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基于FPGA的管道内检测器数据采集存储系统设计
资料介绍
管道运输作为一种安全、经济运输方式,被我国广泛应用于天然气、石油等能源的运输。由于长时间的介质腐蚀和磨损,运输管道会出现一定程度的损伤,甚至可能发生重大的泄漏事故。而管道运输的安全关系着国家的经济及财产的安全,所以针对这种情况,管道内检测器的研究及发展就显得尤为重要起来。
本文针对漏磁管道内检测器,采用当今发展迅速的FPGA,利用其高速的并行处理能力,设计实现管道内检测数据的高速并行采集和存储。首先,根据管道内检测器的外部结构,规划出数据采集和存储系统的总体设计方案,包括前端数据采集单元、中端数据传输单元和后端数据存储单元;然后,根据系统的设计方案,介绍了系统中FPGA的选型、PCI接口实现方式、主控单片机的功能及电路、温度记录功能、姿态记录功能以及FPGA的供电模块设计和DCDC系统电源转换模块的选择,系统地说明了系统中各功能的硬件实现方案。
根据本系统的硬件设计,利用VerilogHDL语言编写了包括集束器端FPGA和主控FPGA的各种接口模块逻辑及缓存模块逻辑,实现了16×5路SPI数据并行接收,5路LVDS串行收发器高速串行传输以及基于PCI9054的FPGA与PC104的PCI接口通讯,并根据接口协议之间不同的数据位宽或读写速度,结合乒乓操作等逻辑设计技巧,设计了相应的缓存模块,实现了不同接口之间的数据无缝缓冲。
针对系统中存在差分信号传输、PCI接口传输等相对复杂的PCB设计,分析讨论了LVDS差分信号传输线及PCI接口信号传输线的PCB设计方法;根据系统结构,设计了集束器FPGA板卡、主控FPGA和上下连接信号板卡的PCB图。
最后,对集束器FPGA与主探头之间的SPI传输、主控FPGA与PC104之间的PCI传输进行了硬件上的逻辑验证,验证了系统数据传输的可靠性,证明了FPGA实现高速数据采集存储系统的可行性。
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基于FPGA的管道内检测器数据采集存储系统设计.pdf | 15M |
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