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雷电信号数据采集系统设计

作　者: 顾雪梅
导　师: 张自嘉
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 高速数据采集雷电信号 S3C2440 AD9248
分类号: P427.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 30次
引　用: 1次
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内容摘要

雷电灾害作为一种常见自然灾害,在全球范围内普遍存在,并对地面上的建筑、电子产品、人畜等构成一定危害,因此研究雷电的发生、演化规律具有重要意义。采集雷电发生时的电场信号是研究雷电特点的一种重要方法,论文设计了一种对雷电发生时的电场变化信号进行感应、调理和采集的系统,实现对雷电发生时的瞬变电场进行数据采集、存储和传输,为雷电分析提供依据。对雷电的观测通常需要在野外无人值守的环境下完成,有时需要多点观测,因此传统基于PCI等接口的数据采集系统受到多种限制,如体积大、功耗大、成本高等,且需要为每个观测点配备室内环境,难以实现长期无人值守,此外雷电发生时产生的电场为瞬变电场,一次闪电的持续时间短且变化快,一般持续时间为0.2ms左右,因此系统需要具有自触发功能及高速数据采样率。论文设计了一种基于微处理器S3C2440的数据采集系统,用于感应、调理和采集雷电信号。系统利用微处理器代替PC机,控制数据的采集、存储和传输过程。USB闪存盘实现系统的大容量存储,网络功能用于实现数据的远程传输。采集系统具有快、慢两个采集通道,通过慢通道采集到的雷电信号可用于分辨雷电单次回击发生前后的趋势及细节,快通道采集的信号则反映雷电过程中多次回击的瞬态变化。系统单通道采样率为12.5MSPS,采样分辨率为14bits。论文首先完成系统硬件电路设计；为解决传统嵌入式系统软件设计过程中开发时间长、难度高且工作量大的问题,论文为系统移植嵌入式操作系统,并以此为平台完成系统软件设计；由于高速流水线型ADC对时序要求严格,采样时钟与输出时钟相同,且在数据转换与输出之间存在多个延迟,因此为ADC设计驱动程序,完成ADC初始化,并控制ADC工作时序；其次,为控制系统的数据存储和传输,论文完成USB及网卡芯片的驱动程序和应用程序的设计；最后,论文利用QT为系统设计网络传输界面,使数据传输过程可视化,且为直观查看雷电信号采集结果,论文设计观测界面,将采集到的数据绘制为曲线,显示于系统LCD触摸屏上。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
第一章绪论  8-12
  1.1 引言  8-9
  1.2 雷电信号采集概况  9-10
    1.2.1 雷电观测  9
    1.2.2 大气电场观测  9-10
  1.3 嵌入式数据采集系统  10
  1.4 论文的主要内容和结构  10-12
第二章雷电信号采集系统结构  12-16
  2.1 采集系统总体结构  12-13
  2.2 系统硬件平台  13-15
    2.2.1 系统微处理器选择  13-14
    2.2.2 ARM内核的选择  14
    2.2.3 系统核心板选择  14-15
  2.3 系统软件平台  15
  2.4 本章小结  15-16
第三章雷电信号采集系统电路设计  16-25
  3.1 采集板电路设计  16-20
    3.1.1 雷电信号采集要点  16
    3.1.2 前端调理电路  16-19
    3.1.3 ADC转换电路  19-20
  3.2 扩展板电路设计  20-24
    3.2.1 USB接口电路  20
    3.2.2 网络接口电路  20-22
    3.2.3 串行接口电路  22-23
    3.2.4 JTAG接口电路  23-24
    3.2.5 数据总线接口  24
  3.3 本章小结  24-25
第四章雷电信号采集系统软件平台搭建  25-37
  4.1 系统Bootloader的移植  25-31
    4.1.1 U-boot结构简介及流程分析  26-27
    4.1.2 采集系统的u-boot移植  27-31
  4.2 嵌入式Linux裁剪  31-33
  4.3 Yaffs2根文件系统制作  33-36
  4.4 本章小结  36-37
第五章 ADC驱动程序设计  37-49
  5.1 AD9248芯片介绍  37-39
  5.2 AD9248控制概述  39-40
  5.3 AD9248驱动程序  40-47
    5.3.1 驱动程序流程  40-41
    5.3.2 I/O端口的设定  41
    5.3.3 定时器TOUT1的设定  41-43
    5.3.4 通道选择函数  43-44
    5.3.5 ADC启动触发程序  44-45
    5.3.6 驱动程序的open函数和release函数  45
    5.3.7 驱动的加载程序  45-46
    5.3.8 驱动程序的read函数  46-47
    5.3.9 驱动程序编译和加载  47
  5.4 AD9248测试及结果  47-48
  5.5 本章小结  48-49
第六章系统的数据存储与传输  49-58
  6.1 采集数据的存储  49-53
    6.1.1 USB总线概述  49
    6.1.2 USB驱动程序设计  49-50
    6.1.3 数据缓存  50-51
    6.1.4 USB模块测试  51-53
  6.2 采集数据远程传输  53-57
    6.2.1 DM9000A简介  53
    6.2.2 DM9000A驱动程序设计  53-56
    6.2.3 网络模块测试  56-57
  6.3 本章小结  57-58
第七章系统的图形界面设计  58-67
  7.1 图形用户界面简介  58-59
  7.2 Qt/Embedded编译平台搭建  59-60
  7.3 系统观测界面设计  60-66
    7.3.1 采集结果观测界而  62-64
    7.3.2 网络传输界面  64-66
  7.4 本章小结  66-67
第八章总结与展望  67-68
  8.1 研究总结  67
  8.2 需要进一步开展的工作  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
作者简介  72-73
附录  73-74

雷电信号数据采集系统设计

内容摘要

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