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基于FPGA和ARM的超声波高速数据采集卡的设计
| 论文题名： | 基于FPGA和ARM的超声波高速数据采集卡的设计 |
| 关键词： | 钢轨探伤;超声检测;数据采集系统;架构设计 |
| 摘要： | 我国铁路系统规模庞大，自改革开放以来，经四十余年的发展，铁路营运里程大幅度增加，由此带来的铁路维检任务日益艰巨的问题不容忽视。近年来，主管部门多次强调保证铁路运输的安全的重要性。本课题从实际需求出发，设计了一套适用于钢轨探伤的高速超声检测系统。 首先，论文从超声检测的原理入手，选择脉冲反射法作为作为本系统的检测方法。其次，根据实际需要，制定系统总体方案，确定系统性能指标。从硬件和软件两个方面进行设计工作。硬件方面，设计了超声波激励模块、信号调理模块、人机交互模块、采样模块和以太网接口模块。其中信号调理模块设计了前置放大电路、程控增益电路、带通滤波电路和衰减电路的拓扑结构来调理回波信号。超声波激励模块最大能发射重复频率为3kHz的超声波，满足高速探伤对重复频率的需求，信号调理模块能够在0～80dB增益范围内实现波形调节。软件方面，利用ARM主控芯片设计了人机交互模块控制程序，利用FPGA器件XC7A100T实现了高速模数转换器驱动、数据缓存、数字滤波、数据传输等功能，65MHz的采样率使本系统能够识别更高频率的噪声信号，从硬件和软件上均对超声回波的进行滤波处理。设计了基于UDP的以太网帧通信协议，用于硬件系统和上位机软件之间的数据交互。编写了上位机界面，实现数据保存和波形显示功能。 最后，本课题开发了超声数据采集系统的样机，并对硬件和软件系统分别按模块进行了测试，实验结果表明，本系统各个模块工作正常，性能指标能够达到设计要求，硬件系统和上位机通讯正常，符合设计初衷。 |
| 作者： | 张东旭 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 焦尚彬;兀鹏越 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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