基于FPGA的煤礦突水監(jiān)測數據采集系統(tǒng)的設計.pdf

1、煤礦突水災害一直是困擾和制約煤炭生產的五大災害之一。隨著我國多數煤層的開采進入深層位，開采深度、開采強度、開采速度、開采規(guī)模的增加和擴大，近年來煤礦水害一直呈高發(fā)趨勢。針對當前煤礦開采過程中突水監(jiān)測參數單一、動態(tài)監(jiān)測不夠完善的狀況，本論文提出了一種基于現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)技術的多參數煤礦突水監(jiān)測數據采集系統(tǒng)設計方案。
　　 論文首先討論了：FPGA的技術技術特點

2、和基本結構，選定了A1tera公司的(Cyclone EPlC6Q240C8芯片作為系統(tǒng)數據處理和控制核心。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綜合設計平臺和ModelSim仿真工具。另外，由于井下環(huán)境惡劣、突水監(jiān)測點隨機，系統(tǒng)采用了CAN總線技術實現與上位機通信。
　　 在基本理論部分，通過分析研究煤礦突水災害的預警原理，提取了煤礦突水前變化較為明顯的四種

3、物理量：溫度、應力、應變、水壓作為監(jiān)測對象。同時，簡要介紹了數據采集技術和井下監(jiān)測系統(tǒng)的設計原則。
　　 論文的硬件設計部分對系統(tǒng)的關鍵因素：電源、時鐘、AD轉換、CAN總線接口和下載電路等部分的設計與實現過程都做了詳細的闡述。重點介紹了電源電路、AD轉換電路；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)內部電路供電；AD轉換采用的AD7862芯片為四通道模擬輸入，兩路信號同時采樣，單通道最高采樣頻率為1

4、25KHz。
　　 隨后，簡要介紹了本設計中的抗干擾措施。
　　 在軟件設計部分，論文詳細介紹了FPGA內部各子模塊的具體功能和實現方式：時鐘模塊、數字濾波器和FIFO緩存模塊利用Quaitus設計平臺中的：MegaWizarld插件管理工具定制實現；AD控制模塊和CAN總線接口控制模塊采用有限狀態(tài)機設計實現。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)進行了功能測試，驗證了設計功