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基于SOPC技术的井下监测系统设计

杨艳  
【摘要】: 随着国家对煤矿资源的大力开发,意外事故时有发生,煤矿安全生产也变得尤为重要。要减少煤矿事故的发生,除了要加强管理和安全技术培训外,最重要的是准确有效的对矿井环境进行实时监测。本文的目的就是研究设计一个新型的能实时监测井下的各种气体浓度的监测系统,对确保井下人员及安全生产具有现实意义。 SOPC(可编程的片上系统)是Altera公司提出的一种灵活高效的片上系统的解决方案,它将软核处理器、存储器、I/O口等系统设计需要的功能模块集成到一个FPGA器件上,构建成一个可编程的片上系统。本文基于它的可编程灵活性和IP功能模块可重用性等特点,将井下实时监测控制系统在一片FPGA中得以实现。并结合短距离无线通信技术,实现了对井下瓦斯、氧气和温度等信号的实时无线传输。 本文根据系统的设计任务和通过对监测系统的需求分析,确定了系统的总体设计方案。选用了Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C35器件,通过QuartusⅡ6.0进行了片上系统开发和设计,利用Altera公司的NiosⅡIDE采用C语言进行软件编程与调试。在此基础上,本文详细叙述了数据采集、无线数据传输、串行通信以及液晶显示等模块的硬件设计和软件设计流程。同时采用VHDL(硬件描述语言)实现了自定义的CAN IP核的设计,并给出了仿真结果。整个系统采用先进的层次化设计思想,充分利用了FPGA芯片的资源,在设计中引入了NiosⅡIP核技术,实现了以Avalon总线为构架的一个片上控制系统。硬件测试表明该控制系统满足井下监测系统的要求。 最后,根据本系统实际研究和设计的结果,对系统的特点进行了分析总结,并对系统的进一步研究提出了建议和展望。


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