吴军[1]2016年在《可用于大科学装置的数据采集和信号处理系统的研究》文中研究指明随着核技术越来越深入科研、军事、工业以及消费领域,为核科学技术研究发展而建设的大科学装置也逐渐增多。这些装置的稳定可靠运行离不开配套的支撑平台为其提供运行监控,反馈控制,信号采集,数据分析等服务。神龙一号直线感应加速器是一套利用电磁感应加速带电粒子的加速器,在闪光X照相,自由电子激光以及高功率微波等科研、工业领域有着广泛的应用。在神龙一号的研制、调试与运行工程中,需要各种测量手段对其工作进行监控。与此同时,国际可控热核聚变实验反应堆(ITER)是为开展人工可控核聚变而建设的托卡马克装置。在可控核聚变装置中,等离子体参数测量、中子通量以及中子能谱反映出反应堆的工作状态,对这些量的监测同样需要一套合适的数据采集与处理系统。本文通过分析以上两类大科学装置对数据采集与处理系统的需求,本文提出了一套能与它们相适应的数据获取系统并加以实现,经测试系统的电子学性能和数据处理能力均达到设计要求,已部分投入试验运行。加速器束流监测作为加速器监测中的重点,本文将通过理论分析与实际情况重点讨论神龙一号中束流信号的获取与束流位置的获取方式以及对相关数据的处理方法。第一章节首先介绍神龙一号直线感应加速器和国际可控聚变堆的背景、原理以及发展。结合两个大型核科学实验装置继而提出了他们对数据采集系统的需求,论述了两种大型装置中数据采集的共同点以及其中的关键问题,分析和解决相应的关键问题从而确立了本文研究的方向、重点和研究的内容。第二章主要介绍了大型实验装置运行监测中的关键问题的解决方案以及国内外的研究现状,以及在工程领域的实现。第三章中根据大型实验装置中各个测量量进行相关的理论分析与实际需求,提出了硬件设计总体方案以及其功能需求和设计的关键点第四章详细阐述FPGA的开发流程以及程序设计,包括硬件接口的实现以及举例说明束流位置测量的设计思想和实现方式。第五章介绍了系统的测试,包括电子学各项性能的测试,以及直线感应加速器中束流位置的测试并得出测试结果。第六章对测试性能进行了总结分析,并对系统以后的发展提出了展望本课题的研究目标是大科学装置中数据的采集与处理,实现了能够满足相应工程领域规范化的数据采集系统,同时对具体数据获取要求实现了定制化分析和处理,建立了一套适用于大科学装置的数据获取与处理系统。该系统能实现多通道数据的精确同步采集,数字波形判选甄别,在线可重构实现无障碍系统迁移,有效提高了系统的通用性,降低了系统成本和复杂度。论文详细介绍了硬件实现与数据处理,通过实验验证了加速器测量和ITER反应堆测量中所需要的相关功能。
王小敏[2]2011年在《基于ICS554的外辐射源雷达高速数据采集与处理系统设计》文中指出高速数据采集模块是雷达接收系统前端最重要的模块之一,对后续的信号与信息处理起着至关重要的作用。本文首先对外辐射源雷达技术和数据采集技术做了简要概述,随后介绍了数据采集与处理相关的理论基础,提出了一种基于多PC架构的半实时数据采集与处理系统的设计方案。其中着重介绍一款高性能的高速数据采集卡ICS554。介绍分为硬件描述和软件实现两个部分。硬件描述包括ICS554各个组成模块的性能指标、功能以及操作方法。软件实现则主要介绍采用C语言编写的数据采集控制程序以及相关的数据处理方法,并对实验的实测数据进行了细致地分析。经测试,这种基于ICS554和多PC架构的高速数据采集与处理系统,适用于多种外辐射源,可以完成半实时的目标定位与跟踪任务。
曹保银[3]2007年在《基于FPGA和IEEE1394总线的高速数据采集系统的设计》文中进行了进一步梳理针对传统数据采集系统存在的便捷性差、速度慢、实时性差、可靠性低等弱点,利用目前较先进的FPGA和IEEE1394总线技术设计了高速数据采集系统,该系统具有便捷性好、速度快、实时性好、可靠性高等优点,为超高速数据采集系统的设计奠定了技术基础。随着人类进入信息时代,信息技术(IT)特别是计算机技术得到了快速发展,在工农业生产、医疗和科研等领域,人们对数据采集、传输与处理的各项技术指标提出了更高的要求,如:采样率、分辨率、线性度、精度、输入范围、控制方法以及抗干扰能力等提出了越来越高的要求。我国利用高速的IEEE1394总线技术在这一领域的应用却相对落后,本课题就是出于这一目的而提出来的。本课题包括系统硬件电路、控制程序、驱动程序和应用程序的设计以及控制程序的仿真。具体有信号调理电路(PGA模块)、A/D转换模块,串行可编程接口、双口RAM、FPGA、即插即用模块、FIFO存储器模块、电源模块、控制逻辑、时钟电路和配置电路等模块:对数据采集理论基础、IEEE1394总线技术、系统的硬件设计、控制程序的设计以及部分辅助电路作了详细的阐述。同时,利用了ALTERA公司的FPGA芯片所支持的仿真软件QUARTUSⅡ6.0对控制程序进行了仿真,验证了此设计的合理性:对系统的驱动程序和应用程序作了简述,并对系统存在的干扰作了分析,而且从硬件和软件两个方面进行了抗干扰设计,以提高系统的可靠性和稳定性。最后对高速数据采集系统的发展作了展望。随着集成电路、网络技术、总线技术等的飞速发展,数据采集系统将向着小型化、便捷化、网络化等发展,将对国民经济的发展产生深远的影响。
董齐[4]2017年在《基于FPGA的分布式光纤测振仪设计》文中研究说明振动信号检测通常采用点式分离的传感器作为信号采集装置,这类方法对机械设备故障检测具有良好效果,但不适用于长距离分布式的振动测量。相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术作为一种分布式振动信号检测的新型方案,克服了上述的不足,在振动领域应用广泛。在实际工程中,振动信号的快速性和瞬时性对数据采集速率和数据传输速度提出了较高的要求。FPGA由于并行运行快、灵活度高和高速处理等优点,常用于信号的高速采集,将FPGA技术应用于分布式光纤振动传感系统中,实现信号的高速处理与振动事件的实时定位和解调很有必要。为了实现对振动事件的实时定位和解调,本文设计并实现了基于FPGA的分布式光纤测振仪。整个测振系统分为三部分:分布式光学测振平台、高速数据采集系统和上位机监控软件。其中分布式光学测振平台作为系统的第一部分,实现了由外界振动信号向光信号的转化,然后通过光电转换为电信号。高速数据采集系统作为系统的中间层,将光电转换器输出的模拟信号转换为数字信号并进行数据处理,再将数据传输给上位机。上位机监控软件将接收到的数据配合设计的算法程序,将结果输出,提供了整个系统的控制和数据显示功能。主要的研究内容如下:首先,从振动信号对光相位的调制以及通过检测光相位引起的光强变化来实现对振动信号的解调,阐述了振动检测的基本原理,根据指标要求进行了器件的选型并设计了基于振动检测原理的分布式光纤振动检测系统的方案,搭建了Φ-OTDR分布式振动检测的光学平台。采用示波器捕获光学平台的后向瑞利散射信号并结合Matlab,对后向散射曲线进行了分析,初步验证了系统能够成功对振动事件检测和解调。接着,基于AD9226芯片和Altera的FPGA芯片设计了高速数据采集系统:首先确定了整体的数据采集方案,设计了外围衰减电路和传输电路;然后,提出了两种数据采集方案,一种基于串口传输的单点数据采集方案:一种基于USB2.0传输的连续数据采集方案,详细阐述了USB2.0、CY7C68013A以及Slave FIFO的基本原理和数据的读写时序等,建立对应采集模型,并将采集系统结合光学平台对光纤沿线分布式实时采集进行了验证;研究MFC的程序开发框架和系统的可视化需求,设计了上位机监控界面的总体方案,对主要功能模块以及软件实现代码进行了具体说明,包括参数设置、数据处理、信号显示等单元,实现了实时数据显示与存储功能。最后,建立了完整的分布式振动测量系统,并通过实验进行验证。实验结果表明:系统能够在11.5km的传感范围上实现20m的定位误差和30m的空间分辨率,频率响应线性度良好,响应时间快,各个指标均满足项目的要求,系统同时还能响应正弦波、方波和冲击信号,特征鲜明,效果显著。
纪大伟[5]2011年在《基于PCI总线的多通道信号实时采集处理系统设计与实现》文中研究指明信号采集与处理技术是信息技术的重要组成部分，以计算机技术、电子学技术以及测试计量技术等为基础，是获取信息的有效手段和主要途径。多轴多通道联动控制系统采用现代运动控制学科的众多核心技术，广泛应用于多轴联动数控加工中心、多自由度工业机器人以及空间遥感器载荷的运动机构等领域。多轴多通道联动控制系统的技术发展、性能升级，对于运动控制系统测试设备的性能要求不断提高。为了克服传统测试设备信号通道单一、数据传输速率慢、检测信息实时性差等不足，满足多通道并行测试、高速传输与实时显示检测数据的需求，提出集PCI总线与FPGA技术于一体的的多通道信号实时采集处理系统设计方法，充分利用PCI总线传输速率高和FPGA数据分析处理快的特点，实现多通道信号并行、实时、高速采集处理的目的。依据多轴联动控制仿真测试设备的性能和应用需求，给出了信号频率检测、幅值检测和光电编码器反馈的仿真测试模型，设计了基于PCI总线的多通道信号实时采集处理系统，完成了系统的电路设计、驱动程序和应用程序设计。针对高速并行采集多通道驱动控制信号的特点，在FPGA内部采用仿真测试模型及相应算法进行数据分析与处理；产生的检测数据通过PCI总线高速传输给主控计算机进行存储与实时显示；产生的反馈数据采用RS‐422串行通信反馈给运动控制系统。采用两轴联动的4相8拍步进电机驱动控制系统作为被测系统进行仿真测试实验，实验结果表明：该信号采集处理系统能够并行、实时采集处理工作频率≤1KHz，电压幅值≤12V的双通道8路驱动控制信号；采样频率12MHz、采样精度12bit；实时显示各路信号的频率、幅值、转向及故障判别等信息，同时由驱动控制系统实时显示反馈信息，满足多轴联动控制仿真测试设备的应用需求。
姜泽伟[6]2017年在《VXI总线200MSa/s四通道数据采集与处理模块研制》文中研究指明在仪器测量领域中,对自主化、高性能、高可靠性的数据采集与处理模块需求迫切,鉴于此本课题研制一款基于VXI总线200MSa/s四通道数据采集与处理模块。通过对模块功能、实际需求和技术指标的分析,本文给出了高速数据采集模块的设计方法,解决了模拟通道调理电路设计、高速数据采集和存储、基于Zynq嵌入式系统的波形参数计算以及VXI总线寄存器基的驱动程序应用等问题。为满足高带宽和大动态范围模拟信号的调理需求,借助PSpice AD仿真工具设计模拟通道调理电路。由时钟芯片提供高达200MHz LVDS驱动型时钟信号,ADC芯片根据高频时钟信号完成200MSa/s高速采样。使用PS和PL之间的HP接口完成高速数据交互,将采集数据缓存至DDR3中。缓存在DDR3中的采集数据,合理分配计算任务,最终在Zynq上实现嵌入式波形参数计算及FFT运算。为了实现上位机和模块之间的数据传输,使用自定义IP核将VXI寄存器挂载至AXI4-Lite总线上。在仪器软面板设计中,通过调用VISA驱动函数,实现上位机与模块间的参数配置和数据传输。采集数据最终通过VXI总线上传至软面板并显示。最后,对数据采集模块的基本功能进行测试。测试结果表明,模拟通道调理电路满足10Hz~100MHz模拟信号的调理需求,带宽范围内频率响应曲线平坦度表现较好。此外,数据采集模块完成高速数据采集与存储功能,并在仪器软面板中显示采集数据、波形参数以及FFT运算结果。
赵宇玲[7]2008年在《基于FPGA的信号采集与处理系统设计与实现》文中认为随着计算机科学和芯片制造工艺的飞速发展,数据采集、处理和传输这三大信息技术基础相互促进,推动着数字系统向着大容量、小体积、高速度的方向发展。FPGA凭借其灵活性、适应性和可重构性使得这一趋势成为现实。目前,结合高速ADC和大容量SDRAM,以单片FPGA为核心控制与处理芯片的数字系统成为研究的热点。本文以Xilinx公司的Virtex-4 FPGA为平台,设计实现了一个四道并行信号采集与处理系统,并通过USB2.0接口实现与PC通信。整个系统主要分为四部分:信号调理模块、采样模块,信号预处理模块和数据存储控制模块。其中信号调理模块对输入信号执行滤波、放大处理;采样模块采样率可控,负责对调理后的信号进行A/D变换,变换精度为12bit;信号预处理模块首先对采样数据进行滑动,然后传输至FPGA进行FFT处理;数据存储控制模块对预处理的结果进行缓存。本设计为了提高FFT处理器的精度和效率,采用乒乓操作和并行流水线技术,实现的FFT处理器完成四路1024点FFT运算耗时约10.24μs,相比原来的DSP实现方案,性能大大提高,成本大大降低。本文最后介绍了硬件设计中高速电路的信号完整性解决方案,设计制作了信号调理及采样电路板和信号处理电路板,并将设计软件下载到FPGA进行了调试。测试结果表明本设计的性能达到技术指标要求。
郭海超[8]2009年在《高速图像数据采集与处理技术研究》文中指出面对高速光谱仪的分辨率高和精度高问题,需要对高速光谱仪数据进行大容量采集和存储,数据采集技术是信息领域中的一个重要方面,同传感器技术、信号处理技术、计算机技术一起构成了现代检测技术的基础。再之多光谱成像产生单光谱图像像素位置互相之间的不一致,需要对图像数据进行图像配准。图像配准是遥感图像处理,目标识别,图像重建,机器人视觉领域中的关键技术之一。整个系统的设计是硬件和软件相结合,采用新的高速数据采集和存储器件和软件来搭建系统。硬件部分是PCIE-1429高速采集卡,和自己研制的转接仿真卡,仿真卡是产生高速多种数据源,实现采集卡硬件系统的数据转换和各种控制的测试。软件部分是应用LabVIEW软件来搭建平台,实现对硬件部分的数据界面化采集存储和指令控制。在对高速数字图像存储采用的是磁盘阵列实现实时存储,达到硬盘阵列的连续稳定完整性存储。图像配准技术研究部分,系统性的研究仿真像素配准技术。对于亚像素配准技术进行深入的研究,对亚像素配准经典算法进行研究仿真,提出新的亚像素配准算法并仿真实现,对亚像素配准技术中的误差原因进行分析和仿真,对误差信息进行了新的算法修整。整个系统的设计的实现完全满足多种光谱仪的要求,系统稳定可靠,实际应用前景广泛。
安海磊[9]2012年在《高速数据采集存储系统设计》文中研究说明随着信息科学技术的迅速发展，高速数据采集存储系统已广泛应用于雷达、语音识别、图像处理等领域。另一方面，随着制造工艺的发展，采集速度与存储容量也得到了很大的提高，而当前我国对高速数据采集存储系统的研究开发相对还比较落后，因此，研究高性能的信号采集存储系统很有必要。本文论述了四通道1.25Gsps高速AD采集及512GB FLASH存储阵列实现高速数据采集存储系统的设计开发过程。首先简单介绍了高速数据采集存储系统研究的背景和意义，在此基础上根据系统需求，设计了硬件方案，并对各个硬件模块进行了单独分析和研究。然后重点讲述了FPGA逻辑设计的过程及要点，最后对整体的设计工作进行了总结和展望。
张志媛[10]2010年在《基于战术通信网基层的数据融合》文中研究表明随着计算机科学和芯片制造工艺的飞速发展,数据采集、处理和传输这三大信息技术相互促进,推动数字系统向着大容量、小体积、高速度的方向发展。FPGA凭借其灵活性、适应性和可重构性使这一趋势成为现实。因此进行基于FPGA与ARM相结合的高速数据采集与实时处理的研究具有重要的意义。本文首先介绍了数据融合技术的发展现状,结合课题研究的背景和目的,提出了将ARM处理器和FPGA相结合实现多种复杂的底层数据融合的嵌入式平台方案。本文主要完成系统底层数据的高速采集与实时处理的设计与实现。ARM作为主控制器,对整个系统进行控制,FPGA作为协处理器,主要完成了信号的高速采集与实时处理。围绕ARM和FPGA核心芯片,详细分析了外围电路各模块的功能,在此基础上完成了各模块的硬件电路设计。此外,在FPGA中完成了数据高速采集与实时处理的设计与实现。经过对所设计的系统的反复调试和改进,验证了设计的正确性和可靠性,达到了数据高速采集与实时处理的目的,为系统以后在专用集成电路芯片(ASIC)上的实现创造了条件。
参考文献：
[1]. 可用于大科学装置的数据采集和信号处理系统的研究[D]. 吴军. 中国科学技术大学. 2016
[2]. 基于ICS554的外辐射源雷达高速数据采集与处理系统设计[D]. 王小敏. 西安电子科技大学. 2011
[3]. 基于FPGA和IEEE1394总线的高速数据采集系统的设计[D]. 曹保银. 安徽理工大学. 2007
[4]. 基于FPGA的分布式光纤测振仪设计[D]. 董齐. 太原理工大学. 2017
[5]. 基于PCI总线的多通道信号实时采集处理系统设计与实现[D]. 纪大伟. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2011
[6]. VXI总线200MSa/s四通道数据采集与处理模块研制[D]. 姜泽伟. 哈尔滨工业大学. 2017
[7]. 基于FPGA的信号采集与处理系统设计与实现[D]. 赵宇玲. 南京理工大学. 2008
[8]. 高速图像数据采集与处理技术研究[D]. 郭海超. 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）. 2009
[9]. 高速数据采集存储系统设计[D]. 安海磊. 西安电子科技大学. 2012
[10]. 基于战术通信网基层的数据融合[D]. 张志媛. 南京理工大学. 2010
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