礦用便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計.pdf

1、現(xiàn)代化數(shù)據(jù)測量中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能是關系到儀表是否能正確反映被測量相關參數(shù)的重要環(huán)節(jié)。在采煤技術快速發(fā)展的今天，采煤安全也越來越受到人們的關注，許多井下傳感器也得到了快速發(fā)展和應用。而隨著儀表應用時間的增長，電子元器件的老化和應用環(huán)境的變化的影響，每一款測量儀表不可能長期地、穩(wěn)定地、精準地運行。因此定期檢測儀表的精確程度和穩(wěn)定程度就成了保證測量系統(tǒng)穩(wěn)定運行和及時預警發(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芯片作為信號處理的核心，DSP把數(shù)字信號進行濾波、變換、分解等處理。信號的有效成分通過高速緩沖數(shù)據(jù)串行通訊的方式發(fā)送至存儲設備或者片上FLASH?；蛘哂葾RM7控制對信號做存儲、傳輸、顯示等輸出處理。24位分辨率∑-△型模數(shù)轉換器作為礦井下信號采集核心，可以有效減小模數(shù)轉換帶來的誤差，對其I/O的寫操作可以完成對其所有的控制功能。為配合此芯片的多通道切換和功能

3、擴展，采用一片復雜可編程邏輯器件對其發(fā)送指令代碼，完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各個通道的觸發(fā)、關斷、頻率轉換、模式轉換等設置。
　　 在系統(tǒng)的設計過程中充分利用了現(xiàn)代電子設計技術，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絡模型，分析了元器件搭配的可行性，并采取邊繪圖邊糾錯的方式避免了很多錯誤。系統(tǒng)設計從電子元器件的功能方面和經濟方面都做出了分析，并找出折中點完成性價比的優(yōu)化。例如電路中采用了

4、多片I2C擴展芯片擴展了控制接口的同時節(jié)約了系統(tǒng)的成本。鑒于DSP芯片的控制功能有限的特點，特別為系統(tǒng)配置了一片ARM芯片作為統(tǒng)籌控制的核心，負責向DSP和模數(shù)轉換器發(fā)送控制指令。
　　 煤礦井下環(huán)境復雜，相對封閉，各種信號產生的干擾夾雜在被測信號中，信號采集以后要達到應用需求，還需要做相應處理，算法是實現(xiàn)處理功能的鑰匙，為此本文分別設計了快速傅里葉變換算法，有限沖擊響應濾波器算法和無限沖擊響應濾波器算法，用來提取特定頻率信號和

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