便携式多波束测深系统信号采集与控制平台

摘要

随着科技的不断进步,多波束测深技术也随着历史潮流不断向前发展。其具有测量范围大、速度快、精度高等诸多优势,但同时,多波束测深系统体积大、配套设施多、系统操作复杂,而且价格昂贵、安装复杂等现状都制约了多波束测深系统在国内的推广。为满足广大中小型客户需求,论文以体积小、重量轻、辅助测量设备接口简单、安装轻便且具有分辨率高、测深精度高的便携式多波束测深系统为背景,主要研究其采集与控制系统的设计实现。
　　论文首先针对采集与控制系统的性能要求提供可行设计方案,根据系统简单易行、低成本要求选择基于单片FPGA的SOPC的软硬件协同处理方案。分析论证该系统采用的关键技术(SOPC技术),并简单介绍系统的开发环境,具体包括Altium Designer、Multisim、Quartus II、SOPC Builder、Nios II Eclipse、Modelsim。
　　论文分析设计多通道数据采集的硬件电路方案,具体包括从芯片的选型、电源方案的设计到实现系统功能的各个模块、各个接口的设计,之后利用Altium Designer完成整个原理图的设计,根据噪声最小、通道间干扰最小的原则布局布线,完成采集与控制板的PCB设计。
　　在硬件电路的基础上,构建SOPC平台,将所有的外设添加到以Nios II软核为核心的SOPC系统中,对Nios II处理器编写软件代码,利用软核实现对外围设备或接口的控制。最后实现便携式多波束测深系统的64路数据采集工作以及对整个系统的控制工作。
　　论文在设计完成研究工作之后参与便携式多波束测深系统的实验室联调、水池试验和外场试验,验证了便携式多波束测深系统的方案切实可行,本文研究的采集控制系统工作状态稳定,性能优良,达到了预期设计要求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 背景及意义

1.2 多波束系统的的发展及其现状

1.3 采集控制系统的技术指标

1.4 论文主要工作

第2章 总体设计方案及SOPC技术

2.1 总体设计方案

2.2 SOPC技术

2.3 系统开发环境介绍

2.4 本章小结

第3章 系统的硬件电路设计

3.1 数据采集电路的设计方案

3.2 电源方案的设计

3.3 FPGA核心模块的设计

3.4 采集模块的设计

3.5 控制模块的设计

3.6 硬件可靠性分析及PCB设计

3.7 本章小结

第４章 SOPC硬件系统开发及逻辑设计

4.1 SOPC平台总体结构

4.2 关键的自定义外设设计

4.3 构建SOPC系统平台

4.4 集成SOPC系统到QuartusII平台

4.5 本章小结

第5章 SOPC软件系统开发

5.1 程序结构设计

5.2 使用NIOS II Eclipse建立应用程序

5.3 初始化流程设计

5.4 采集与控制流程设计

5.5 本章小结

第6章 平台调试验证

6.1 实验室电路联调

6.2 水池试验

6.3 外场试验

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录