电竞作品基于sopc的高精度多路数据采集系统

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1、基于 SOPC 的工业现场高精度多路数据采集系统0电竞作品基于 SOPC 的高精度多路数据采集系统Industrial Field High Accuracy Multi-Channel Data Acquisition SystemBased on SOPC（陕西科技大学指导老师：张震强学生：易长文 邓亚明曾志强）摘要：本作品应用 SOPC 技术来完成在工业现场高精度数据的采集。采用通用输入端子，实现了多通道多信号输入、高精度的数据采集。用户可以自由选择输入信号，具有克服温度漂移的自校准、手动校准、键盘输入、液晶显示和标准的 RS232 串口通讯的功能。在本设计中结合 FPGA 的特点与 V

2、/F 转换器配合使用，实现高于 16 位分辨率的 ADC 转换功能。V/F转换器相当于一个双积分 A/D 转换器，抗工频干扰能力强。信号调理电路采用增益可调的仪表放大器，提高了共模抑制比。由于合理使用了 ALTERA DE2 板的资源，使外围硬件电路的结构更加简单，系统稳定性好，运行可靠。关键词：SOPC 高精度 多通道 数据采集 自校准 串口通讯ABSTRACT: High-accuracy data collection system is implemented Based on the SOPC Technology, which can achieve multi-channel s

3、ignal via common input port. Input signal can be selected by users as their wish. can overcome Temperature Drift can be overcome by auto adjustment or manual adjustment via keyboard input in system. Data display and transport via RS-232 Serial Port to computer. System achieve higher than 16 bits Res

4、olution A/D Convertion due to the resistance of Industrial Frequency disturbance in V/F Convertor. And Signal amplifying circuit enhances the CMRR (Common Mode Rejection Ratio) via Programmable-gain instrumentation amplifier. Thanks to resources in the Altera DE2 Board, system is running stable and

5、reliable with simpler external circuit. KEYWORDS: SOPC ，High Accuracy ，Multi-Channel，Data Acquisition Auto-Adjustment ， Serial Communication一、选题意义数据采集系统广泛应用于多个领域，比如医药、化工、食品等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及压力等参数，因此，数据采集是工业测控中至关重要的一环。本系统采用 SOPC 技术针对工业控制中的过程量 420mA 的变送器信号、05V 的电压信号、-200850的 PT100 的温度测量

6、、频率=300)checktime=0,check_enable=1;elsechecktime+; if(xunhuan_enable=1)if(xunhuantime=100)xunhuantime=0;shuaxin_enable=1;if(xunhuan_road=15)xunhuan_road=0;elsexunhuan_road+;LCD_SHOW_CHANEL(xunhuan_road);shuaxintime=0; else xunhuantime+;else xunhuantime=0;if(shuaxintime=25&shuaxin_enable=1)shuaxintim

7、e=0;shuaxin(xunhuan_road);else shuaxintime+; IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(GATE_BASE,0); IOWR_ALTERA_AVALON_TIMER_CONTROL(HIGH_RES_TIMER_BASE,0x5); c)、控制算法设计流程图基于 SOPC 的工业现场高精度多路数据采集系统20开 始 Road=14 或者 15？ 返 回 转 入 频 率 信 号 计算 ， 结 果 储 存 到RAM中 ， road+。 判 断 duanshu=？ road=? duanshu=1， 放 大 倍 数 128,road+,m=0

8、 duanshu=2， 放 大 倍 数 64,road+， m=0 duanshu=3， 放 大 倍 数 16,road+,m=0 duanshu=4， 放 大 倍 数 4,road+,m=0 转 入 各 段 对 应 的算 法 程 序 ,road+ NM=1？ c=check_v0&c=check_v1&c=check_v2&ccheck_v3？ duanshu=5， 放 大 倍 数 1,road+,m=0 YNNNNYYYYNY图 25 控制算法设计流程图五、算法实现1通过算法流程图，在对 A/D 分段线性处理并放大后，采集的数据可以达到一个很好精度。为了减小干扰信号对数据采集带来的影响，除

9、了在硬件电路上采用一定方法外，软件上加入数字滤波对采样数据进行处理，以提高采集数据的精度。对于工业现场经常遇到的尖脉冲干扰信号，可采用去极值平均滤波，对 m 个数据比较，去掉最大值和最小值，再对 m-2 个数据取算术平均值。将采集处理后的数据放在 RAM 中，原本想要使用 DMA 在 RAM 与 UART 之间进行数据传输，但是考虑到数据采集系统数据传输量不大，而且采集速度也较慢，最终放弃使用DMA，而直接使用 NIOSII I/O 读写程序来传输数据。2串行通讯下面时系统串行通信工作流程图。图 26 为上位机接收数据程序流程图，图 28 为 NIOS II 系统查询发送程序流程图。数 据 接

10、 受 完 毕 串 行 口 初 始 化 向 DE2发 送 请 求 数 据 信 号 0xFFH 等 待 DE2回 答 设 备 准 备 好 接 收 1字 节 地 址 并 保 存 到 缓 冲 区 接 收 1校 验 字 节 接 收 3字 节 数 据 并 保 存 到 缓 冲 区 Y向 DE2板 发 送 请 求 重 发 信 号 0xFC NNY将 接 受 的 1地 址 字 节 与 3数 据 字 节 异 或 校 验 相 等 开 始 返 回 Y N图 26 上位机接收数据程序流程图杯陕西省电子设计专题竞赛21定 时 器 、 串 行 口 初 始 化 是 0xFFH 发 送 1字 节 地 址 发 送 1校 验 字

11、节 发 送 3字 节 数 据 Y查 询 接 收 寄 存 器 保 存 当 前 发 送 路 数 和 次 数 resend_road=send_road; resend_n=send_n; 是 0xFCH 开 始 返 回 Y重 发 上 次 发 送 数 据send_road=resend_road; send_n=resend_n; resend_times+ resend_timers 3 NNY rensend_timer =0 N 记 录 要 发 送 路 数 和 次 数 send_road=road; send_n=n; 图 27 NIOS II 系统查询发送程序流程图六、测试方案及设备测试目的

12、：验证输入电压、电流、频率和 PT10 的温度信号精度是否达标。测试现场温度：28。基于 SOPC 的工业现场高精度多路数据采集系统22测试使用仪器及型号：61/2 高精度数字万用表： Agilent 34401A；马来西亚 Agilent； 1十进位电阻箱：型号：ZX38/10 型；上海交流仪器厂；0.1 级 2多路直流稳压稳流电源源：型号：MPS-3000L-3；深圳市麦创电子科技有限公司 3信号发生器：型号：MFG-8216B；深圳市麦创电子科技有限公司 4（1）输入电压的测试方案如图 28，图 28 输入电压的测试原理测试步骤：将可调稳压源的电压输出端接入系统的电压信号输入端 ； 1

13、1INV调节可调稳压源的电压输出使电压由 05V，并记录数据； 2再反向调节可调稳压源的电压输出使电压由 05V，并记录数据； 3表 8 电压测量实验数据记录给定电压值（V） 0.15 0.25 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9LCD 显示（V） 0.147 0.251 0.498 0.602 0.702 0.803 0.904绝对误差（mV） 3 1 2 2 2 3 4给定电压值（V） 1 1.5 2 3 4 4.5 5LCD 显示（V） 1.001 1.502 2.001 3.001 4.002 4.502 5.002绝对误差（mV） 1 2 1 1 2 2 2（2 ）输入电流的测试

14、方案 如图 29 所示。V可调稳压源系统IIA可调电流源系统精密电阻250 欧杯陕西省电子设计专题竞赛23图 29 输入电流的测试原理测试步骤：将可调电流源的电压输出端接入系统的电流信号输入端 ； 1 1Input调节可调电流源的电压输出使电流由 420mA，并记录数据； 2再反向调节可调电流源的电压输出电流由 20mA0mA，并记录数据； 3表 9 电流测量实验数据记录给定电流值（mA）4 4.5 5 5.5 6 6.5 7LCD 显示值（mA）4.21 4.33 5.19 5.73 6.22 6.72 6.83绝对误差值（mA）0.21 0.17 0.19 0.23 0.22 0.22 0.17给定电流值（mA）10 12 14 15 16 18 20LCD 显示值（mA）10.21 11.84 13.85 15.25 16.31 18.2 19.78绝对误差值（mA）0.21 0.16 0.15 0.25 0.31 0.2 0.22( 3 )温度的测试方案如图 30 所示。图 30 PT100 的测试原理由于实验条件的关系，对温度的测量，只能用 0.