JL-BGB波高采集系統(tǒng)

儀器名稱 量程 精度 備注

波高傳感器 30cm，60cm，l00cm 0.5%F2S 量程可定制，±5V輸出

壓力傳感器 0~20KP 0.5%F2S 4~20mA輸出

拉壓力傳感器 10~500N 非線性:0.1%F2S 過(guò)載:150%F2S

位移傳感器 0~200mm 線性度:0.05%,分辨力 0.05mm 溫度:-40~125℃

采用圖形化操作界面，支持Windows Xp操作系統(tǒng)，使用方便。

兼容性好，支持多種類型傳感器。

后處理功能強(qiáng)，可對(duì)波高等進(jìn)行自動(dòng)分析處理。

品牌:自主研發(fā)

JL-BGB波高采集系統(tǒng)，是使用于水工河工物理模型試驗(yàn)的，能夠同時(shí)對(duì)多種試驗(yàn)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析的測(cè)量系統(tǒng)。由計(jì)算機(jī)、采集儀和各種傳感器組成的。計(jì)算機(jī)通過(guò)USB2.O接口連接采集儀，每臺(tái)計(jì)算機(jī)最多連接4臺(tái)采集儀;每臺(tái)采集儀有32個(gè)傳感器通道，可以連接不同型號(hào)的各種傳感器(波高、點(diǎn)脈動(dòng)壓力、總力、位移、溫度等)。

采集儀的外形尺寸為33×22×7cm，重量約2kg，根據(jù)傳感器的不同外接12V/2A或24V/2A直流電源。在采集儀的側(cè)面，有一個(gè)矩形合頁(yè)門，打開后將USB連接線插入板卡連接到計(jì)算機(jī)的USB口上。采集儀與傳感器之間通過(guò)五芯航插連接，傳感器電纜采用四芯屏蔽電纜，電纜長(zhǎng)度可達(dá)50米，并可根據(jù)用戶要求進(jìn)行定制。

主要應(yīng)用于水工河工物理模型波浪、港池、水槽等試驗(yàn)?？刹杉ǜ摺?dòng)態(tài)壓力、總力、位移、溫度等參量。

利用近年來(lái)提出的一些高速度、高性能的接口，采用現(xiàn)在應(yīng)用很廣的 Nand Flash大容量存儲(chǔ)芯片提出一種板載存儲(chǔ)的高速圖像采集系統(tǒng)。

利用高速接口和存儲(chǔ)器，設(shè)計(jì)出一種高速圖像采集系統(tǒng)方案。整個(gè)高速圖像采集系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示，包括數(shù)據(jù)輸入采集模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊和核心控制芯片 FPGA。

FPGA 是系統(tǒng)的控制核心，所有模塊都由 FPGA 聯(lián)系起來(lái)，圖像數(shù)據(jù)每一步的流向都是由 FPGA 來(lái)控制的。

數(shù)據(jù)輸入采集模塊的作用是接收數(shù)字相機(jī)傳輸來(lái)的圖像視頻信號(hào)并且傳到FPGA 上以供后續(xù)操作。采集接口只有一種，就是當(dāng)下非常流行的高速相機(jī)接口Camera Link。Camera Link 接口接收相機(jī)傳輸來(lái)的 LVDS 信號(hào)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)部使用的 TTL 信號(hào)送給 FPGA。

顯示模塊是一種可選擇的輔助作用，用于在采集過(guò)程中觀察所采集到的圖像或者采集后重放存儲(chǔ)芯片內(nèi)儲(chǔ)存的圖像信息。顯示模塊的接口是 DVI 接口，使用時(shí)連接 DVI 顯示器方可工作。

存儲(chǔ)模塊是此高速圖像采集系統(tǒng)的核心，F(xiàn)PGA 接收到采集的圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)高速緩存，最終儲(chǔ)存在系統(tǒng)內(nèi)。使用DDR2 SDRAM 來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，最終存儲(chǔ)在 NAND Flash 存儲(chǔ)器內(nèi)。 所存數(shù)據(jù)最終是要上傳到計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行處理或者存儲(chǔ)的，數(shù)據(jù)輸出模塊就是這個(gè)作用。

與計(jì)算機(jī)連接使用的是 USB3.0 接口，USB 接口是計(jì)算機(jī)上最常見的接口，新版本的 USB3.0 也在各方面性能有了很大的提高。

本 系 統(tǒng) 使 用 的 FPGA 是 Xilinx 公 司 生 產(chǎn) 的 Spartan-6 系 列 芯 片XC6SLX25-3FG484C。Spartan 系列是 Xilinx 公司面向普通工業(yè)、商業(yè)的領(lǐng)域的低成本系列芯片。新一代 Spartan-6 系列不僅擁有業(yè)界領(lǐng)先的系統(tǒng)集成能力，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)適用于大批量應(yīng)用的最低總成本。與上一代 Spartan 系列相比，該系列芯片功耗僅為其 50%，且速度更快，連接功能更加豐富全面。

電源是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常重要的一部分，如果電源不穩(wěn)定，就會(huì)對(duì)電路的正常工作造成影響，不但電路運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，而且會(huì)影響器件的使用壽命。在電源設(shè)計(jì)上，為了保證每個(gè)器件都能正確獲得其所需電壓，就要考慮電源傳輸過(guò)程中的阻抗，也要顧及盡量消除電源噪聲等影響。

采集模塊就是 Camera Link 接收部分，使用的是 National Semiconductor 公司的 LVDS 接收芯片 DS90CR288A，此芯片接收四對(duì) LVDS 信號(hào)并轉(zhuǎn)化為 28 位LVTTL/LVCMOS 數(shù)據(jù)，最高支持 85MHz 像素時(shí)鐘，也就是 2.38Gbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸速度。芯片典型應(yīng)用如圖所示，左半部分是相機(jī)內(nèi)的 TTL/CMOS 信號(hào)轉(zhuǎn)化為 LVDS 信號(hào)輸出，右半部分是本系統(tǒng)接收連接線傳來(lái)的四對(duì)相機(jī) LVDS 信號(hào)和一對(duì)時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò) Camera Link 接口后，由 DS90CR288A 芯片轉(zhuǎn)化回 28 路LVTTL/LVCMOS 信號(hào)。

顯示模塊的視頻接口使用的是 DVI 接口，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中既包含 DVI 視頻輸入接口，也包含了 DVI 視頻輸出接口。其中輸入接口的目的是在系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，利用 DVI 輸入的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行后面存儲(chǔ)功能的調(diào)試，就不詳細(xì)介紹了。而 DVI輸出接口的作用則是對(duì)采集模塊 Camera Link 采集來(lái)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，可以采集來(lái)實(shí)時(shí)顯示，也可以用來(lái)顯示之前存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的圖像信息以作驗(yàn)證之用。

存儲(chǔ)模塊是 FPGA 接收到 Camera Link 接口采集來(lái)的圖像數(shù)據(jù)先經(jīng)過(guò) DDR2 SDRAM 緩存，然后存入 NAND Flash 中。所以該模塊主要包含 DDR2 SDRAM 和NAND Flash 兩個(gè)部分。

圖像采集系統(tǒng)的作用是把采集到的數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)上，本設(shè)計(jì)雖然著重于使用方便的圖像采集板載存儲(chǔ)，但最后肯定要把圖像上傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、分析等工作。USB 接口幾乎是現(xiàn)在最流行的計(jì)算機(jī)接口，USB3.0 的提出也解決了之前版本速度偏低的問(wèn)題，可以將圖像數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上。