文档介绍：计算机课程设计论文
题目: 基于FPGA的漏磁检测电路设计
学院: 测试与光电工程学院
专业名称: 电子科学与技术
班级学号: 09083120
学生姓名: 陶智
指导教师: 柴明钢
二零一二年六月
基于FPGA漏磁检测电路设计
学生姓名:陶智班级:090831
指导老师:柴明钢
摘要: 铁磁材料缺陷的漏磁检测是一种有效的无损检测技术,能够在不影响和破坏材料的属性的情况下,完成对设备和材料存在的缺陷检测。它在提高生产安全性、防止事故的发生、减小经济损失中发挥非常重要的作用。传统的集成电路设计中,传感器的控制通常由MCU(以C51单片机为代表)来完成。以往的传感器,其精度比较低,采样周期较长,MCU尚且可以胜任。但是随着对检测速度、精度的要求越来越高,检测过程会产生非常大的数据,处理和保存这些数据就超出了MCU的能力,因此很有必要对检测技术进行改进。
FPGA(Field-Programmable Gate Array现场可编程门阵列)具有高速、高集成度和在线可编程等优点,在设计过程中具有极大的灵活性和可靠性,本设计中采用Altera 公司的Cyclone ii系列EP2C5T144C8N。
本次设计根据漏磁检测原理,设计了基于FPGA的漏磁检测硬件电路控制模块,克服传统的以MCU作为控制器带来的采样速度和效率上的瓶颈。这些模块主要包括磁场信号采集、通道选择、模数转换、串口通信等4个模块。其中磁场信号采集利用霍尔传感器UGN3503,通道选择用CD4052BE实现,模数转换用ADC0809实现;串口通信模块实现FPGA与PC机通信。在设计过程中,用VHDL语言来编写总体控制部分实现对各模块的控制,包括控制通道选择的地址信号、控制模数转换的开始与停止及控制FPGA的串口发送。从QUARTUS II软件仿真结果可以看出,FPGA作为总体控制模块,能够实现数据的实时采集,体现了其对外围电路的良好控制性。从调试结果可以得出,基于FPGA的漏磁检测系统及控制具备相当的可行性及实用性。
关键字:漏磁检测 FPGA 信号采集串口通信
目录
1 引言 3
2 系统的软件设计 3
设计平台Quartus II 4
通道选择控制模块 4
A/D转换控制模块 5
串口通信模块 6
分频与倍频模块 8
3 仿真与调试 9
FPGA调试简介 9
通道选择控制模块仿真及调试 9
A/D转换控制模块仿真及调试 10
串口通信模块仿真及调试 11
顶层设计仿真及调试 12
4 设计结果与总结 13
结果与总结 13
参考文献 14
致谢 14
管道作为一种经济、高效而安全的物料传输手段,在石油化工及天然气等产业中具有不可替代的作用。但铁磁性油气输送管道因长时间的腐蚀、磨损及意外的机械损伤等原因会形成机械裂纹和腐蚀穿孔等各种缺陷。如果不能及时发现、修理这些缺陷,将导致输送效率降低、输送介质泄露等恶性事故。因此研究高效、经济可行的管道长距离无损检测技术及研发高精度在线管道漏磁检测系统具有极大的现实意义和经济效益。
管道检测技术的研究已有近四十年历史,它是一个涉及多学科领域的研究项目,具有大量的理论研究问题和大量的工程技术问题。六十年代初,美英率先将无损检测技术(NDT)应用于清管器(PIG)上,将原来用于清管作业的PIG改进为具有信息采集、处理、存储等功能的智能检测PIG。随后,各国先后研制出漏磁型、超声型、涡流型的智能检测PIG。目前应用于管道无损检测的方法包括有超声检测、射线检测、涡流检测、漏磁检测及渗透检测,这五种方法就是人们常说的五大常规无损检测技术。除此以外,还包括有微波检测技术、激光检测技术、红外检测技术等非常规检测手段,在这些方法中漏磁检测技术是应用最广泛、技术最成熟的铁磁性管道缺陷检测技术,它适于多种传输介质,对铁损失等最常见的管道缺陷有非常好的检测效果。
2 系统的软件设计
设计平台Quartus II
FPGA中软件设计的平台是Altera公司的Quartus II开发系统,Quartus II是综合性的PLD开发软件,支持原理图,各种硬件描述语言以及多种设计输入形式,自身带有综合器和仿真器,可以完成从硬件设计,软件设计,仿真到硬件配置的完整设计流程。Quartus II同时支持Altera公司的IP核,包含了各种宏功能模块库,使用户可以直接利用已经经过编译的成熟模块,如本设计中用到的双口RAM模块,简化了设计中的复杂性,并且可以缩短设计的周期。Quartus II的设计输入方法有很多种,可以灵活的运用,主要方法有三种,简要介绍如下