基于FPGA的水站监控系统研究

摘要

随着我国工业化水平的不断提高，各种污水的任意排放，导致水污染问题越来越严重，因此，我国加强了对水污染的治理和防御，在许多流域增设了水质监测站。为了增强水质监测的实时性和准确性，现场设备和监测参数不断增加，这就对系统的可扩展性和通信功能提出了更高的要求，但目前使用的监控系统已很难满足这些要求。随着 FPGA技术的不断发展，这为改善水站监控系统的性能提供了新途径。
　　本文在分析以往水站监控系统的基础上，提出了一种基于 FPGA的水站监控系统方案。对该系统总体结构进行了模块划分，并对各模块进行了详细设计。利用FPGA特有的硬件结构和丰富的内部资源，可以提高系统的可扩展性和实时性，缩短了系统的开发周期。
　　控制器与分析仪表的通信采用Modbus协议，通过对Modbus协议进行详细分析，利用FPGA的模块化设计方法对Modbus协议进行了模块划分，具体包括波特率发生器、接收模块、发送模块和CRC校验模块，并用Verilog HDL语言完成了各模块的功能设计和时序仿真，仿真结果表明该设计完成了Modbus通信协议的要求。根据系统的通信接口要求，利用SOPC Builder工具搭建了Nios II处理器。采用GPRS技术实现系统的远程通信功能，并完成了模块的配置和软件设计。最后，利用Visual Basic开发了远程数据管理中心软件，包括网络通信功能控件设计和软件界面设计。该系统方案为研究水站监控技术带来了新思路，在工业通信领域也具有一定的实用价值。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外水站监控系统研究现状

1.3水站监控系统的研究意义及内容

第二章 系统关键技术介绍

2.1 FPGA简介

2.2 SOPC技术介绍

2.3 Verilog HDL语言

2.4 GPRS技术介绍

2.5 FPGA在水站监控系统的用途

2.6 小结

第三章 水站监控系统总体设计

3.1 水站监控系统的组成

3.2 系统各功能模块设计

3.3小结

第四章 Modbus协议介绍

4.1 Modbus协议介绍

4.2 传输方式概述

4.3 Modbus消息帧

4.4 错误校验方法

4.5小结

第五章 基于FPGA的Modbus协议设计

5.1 Modbus协议的整体设计

5.2 基于FPGA的Modbus通信协议的各模块设计

5.3小结

第六章 水站控制模块设计

6.1 Nios II控制核心的搭建

6.2 系统控制流程

6.3 GPRS通信模块设计

6.4 小结

第七章 远程数据管理中心软件设计

7.1 系统监控软件的组成

7.2 通信模块

7.3 系统维护

7.4 通信采集

7.5 报表查询

7.6 小结

第八章 总结与展望

8.1 本文总结

8.2 后续工作的展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果