CN110109399A - 基于fpga与stm32的多通道磁信号采集存储装置 - Google Patents

基于fpga与stm32的多通道磁信号采集存储装置 Download PDF

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付振晶
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Abstract

本发明公开一种基于FPGA与STM32的多通道磁信号采集存储装置，包括：多个磁通门传感器(1)、FPGA控制模块(2)、STM32控制模块(3)、NANDFLASH存储模块(4)、通信模块(5)和上位机(6)；所述FPGA控制模块(2)通过RS485接口与磁通门传感器(1)相连，通过FSMC总线与STM32控制模块(3)相连，所述NANDFLSH存储模块(4)复用FSMC总线与STM32控制模块(3)相连，所述串口通信模块(5)通过RS232总线分别与STM32控制模块(3)和上位机(6)连接。本发明的多通道磁信号采集存储装置，采集效率、数据可靠性高。

Description

基于FPGA与STM32的多通道磁信号采集存储装置
技术领域
本发明属于磁信号采集存储技术领域，特别是一种采集效率、数据可靠性高的基于FPGA与STM32的多通道磁信号采集存储装置。
背景技术
地磁场一般随时间、空间发生有规律的缓慢变化，当有磁性物质存在时，该物质本身所具有的磁场、在地磁场下感应的磁场均会叠加于地磁场上，使地磁场在一定区域内出现异常。地球陆地及海洋中蕴藏有大量铁磁性金属矿产，由金属材料构成的军事设备等，其中的磁性物质受到地磁场磁化作用的影响后，就会改变其周围空间的磁场分布，从而产生磁异常信号。
因此，对于磁异常信号的采集，存储和分析极为重要。
目前，对于磁异常信号的采集大多是采用单MCU来控制，很难达到同步采集多路磁信号的目的，由此导致采集效率低下、数据可靠性低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于FPGA与STM32的多通道磁信号采集存储装置，采集效率、数据可靠性高。
实现本发明目的的技术方案为：
一种基于FPGA与STM32的多通道磁信号采集存储装置，包括：
多个磁通门传感器1，用于感知现场磁信号；
FPGA控制模块2，用于控制同步采集多个磁传感器1的磁信号；
STM32控制模块3，用于控制FPGA控制模块2采集磁信号数据；
NANDFLASH存储模块4，用于存储采集到的磁信号数据；
通信模块5，用于与上位机实现磁信号数据和控制命令通信；
上位机6，用于发送采集控制命令，分析处理磁信号数据；
所述FPGA控制模块2通过RS485接口与磁通门传感器1相连，通过FSMC总线与STM32控制模块3相连，所述NANDFLSH存储模块4复用FSMC总线与STM32控制模块3相连，所述串口通信模块5通过RS232总线分别与STM32控制模块3和上位机6连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
采集效率和数据可靠性高。
本发明应用于磁信号采集领域，可控制FPGA同步采集多通道数据，并通过FSMC总线将数据传入到STM32中，STM32控制NANDFLASH将数据写入，保证了掉电数据不会丢失，并在上位机软件中实时显示曲线，可视化的分析磁异常信号，能够更好地满足实时性与高速性的要求。
附图说明
图1为本发明基于FPGA与STM32的多通道磁信号采集存储装置的结构框图
图2为本发明装置的工作流程图
图3为上位机界面
图4为上位机采集到的磁传感器数据曲线图
图中，磁通门传感器1，FPGA控制模块2，STM32控制模块3，NANDFLSH存储模块4，串口通信模块5，上位机6。
具体实施方式
如图1所示，本发明基于FPGA与STM32的多通道磁信号采集存储装置，包括：
多个磁通门传感器1，用于感知现场磁信号；
FPGA控制模块2，用于控制同步采集多个磁传感器1的磁信号；
STM32控制模块3，用于控制FPGA控制模块2采集磁信号数据；
NANDFLASH存储模块4，用于存储采集到的磁信号数据；
通信模块5，用于与上位机实现磁信号数据和控制命令通信；
上位机6，用于发送采集控制命令，分析处理磁信号数据；
所述FPGA控制模块2通过RS485接口与磁通门传感器1相连，通过FSMC总线与STM32控制模块3相连，所述NANDFLSH存储模块4复用FSMC总线与STM32控制模块3相连，所述串口通信模块5通过RS232总线分别与STM32控制模块3和上位机6连接。
所述上位机6设定串口配置参数、传感器个数，启动采集，多路磁信号通过FPGA控制模块2同步采集得到，所述STM32控制模块3控制FPGA FPGA控制模块2，将采集到的磁信号数据保存至NANDFLASH存储模块4中，并通过串口通信模块5实时将磁信号数据发送至上位机6。
所述磁通门传感器1由指令控制采集磁信号数据，FPGA控制模块2同时向多个通门传感器1定时发送采集指令，采样率设置为9Hz，同时给出相应频率的中断信号。
所述STM32控制模块3通过FSMC总线控制FPGA控制模块2，STM32控制模块3接收到中断信号后，将磁信号数据暂存至片内RAM中。
所述STM32控制模块3通过复用FSMC总线访问NANDFLASH存储模块4，将片内RAM中的数据存入NANDFLASH存储模块4中。
所述STM32控制模块3将暂存在片内RAM中的数据通过串口实时发送至上位机6。
所述上位机6接收到磁信号，实时绘制曲线，并保存数据至文件中。
本发明基于FPGA与STM32的多通道磁信号采集存储装置的工作流程如图2所示。
步骤1，上位机软件选择串口号，波特率，数据位，停止位，奇偶校验位和传感器个数并点击开始采集按钮，启动采集；
步骤2，FPGA控制模块定时同步采集多通道的磁传感器数据，并给出中断信号；
步骤3，STM32控制模块接收到中断信号，定时接收步骤2中同步采集到的数据；
步骤4，STM32控制模块将数据存入NANDFLASH中，并且串口实时向上位机发送采集的数据；
步骤5，上位机软件实时绘制三轴矢量磁感应强度曲线；
步骤6，上位机软件点击停止采集按钮停止采集；
步骤7，上位机软件点击保存数据，数据被存入文本文件。
为了可视化的分析采集到的数据信息，设计了如图3所示的磁异常分析上位机。上位机软件由5部分组成，分别是串口配置、模式选择、传感器个数选择、数据显示和绘制曲线。串口配置模块可以配置串口的相关参数，如串口号、波特率、数据位、奇偶校验位和停止位，配置相关参数完成后，点击打开串口，即实现上位机与装置之间的交互。模式选择模块可选择装置的工作模式，传感器个数选择模块可以选择需要用到的传感器个数，数据显示模块实现对下位机命令与数据的交互，最后曲线绘制模块实现绘制磁信号数据曲线的功能。
图4为采集到的磁传感器数据曲线，上位机选择串口号为串口3，波特率选择115200，数据位8位，停止位1位，无奇偶校验位，模式选择为地面模式状态，传感器个数为2，采集到的数据为三轴矢量磁感应强度信息，上位机显示的磁传感器1和磁传感器2曲线图中分别以不同颜色画出X轴，Y轴，Z轴的磁感应强度数据曲线。
本发明通过FPGA与STM32双MCU系统，可以实现多路磁异常信号的同步采集，有利于提高采集效率与采集的可靠性。

Claims (7)

1.一种基于FPGA与STM32的多通道磁信号采集存储装置，其特征在于，包括：
多个磁通门传感器(1)，用于感知现场磁信号；
FPGA控制模块(2)，用于控制同步采集多个磁传感器(1)的磁信号；
STM32控制模块(3)，用于控制FPGA控制模块(2)采集磁信号数据；
NANDFLASH存储模块(4)，用于存储采集到的磁信号数据；
通信模块(5)，用于与上位机实现磁信号数据和控制命令通信；
上位机(6)，用于发送采集控制命令，分析处理磁信号数据；
所述FPGA控制模块(2)通过RS485接口与磁通门传感器(1)相连，通过FSMC总线与STM32控制模块(3)相连，所述NANDFLSH存储模块(4)复用FSMC总线与STM32控制模块(3)相连，所述串口通信模块(5)通过RS232总线分别与STM32控制模块(3)和上位机(6)连接。
2.根据权利要求1所述的采集存储装置，其特征在于：
所述上位机(6)设定串口配置参数、传感器个数，启动采集，多路磁信号通过FPGA控制模块(2)同步采集得到，所述STM32控制模块(3)控制FPGA控制模块(2)，将采集到的磁信号数据保存至NANDFLASH存储模块(4)中，并通过串口通信模块(5)实时将磁信号数据发送至上位机(6)。
3.根据权利要求2所述的采集存储装置，其特征在于：
所述磁通门传感器(1)由指令控制采集磁信号数据，FPGA控制模块(2)同时向多个磁通门传感器(1)定时发送采集指令，采样率设置为9Hz，同时给出相应频率的中断信号。
4.根据权利要求3所述的采集存储装置，其特征在于：
所述STM32控制模块(3)通过FSMC总线控制FPGA控制模块(2)，STM32控制模块(3)接收到中断信号后，将磁信号数据暂存至片内RAM中。
5.根据权利要求4所述的采集存储装置，其特征在于：
所述STM32控制模块(3)通过复用FSMC总线访问NANDFLASH存储模块(4)，将片内RAM中的数据存入NANDFLASH存储模块(4)中。
6.根据权利要求5所述的采集存储装置，其特征在于：
所述STM32控制模块(3)将暂存在片内RAM中的数据通过串口实时发送至上位机(6)。
7.根据权利要求6所述的采集存储装置，其特征在于：
所述上位机(6)接收到磁信号，实时绘制曲线，并保存数据至文件中。
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