基于FPGA的煤礦突水監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、煤礦突水災(zāi)害一直是困擾和制約煤炭生產(chǎn)的五大災(zāi)害之一。隨著我國多數(shù)煤層的開采進(jìn)入深層位，開采深度、開采強(qiáng)度、開采速度、開采規(guī)模的增加和擴(kuò)大，近年來煤礦水害一直呈高發(fā)趨勢。針對當(dāng)前煤礦開采過程中突水監(jiān)測參數(shù)單一、動態(tài)監(jiān)測不夠完善的狀況，本論文提出了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)技術(shù)的多參數(shù)煤礦突水監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。
　　 論文首先討論了：FPGA的技術(shù)技術(shù)特點(diǎn)

2、和基本結(jié)構(gòu)，選定了A1tera公司的(Cyclone EPlC6Q240C8芯片作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和控制核心。接著介紹了FPGA的典型開發(fā)流程、Vcrilog硬件描述語言(Vcrilog HDL)、Quartus ll綜合設(shè)計(jì)平臺和ModelSim仿真工具。另外，由于井下環(huán)境惡劣、突水監(jiān)測點(diǎn)隨機(jī)，系統(tǒng)采用了CAN總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信。
　　 在基本理論部分，通過分析研究煤礦突水災(zāi)害的預(yù)警原理，提取了煤礦突水前變化較為明顯的四種

3、物理量：溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、水壓作為監(jiān)測對象。同時(shí)，簡要介紹了數(shù)據(jù)采集技術(shù)和井下監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。
　　 論文的硬件設(shè)計(jì)部分對系統(tǒng)的關(guān)鍵因素：電源、時(shí)鐘、AD轉(zhuǎn)換、CAN總線接口和下載電路等部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程都做了詳細(xì)的闡述。重點(diǎn)介紹了電源電路、AD轉(zhuǎn)換電路；為減少干擾，電源電路采取隔離供電方式分別給輸入，輸出接口電路和系統(tǒng)內(nèi)部電路供電；AD轉(zhuǎn)換采用的AD7862芯片為四通道模擬輸入，兩路信號同時(shí)采樣，單通道最高采樣頻率為1

4、25KHz。
　　 隨后，簡要介紹了本設(shè)計(jì)中的抗干擾措施。
　　 在軟件設(shè)計(jì)部分，論文詳細(xì)介紹了FPGA內(nèi)部各子模塊的具體功能和實(shí)現(xiàn)方式：時(shí)鐘模塊、數(shù)字濾波器和FIFO緩存模塊利用Quaitus設(shè)計(jì)平臺中的：MegaWizarld插件管理工具定制實(shí)現(xiàn)；AD控制模塊和CAN總線接口控制模塊采用有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。軟件編程采用Verilog硬件描述語言，最大限度的保證了系統(tǒng)軟件的可移植性。并對系統(tǒng)進(jìn)行了功能測試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)功