基于fpga的风电监测系统数据采集单元设计

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1、北京化工大学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：象霆!翌日期：关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文

2、的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：象望!§日期：2翌!!：!：l导师签名：—鞲．日期：2垒!!：笸：f⋯⋯集嬲f㈣必中图分类号TP274学科分类号520．6099论文编号100102011073l密级公开学位授予单位代码10010学位授予单位名称北京化工大学作者姓名韩宏宇学号2008000731获学位专业名称计算机应用技术获学位专业代码081203国家自然科学基金课题来源研究方向信号处理(51075023

3、)论文题目基于FPGA的风电监测系统数据采集单元设计关键词风电监测，FPGA，数据采集，整周期采样，自适应滤波论文答辩日期2011．05．26·论文类型应用研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师袁洪芳副教授北京化工大学信号处理、在线监测中国铁道科学研究评阅人1史天运研究员交通信息工程与控制院评阅人2聂伟副教授北京化工大学移动通信评阅人3评阅人4评阅人5徽员会筛赵英教授北京化工大学计算机网络，分布式答辩委员l山岚教授北京化工大学网络信息获取技术答辩委员2彭四伟副教授北京化工大学过程工业监测答辩委员3张杰副教授北京化工大学智能信息处理答辩委员4聂伟副

4、教授北京化工大学移动通信答辩委员5注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB／T13745—9)《学科分类与代码》中查询。四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成．摘要基于FPGA的风电监测系统数据采集单元设计作为一种无污染的可再生的能源，风能在全世界范围内越来越多的受到重视。在现阶段风能利用的主要手段是风力发电技术。其中，风力发电机组是这项技术的关键设备，假如该机组发生故障，不能正常工作，将会造成无法弥补的经济损失。另一方面，风电机组通常安装在边远、难以靠近

5、或者气候状况不适宜人类长期逗留的地方，无法对其实时的检修。因此，采用先进的风电无线监测技术，对于保证系统长期可靠的运行，具有重大的现实意义及广泛的应用前景。而作为风电无线监测系统的重要组成部分，数据采集单元实现对振动信号的采集、处理、存储和传输。本文在分析国内外数据采集技术现状及其发展方向的基础上，提出了一套基于FPGA且具备对高速信号采集、存储、自适应滤波器以及与控制器AI洲进行通信等多种功能于一体的数据采集单元设计方案。完成了数据采集单元的硬件设计：包括信号调理电路、键相信号测量电路、AD转换电路以及FPGA芯片外围电路的原理图设计，并在充分考虑抗干扰设计的等PCB注

6、意事项的基础上完成了PCB的制作。研究了传统的LMS算法，提出了基于步长改进和梯度改进相结合的自适应滤波算法，并将其应用在数据采集单元中，同时运用Xilill)【提供的ISElO．1设计软件，对数据采集单元的AD数据处理模块、整周期采样模块、改进北京化工大学硕士学位论文自适应滤波模块、与A蹦通信的SPI通信模块进行了详细的设计并最终实现。经过仿真和最后实验验证该模块可以实现无线监测系统对数据采集的技术要求。最后将数据采集单元应用到风电无线监测实验系统中进行集成测试，证明该单元能够实现数据的整周期采样、信号降噪、存储和传输，为状态识别和故障精密诊断提供基础数据，同时也为系统

7、能够实时的检测到设备的异常状态，提供了强大的数据支持。关键词：风电监测；FPGA；数据采集；整周期采样；自适应滤波IlInmeotherhand，windturbinesareusuallyinstalledintheplacewhichthepeoplecannot1ive，someworkerscallnotdothereal-timeoverhaul．Theadvancedwirelessmonitortechn0109yforwindgeneratingelectricitycanensuremesystemgetlo