基于FPGA的煤礦突水監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計.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(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)計方案。
　　 論文首先討論了：FPGA的技術(shù)技術(shù)特點

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(shù)實現(xiàn)與上位機通信。
　　 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，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)計原則。
　　 論文的硬件設(shè)計部分對系統(tǒng)的關(guān)鍵因素：電源、時鐘、AD轉(zhuǎn)換、CAN總線接口和下載電路等部分的設(shè)計與實現(xiàn)過程都做了詳細的闡述。重點介紹了電源電路、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)計中的抗干擾措施。
　　 在軟件設(shè)計部分，論文詳細介紹了FPGA內(nèi)部各子模塊的具體功能和實現(xiàn)方式：時鐘模塊、數(shù)字濾波器和FIFO緩存模塊利用Quaitus設(shè)計平臺中的：MegaWizarld插件管理工具定制實現(xiàn)；AD控制模塊和CAN總線接口控制模塊采用有限狀態(tài)機設(shè)計實現(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)進行了功能測試，驗證了設(shè)計功