基于FPGA的煤粉浓度测量系统设计-论文.pdf

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1、第12卷第1期太赫兹科学与电子信息学报Vo1．12，No．12014年2月JournalofTerahertzScienceandElectronicInformationTechnologyFeb．，2013文章编号：2095-4980(2014)01-0119-04基于FPGA的煤粉浓度测量系统设计张伟，顾强，田相林，李世中(中北大学机电工程学院，山西太原030051)摘要：煤粉浓度对电厂发电效率具有直接影响，基于可编程逻辑门阵列(FPGA），设计了测量煤粉浓度的双通道数据采集系统。系统以Altera公司的

2、CycloneⅡ代FPGA为主控制芯片，通过控制AD9223模数转换器，实现数据转换；采用Cypress公司的CY7C68013A芯片，以及Slave-FIFO方式存储时序，通过USB实现转换的数据与计算机之间的传输。采用LabVIEW软件完成上位机数据采集界面的设计。系统实现了对煤粉浓度微弱变化的测量与控制，有效提高了煤粉的燃烧效率。关键词：可编程逻辑门阵列；AD9223器件；数据采集；CY7C68013A芯片中图分类号：TN911.23文献标识码：Adoi：10.11805/TKYDA201401.0119

3、DesignofpulverizedcoalconcentrationmeasurementsystembasedonFPGAZHANGWei，GUQiang，TIANXiang-lin，LIShi-zhong(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，NorthUniversity，TaiyuanShanxi030051，China)Abstract：Forpulverizedcoalconcentrationhasadirectimpactontheefficie

4、ncyofpowerplants,adual-channeldataacquisitionsystembasedonFieldProgrammableGateArray(FPGA)isdesignedtomeasurethepulverizedcoalconcentration.ThesystemutilizesCycloneIIFPGAofAlteraandAD9223analog-digitalconvertertorealizedataconversion.CY7C68013AofCypressischo

5、sentorealizetheconverteddatatransmissionbetweencomputersbyUSBthroughSlave-FIFO.Finally,thePCdataacquisitioninterfaceisdesignedonLabVIEWandexperimentalresultsshowthatthecombustionefficiencyofpulverizedcoaliseffectivelyimproved.Keywords：FieldProgrammableGateAr

6、ray；AD9223；dataacquisition；CY7C68013A随着现代工业生产与科学研究的高速发展，数据采集的应用也变得越来越广泛，因此，对于数据采集的研究也日趋重要。如何在数据采集过程中，实现数据采集准确、传输率高、接口简单、项目设计周期短以及传输无误是目前数据采集系统的目标。电厂为了使煤粉颗粒能够在煤炉中燃烧效果最佳，提高电厂煤炭燃烧发电效率，要求时刻控制煤粉颗粒在煤炉中燃烧的浓度。通过测量进入煤炉的煤粉颗粒的浓度，并控制其运动速率，使其在煤炉中的浓度能够满足电厂发电的需求，从而提高能源利用率。

7、本文以可编程逻辑门阵列(FPGA)为主控制芯片，通过控制高速A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号，并通过USB2.0接口将数据传输到计算机中，从而实现对煤粉浓度的实时测量。FPGA芯片具有集成度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点，借助开发商提供的QuartusII,NiosIIIDE等软件可快速对FPGA进行开发设计；使用USB2.0接口作为数据传输的中介，充分利用USB接口的灵活性与数据传输的高效性，[1-2]能够有效缩短项目设计周期、降低研发成本。1系统总体设计数据采集系统的设计目标环境是：在运动煤粉一侧采

8、用激光垂直照射运动的煤粉，在运动煤粉另一侧放置对应的接收激光的光敏二极管。浓度不同的运动煤粉透过激光后，光敏二极管接收的光信号强度不同，通过光敏二极管将光信号转换成微弱的电信号，并将该信号传输到计算机中。其中，光信号的强度和运动煤粉的浓度具有一定的理论换算关系，通过处理获取到的数据可计算出煤粉的浓度。[3-5]系统总体框图如图1所示，采用FPGA和CY7C68013A芯片实现USB接口