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基于工业标准系统总线的数字化截面数据采集系统

作　者: 张志强
导　师: 董峰
学　校: 天津大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 过程参数截面检测系统 FPGA CompactPCI总线 实时性 工业标准
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 2次
引　用: 0次
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内容摘要


过程参数截面检测技术是近年来迅速发展的一种在线检测技术，其通过采用基于辐射、电磁和光学等原理的阵列式传感器，获取被测对象特定剖面二维分布信息和图像，具有非扰动、可视化、结构简单、成本低等特点，在石油、化工、制药、食品加工、冶金以及环境监测等过程参数的在线测量方面有广泛的应用前景。在生产过程参数的检测中的，对于过程参数的实时准确的获取对生产过程的监测与优化具有重要意义。但是，在实际工业生产过程中，过程参数变化往往十分迅速，已有的截面检测技术很难满足工业应用上对实时性要求。此外，由于大多截面数据采集系统采用的是非工业标准传输协议，从而使过程参数截面数据采集系统的工业推广及发展受到限制。本课题以过程参数截面检测系统的实时性提高和满足工业化应用为出发点，设计了一种工基于业系统总线标准——CompactPCI的数字化过程参数截面检测数据采集系统，主要研究工作如下：1.通过研究传统的过程参数截面检测数据采集系统采用模拟滤波和模拟解调方案的不足，本课题以截面数据采集系统的实时性性能的提高为出发点，设计了基于FPGA数字信号处理技术的数字滤波和数字解调方案；2.通过研究CompactPCI总线技术的发展与应用，本课题从截面数据采集系统的稳定性和实时性出发，以截面数据采集系统的工业应用与推广为目的，设计了基于CompactPCI总线技术的过程参数截面数据采集系统方案；3.完成过程参数截面检测数据采集系统的各个模块的电路原理和印制电路板的设计，并进行系统硬件平台的搭建，初步对系统的各个模块进行调试，并根据实验对系统性能进行分析评估。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 过程层析成像技术简介  9
  1.2 电学层析成像技术的发展  9-11
  1.3 截面检测技术的研究方向及难点  11-13
  1.4 CompactPCI 总线和 FPGA 技术简介  13-15
    1.4.1 Compact PCI 总线简介  13-14
    1.4.2 FPGA 技术简介  14-15
  1.5 课题来源及主要研究内容  15
  1.6 本论文组织安排  15-17
第二章 截面数据采集系统中的数字信号处理  17-25
  2.1 数字滤波技术  17-23
    2.1.1 数字滤波器原理与分类  18
    2.1.2 FIR 数字滤波器  18-20
    2.1.3 FIR 数字滤波器窗函数设计方法及实现  20-23
  2.2 数字解调算法  23
  2.3 数字信号处理性能分析  23-25
第三章 截面数据采集系统功能模块设计  25-43
  3.1 截面数据采集系统模块化结构  25-26
  3.2 信号发生及模式选择模块设计  26-36
    3.2.1 CompactPCI 总线及接口模块设计  27-30
    3.2.2 FPGA 最小系统设计  30-32
    3.2.3 信号发生模块  32-34
    3.2.4 压控电流源（VCCS）模块  34-35
    3.2.5 电极选通模块  35-36
  3.3 信号调理模块设计  36-40
    3.3.1 电极驱动模块  37
    3.3.2 截面选择模块  37-38
    3.3.3 差分放大模块  38-40
  3.4 AD 采集模块  40-41
  3.5 模块化设计总结  41-43
第四章 系统模块控制程序设计  43-49
  4.1 基于 FPGA 状态机的 CompactPCI 接口芯片控制程序设计  43-45
    4.1.1 状态机简介  43-44
    4.1.2 接口芯片控制状态机分配  44-45
  4.2 DDS 芯片控制程序设计  45-46
  4.3 AD 转换芯片控制程序设计  46-49
第五章 系统功能模块的测试与评估  49-56
  5.1 正弦激励电流源性能调试  49-51
  5.2 系统采集速度计算  51-52
  5.3 采样时间和数字信号处理时间对系统性能影响  52
  5.4 调试工作总结及建议  52-56
    5.4.1 调试测试点的选取  53
    5.4.2 模块化调试方法  53-54
    5.4.3 模拟地与数字地的处理  54-56
第六章 总结与展望  56-58
参考文献  58-63
发表论文和参加科研情况说明  63-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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