1 水声采集系统研究现状11-14
• 1.2.2 光纤研究现状14-15
• 1.3 选题主要工作及内容15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 2.系统总体设计及仿真方案17-25
• 2.1 系统总体设计17-21
• 2.1.1 系统各模块设计18-19
• 2.1.2 系统设计原则19-21
• 2.1.3 系统的功能21
• 2.2 系统仿真方案21-23
• 2.2.1 系统仿真步骤21-22
• 2.2.2 系统仿真方案22-23
• 2.2.3 ANSYS关键问题23
• 2.3 本章小结23-25
• 3 系统硬件设计25-36
• 3.1 中央控制模块25-27
• 3.2 信号调节模块27-28
• 3.3 信号采集模块28-30
• 3.4 以太网接口模块30-35
• 3.4.1 千兆以太网和光纤介质选用30-31
• 3.4.2 物理层器件 88E1111配置31-33
• 3.4.3 以太网硬件连接33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 系统软件设计36-48
• 4.1 系统软件设计36-37
• 4.2 SPI协议37-40
• 4.3 数据处理缓存40-44
• 4.3.1 串并转换40-41
• 4.3.2 FIFO缓存41-44
• 4.4 以太网发送与接收44-47
• 4.4.1 以太网发送模块44-46
• 4.4.2 以太网接收模块46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 5 系统耐高压性能研究48-61
• 5.1 系统灌封模型确立48-51
• 5.1.1 ANSYS Multiphysics多物理场仿真基础48-49
• 5.1.2 灌封方法介绍49-50
• 5.1.3 仿真模型确立50-51
• 5.1.4 材料参数51
• 5.2 灌封材料选择51-57
• 5.2.1 聚氨酯作灌封材料仿真52-53
• 5.2.2 环氧树脂作灌封材料仿真53-55
• 5.2.3 硅橡胶作灌封材料仿真55-56
• 5.2.4 仿真结果分析56-57
• 5.3 灌封材料参数对电路板防护的影响57-59
• 5.4 仿真时需注意的问题59
• 5.5 本章小结59-61
• 6 工作总结与展望61-62
• 6.1 工作总结61
• 6.2 创新与不足61
• 6.3 展望61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果66-67
• 致谢67-68

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