本文關(guān)鍵詞：基于SOPC相關(guān)法超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源問題受到了廣泛關(guān)注。在風(fēng)力發(fā)電中，風(fēng)速風(fēng)向的測量起著重要的作用。超聲波風(fēng)速儀是近年來受到重視的風(fēng)速測量儀表，本文超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀的核心部件是32位NIOS II軟核。軟核可以靈活的定制，，構(gòu)建片上系統(tǒng)，性能強(qiáng)大。本文首先分析了超聲波測流速的方法，包括多普勒法、時(shí)差法、和相關(guān)法。并且對相關(guān)法測量風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行了深入的研究，對系統(tǒng)的構(gòu)建加以分析，完成基于SOPC超聲波風(fēng)速風(fēng)向測量系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。包括前端采集電路的設(shè)計(jì)，SOPC的硬件構(gòu)架，軟件設(shè)計(jì)，顯示模塊設(shè)計(jì)。 前端和外圍電路的設(shè)計(jì)主要包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生，數(shù)據(jù)采集控制電路，和FPGA的外圍電路。在傳統(tǒng)型DDS技術(shù)的基礎(chǔ)上對基于CORDIC算法的DDS進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了正弦波信號(hào)的產(chǎn)生。數(shù)據(jù)采集電路主要包括放大電路、AD轉(zhuǎn)換、FIFO等。FPGA的外圍電路主要有電源電路、時(shí)鐘電路、調(diào)試和配置電路、通信電路和顯示模塊的電路。 本課題使用的FPGA芯片是altera公司的EP2C8Q208，選擇該器件構(gòu)建工程，完成SOPC系統(tǒng)的整體硬件架構(gòu)。主要包括：SDRAM控制器、EPCS串行控制器、定時(shí)器控制器、PIO控制器、JTAG_UART控制器和UART控制器等。然后為系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自定義用戶組件ADC和DAC，分別用于數(shù)據(jù)采集的模數(shù)轉(zhuǎn)換和超聲波換能器驅(qū)動(dòng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。將各組件整體連結(jié)，生成SOPC系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)生成后在EDS嵌入式開發(fā)包中進(jìn)行軟件開發(fā)，分別對各子模塊進(jìn)行了在線測試，分析測得的數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證子模塊的可靠性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了現(xiàn)場測試，完成了超聲波信號(hào)的采集，驗(yàn)證了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。最后對整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)，并給出了改進(jìn)意見。
【關(guān)鍵詞】：超聲波 SOPC 相關(guān)法 高精度 NIOS II
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH765.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 超聲波風(fēng)速風(fēng)向測量的發(fā)展過程及現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本課題研究內(nèi)容及目標(biāo)13-15
• 第二章 超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀測量的理論研究15-25
• 2.1 超聲波與超聲換能器15-18
• 2.1.1 超聲波15
• 2.1.2 超聲波在空氣中的傳播15-16
• 2.1.3 超聲波換能器16-17
• 2.1.4 超聲波換能器的主要參數(shù)17-18
• 2.2 超聲波測速的理論基礎(chǔ)18-20
• 2.2.1 多普勒法18-19
• 2.2.2 時(shí)差法19-20
• 2.2.3 相關(guān)法20
• 2.3 時(shí)延估計(jì)算法的研究20-23
• 2.3.1 超聲波信號(hào)傳播時(shí)間的處理方案21-22
• 2.3.2 廣義互相關(guān)算法22-23
• 2.4 二維風(fēng)速風(fēng)向測量模型的建立23-24
• 2.5 整體系統(tǒng)的框架24
• 2.6 本章總結(jié)24-25
• 第三章 前端電路的設(shè)計(jì)和外圍電路的搭建25-37
• 3.1 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生25-30
• 3.1.1 傳統(tǒng)型 DDS 的實(shí)現(xiàn)25-26
• 3.1.2 CORDIC 算法的研究26-27
• 3.1.3 CORDIC 算法的 DDS 實(shí)現(xiàn)27-28
• 3.1.4 CORDIC 算法的仿真實(shí)驗(yàn)28-29
• 3.1.5 D/A 轉(zhuǎn)換器29-30
• 3.2 數(shù)據(jù)采集控制電路的設(shè)計(jì)30-33
• 3.2.1 放大電路的設(shè)計(jì)30-31
• 3.2.2 A/D 轉(zhuǎn)換器31-32
• 3.2.3 FIFO 模塊的定制32-33
• 3.3 外圍電路的搭建33-36
• 3.3.1 電源電路33
• 3.3.2 時(shí)鐘電路33-34
• 3.3.3 調(diào)試/配置電路34-35
• 3.3.4 RS-232 電路35
• 3.3.5 顯示模塊電路35-36
• 3.4 本章總結(jié)36-37
• 第四章 SOPC 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)37-55
• 4.1 SOPC 原理和開發(fā)環(huán)境37-40
• 4.1.1 FPGA 技術(shù)37-38
• 4.1.2 SOPC 的概述38-39
• 4.1.3 SOPC 系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)流程39-40
• 4.2 SOPC 系統(tǒng)的硬件搭建40-49
• 4.2.1 NIOS II 處理器核40-43
• 4.2.2 SDRAM 控制器43-44
• 4.2.3 EPCS 串行控制器44-45
• 4.2.4 定時(shí)器控制器45-47
• 4.2.5 PIO 控制器47
• 4.2.6 JTAG_UART 控制器47-48
• 4.2.7 UART 控制器48-49
• 4.3 基于 AVALON自定義外設(shè)組件49-54
• 4.3.1 Avalon 總線49-51
• 4.3.2 用戶組件 ADC 的設(shè)計(jì)51-52
• 4.3.3 用戶組件 DAC 的設(shè)計(jì)52-54
• 4.4 系統(tǒng)的整體連結(jié)54
• 4.5 本章總結(jié)54-55
• 第五章 SOPC 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的驗(yàn)證55-67
• 5.1 NIOS II EDS 軟件開發(fā)平臺(tái)55-57
• 5.2 ADC 模塊的在線調(diào)試57-58
• 5.3 風(fēng)速檢測的軟件設(shè)計(jì)58-59
• 5.4 顯示模塊的設(shè)計(jì)59-60
• 5.5 系統(tǒng)的測試60-64
• 5.6 數(shù)據(jù)的誤差分析64-66
• 5.7 本章總結(jié)66-67
• 第六章 結(jié)論和展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-71
• 攻碩期間取得的研究成果71-72

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  本文關(guān)鍵詞：基于SOPC相關(guān)法超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：475964