礦用便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、現(xiàn)代化數(shù)據(jù)測(cè)量中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能是關(guān)系到儀表是否能正確反映被測(cè)量相關(guān)參數(shù)的重要環(huán)節(jié)。在采煤技術(shù)快速發(fā)展的今天，采煤安全也越來越受到人們的關(guān)注，許多井下傳感器也得到了快速發(fā)展和應(yīng)用。而隨著儀表應(yīng)用時(shí)間的增長，電子元器件的老化和應(yīng)用環(huán)境的變化的影響，每一款測(cè)量儀表不可能長期地、穩(wěn)定地、精準(zhǔn)地運(yùn)行。因此定期檢測(cè)儀表的精確程度和穩(wěn)定程度就成了保證測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和及時(shí)預(yù)警發(fā)現(xiàn)故障的重要工作。本文描述了采用優(yōu)良性能芯片制作的一款礦用便攜式數(shù)據(jù)

2、采集系統(tǒng)，完成煤礦井下數(shù)據(jù)的采集工作。
　　 此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用DSP芯片作為信號(hào)處理的核心，DSP把數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波、變換、分解等處理。信號(hào)的有效成分通過高速緩沖數(shù)據(jù)串行通訊的方式發(fā)送至存儲(chǔ)設(shè)備或者片上FLASH?；蛘哂葾RM7控制對(duì)信號(hào)做存儲(chǔ)、傳輸、顯示等輸出處理。24位分辨率∑-△型模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為礦井下信號(hào)采集核心，可以有效減小模數(shù)轉(zhuǎn)換帶來的誤差，對(duì)其I/O的寫操作可以完成對(duì)其所有的控制功能。為配合此芯片的多通道切換和功能

3、擴(kuò)展，采用一片復(fù)雜可編程邏輯器件對(duì)其發(fā)送指令代碼，完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各個(gè)通道的觸發(fā)、關(guān)斷、頻率轉(zhuǎn)換、模式轉(zhuǎn)換等設(shè)置。
　　 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中充分利用了現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)，采用CADENCE軟件繪制了系統(tǒng)的原理圖，在繪制原理圖工作中利用電子元件的各種仿真模型和網(wǎng)絡(luò)模型，分析了元器件搭配的可行性，并采取邊繪圖邊糾錯(cuò)的方式避免了很多錯(cuò)誤。系統(tǒng)設(shè)計(jì)從電子元器件的功能方面和經(jīng)濟(jì)方面都做出了分析，并找出折中點(diǎn)完成性價(jià)比的優(yōu)化。例如電路中采用了

4、多片I2C擴(kuò)展芯片擴(kuò)展了控制接口的同時(shí)節(jié)約了系統(tǒng)的成本。鑒于DSP芯片的控制功能有限的特點(diǎn)，特別為系統(tǒng)配置了一片ARM芯片作為統(tǒng)籌控制的核心，負(fù)責(zé)向DSP和模數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送控制指令。
　　 煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，相對(duì)封閉，各種信號(hào)產(chǎn)生的干擾夾雜在被測(cè)信號(hào)中，信號(hào)采集以后要達(dá)到應(yīng)用需求，還需要做相應(yīng)處理，算法是實(shí)現(xiàn)處理功能的鑰匙，為此本文分別設(shè)計(jì)了快速傅里葉變換算法，有限沖擊響應(yīng)濾波器算法和無限沖擊響應(yīng)濾波器算法，用來提取特定頻率信號(hào)和

5、濾除特定信號(hào)。
　　 針對(duì)DSP和ARM等耗電量相對(duì)較大的芯片，做出了電流的計(jì)算和估計(jì)，并結(jié)合便攜式應(yīng)用的特點(diǎn)，選擇了系統(tǒng)的電源形式為開關(guān)電源與線性電源共同使用的方案。針對(duì)開關(guān)電源對(duì)系統(tǒng)的干擾較大的問題，對(duì)PCB布線做出了相應(yīng)的規(guī)劃。在其它的電路設(shè)計(jì)中也充分考慮到了高速電路的電磁兼容問題和信號(hào)完整性的問題，并在元器件的選擇上作出了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
　　 本系統(tǒng)的硬件開發(fā)為系統(tǒng)的再次擴(kuò)展留有接口，可以采用多種控制方式，也可以采