学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于NIOS Ⅱ的静电放电引爆瓦斯模拟实验系统研究与实现

作　者: 马胜杰
导　师: 董秀洁
学　校: 中原工学院
专　业: 信号与信息处理
关键词: SOPC NiosⅡ软核处理器瓦斯测量数据采集 LED显示
分类号: TN47
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 18次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

煤炭是我国的基础能源,在我国一次能源生产和消费结构中始终占据70%左右。然而煤矿瓦斯安全事故却频频发生,除了要加强安全管理和技术培训之外,更重要的是对煤矿环境的静电、瓦斯浓度、温度等主要参量进行准确有效的模拟测试。本文的目的是研究设计一种静电放电引爆瓦斯模拟实验系统,可测量在不同氧气浓度、温度下瓦斯引爆的浓度值及人体静电放电电位、电阻及电容值.获取煤矿环境中最易引爆的瓦斯浓度,为制定煤矿人体静电安全标准及煤矿生产安全提供理论和实验依据.本文采用灵活高效的SOPC(System on a Programmable Chip)技术,将Nios II软核处理器、存储器、外设控制器等功能模块嵌入到一片FPGA中,构成系统的核心电路。本系统通过数据采集模块,将采集到的瓦斯、氧气和温度数据在Nios II片上系统中进行处理,并将其处理结果实时显示在LED屏幕上。本文通过对系统的需求分析,确定出系统的总体研究设计方案。选取了FPGA、传感器、A/D等各相关硬件器件,采用Altera公司的Quartus II 9.0系统硬件开发工具、Nios II IDE应用软件开发工具和C语言进行了系统的硬软件的开发和调试,完成了该系统的设计。在此基础上,本文详尽的介绍了瓦斯、氧气和温度的数据采集模块,Nios II控制器模块, LED显示模块等开发过程及程序的实现,并给出了相关软件仿真结果和硬件调试结果。整个系统采用层次化、模块化的设计思想,将Nios II软核处理器系统嵌入到FPGA中,完成片上硬件和软件的设计。结果表明其满足系统的各功能要求。最后,根据本系统的研究设计结果,对系统的特点进行了分析和总结,给出了相关结论,并对该系统的进一步研究提出了展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1. 绪论  9-15
  1.1 课题的背景及意义  9-10
  1.2 SOPC 技术概述  10-11
  1.3 静电及瓦斯监测技术发展与研究现状  11-13
  1.4 课题研究的内容  13-15
    1.4.1 课题来源  13
    1.4.2 本课题研究的内容  13-15
2. 系统总体方案设计  15-18
  2.1 系统目标要求  15
  2.2 系统总体框图  15-16
  2.3 系统中主要模块介绍  16-17
    2.3.1 实验腔体  16
    2.3.2 数据采集模块  16
    2.3.3 主控模块  16-17
    2.3.4 LED 显示模块  17
  2.4 课题的研究方法  17
  2.5 本章小结  17-18
3. 系统的硬件设计  18-31
  3.1 数据采集模块的硬件设计  18-23
    3.1.1 瓦斯浓度采集模块的硬件设计  18-20
    3.1.2 氧气浓度采集模块的硬件设计  20
    3.1.3 温度采集模块的硬件设计  20-23
  3.2 LED 显示模块的硬件设计  23-26
  3.3 主控模块硬件设计  26-28
    3.3.1 FPGA 选型及串行配置电路  26-27
    3.3.2 外部存储单元设计  27-28
  3.4 通信电路的硬件设计  28-29
  3.5 其他外围电路设计  29-30
    3.5.1 电源电路  29-30
    3.5.2 报警电路和状态指示电路  30
  3.6 本章小结  30-31
4. NIOSⅡ片上系统硬件设计  31-39
  4.1 NIOSⅡ软核处理器  31-33
    4.1.1 NiosⅡ处理器简介  31-32
    4.1.2 Avalon 总线简介  32-33
  4.2 开发工具介绍  33-34
    4.2.1 QuartusⅡ简介  33
    4.2.2 SOPC Builder 简介  33-34
  4.3 片上系统的开发流程  34-35
  4.4 NIOS II 片上系统硬件设计  35-38
    4.4.1 NiosⅡ核及外设的构建  36-38
    4.4.2 复位电路和时钟模块的设计  38
  4.5 本章小结  38-39
5. 系统软件设计及实现  39-55
  5.1 软件开发环境介绍  39-40
  5.2 数据采集模块的软件设计  40-47
    5.2.1 瓦斯采集模块的软件设计  40-42
    5.2.2 氧气采集模块的软件设计  42-43
    5.2.3 温度采集模块的软件设计  43-47
  5.3 LED 显示部分的软件设计  47-50
    5.3.1 LED 显示接口时序软件设计  47-49
    5.3.2 LED 数据结构转换的软件设计  49-50
  5.4 主控单元的软件设计  50-53
  5.5 UART 通信模块的软件设计  53-54
  5.6 本章小结  54-55
6. 总结与展望  55-58
  6.1 系统调试结果  55-56
  6.2 总结  56-57
  6.3 展望  57-58
参考文献  58-62
附录1：系统总附图  62-63
附录2：硕士研究生学习阶段发表论文  63-64
致谢  64-65

相似论文

基于WinCE平台的故障分析仪应用程序设计与开发,TP311.52
光探针测量系统中瞄准信号的检测与处理的研究,TH74
基于FPGA的电磁超声检测系统的研究,TH878.2
基于LAH032.905标准的汽车点火线圈终检系统研究,U472.9
基于MODBUS的发电厂数据采集系统的研究,TM621
基于SOPC的可穿戴机多处理器设计,TP332
基于信号完整性分析的高速数采卡设计,TP274.2
基于DSP的三维测头数据采集处理系统的研制,TP274.2
基于FPGA的电感传感器数据采集系统的研制,TP274.2
基于USB2.0的高速数据采集系统,TP274.2
基于FPGA的高速实时数据采集系统,TP274.2
节能与新能源汽车数据采集与高原适配技术探索研究,U469.7
基于DSP的水声信号采集系统研究,TP274.2
声学计算机键盘原理研究与实现,TP334.23
井下数据采集与传输方法研究,TE938
基于DSP的单频激光实时信号解调方法研究,TN911.3
足球运动数据采集系统设计,TP212.9;TP274.2
F企业借助 RFID 改善i产品生产数据采集研究及应用,TP274.2
CAN总线技术在气象监测系统中的应用研究与实现,P409
水情自动监测系统的设计与实现,P335
在Cortex-M3上实现基于μC/OS-Ⅱ和CAN总线的实时数据采集系统,TP274.2