基于FPGA和ARM的便携式在线监测仪.pdf

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1、2011年仪表技术与传感器2011第6期InstrumentTechniqueandSensorNo．6基于FPGA和ARM的便携式在线监测仪冯林，王晓迪，吴振宇，马龙(1．大连理工大学创新实验学院，辽宁大连；2，煤炭科学研究总院沈阳研究院，辽宁抚顺113122)摘要：文中介绍了一款基于FPGA和ARM的便携式在线监测仪。通过CycloneII系列FPGA控制l2位A／D转换器ADC7886进行数据采集，将信息实时传输到ARM终端进行监控及处理，并控制12位D／A转换器TL~5616实现模拟电压输出，同时采用SD卡进行数据存储。系统设计在解决在

2、线监测难点的同时达到了便携性的要求，实现了信号的采集、存储、测量和显示，具有很强的实用性。该系统已在煤炭科学研究总院抚顺分院的井下设备监测中稳定应用。关键词：在线监测；FPGA；SD卡；ARM；仪表放大器中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)06—0038—03PortableOnlineMonitorBasedonFPGAandARMFENGLin，WANGXiao-di，WUZhen—yu，MALong(1．SchoolofInnovationandExperiment，DalianUniversity

3、ofTechnology，Dalian116024，China；2．ShenyangBranchofChinaCoalResearchInstitute，Fushun113132，China)Abstract：ThispaperdescribedaportableonlinemonitorbasedonFPGAandARM．CycloneIIseriesFPGAcontrolsthe12-bitA／DconvenerADC7886toachievedataacquisition．AndFPGAputsreal—timeinformationto

4、monitortoprocessbyARMde—vice．ThenFPGAcontrolsthe12一bitD／Aconvertel"TLV5616outputanalogvoltage．ThesystemusesSDcardfordatastorage．Itsolvestheonlinemonitoringproblemandachievestheportabilityrequirements，andachievesthesignalacquisition，storage，meas—urementanddisplay．Ithasgoodpra

5、cticality．Thesystemhasbeenstablyusedintheequipmenttestingapplicationsunderground．Keywords：onlinemonitor；FPGA；SDcard；ARM；instrumentationamplifier0引言较高的产品。文中讨论了一种基于FPGA和ARM的解决方案，并设计该器件工作电压1．3V，采用16／32位ARM920TRISC核实现了一款体积小、精度高、无需外接交流电源的工业级煤矿心，提供的接口支持包括：NAMD闪存、数码相机、TFT／STN液井下在线监

6、控测试仪，不影响矿井安全生产，实现了对甲烷控晶屏、USB、sD／MMc／SDIO存储卡以及触摸屏等，并支持Mi—制系统和风电监测系统进行在线检测，以保证系统安全稳定运crosoftWindowsCE、PalmOS、Symbian和Linux操作系统等。行。1．2电压信号采集模块1系统硬件部分设计与实现电压信号采集模块需要将井下监控系统输出的峰峰值为硬件系统由数据采集模块、存储模块、数据处理模块、人机交互30V或15V的电压，经过衰减后送人A／D转换器。模块、触发f言号输出模块等构成J。系统具有数据实时显示、测量、电压测量端口采用隔离高阻抗输入设

7、计，电压信号端口输存储及触发信号输出等功能。系统的整体框图如图1所示。入阻抗不小于20kQ．可以对井下使用的各种矿用传感器和监测分站内的设备实现电压开关量、频率量的在线测量。为保证电压测量输入端口的安全性，在输入端口加入了限幅二极管，实现限幅保护功能。电压信号检测端口如图2所示。设计中采用CI)4051实现15V／30V量程切换功能。采用由LM358运放设计的射随器将信号输出到A／D转换器进行模／数转换。A／D转换器选用ADS7886，该器件可以实现12位精度的模／数转换，采样速度最高可达到1Mbps，采用20MHz的串行接口，简化硬件设计，并

8、很大程度的节省FPGA的端口图1系统整体框图1．1主控制器模块资源。模／数转换模块的电路设计如图3所示。中央处理器采用244016／32．bitRIS