摘要：設計了一種基于FPGA和ARM架構的多通道遠程靜態應變測量系統。采用FPGA控制多通道模數轉換模塊實現多路應變信號的采集和數據處理，利用ARM和網絡模塊實現FPGA的控制及其與遠程終端之間的以太網通信。系統可通過遠程終端控制現場測量節點的參數設置和32路應變信號的采集、處理和存儲。該系統采用模塊化和通用化設計方法，可實現數據采集通道的減少與擴展，同時也可應用于其他數據采集場合。

　　引言

　　電阻應變計作為目前世界上廣泛應用的應力分析測量設備，其應用領域從宇宙航行、航空、機械、建筑、車輛、鐵道到紡織、化工等部門，最近又擴展到生理學、醫學、體育學等領域。近年來，隨著微電子技術、計算機技術和網絡技術的發展，測量系統越來越注重其數字化、智能化和網絡化功能。傳統的應變測量系統數字化、智能化程度低，數據傳輸方式有限，多采用電纜連接，對于系統的維護和升級造成了很大不便。為此，設計了一種基于FPGA、ARM和網絡技術實現應變測量的多通道遠程靜態應變測量系統。該系統主要應用于水輪機等大型機械設備在裝配過程中的應力應變測量，也可應用于建筑物、橋梁、道路等的應力測量。　　

 

　　系統總體設計

　　系統采用FPGA作為主控制芯片，完成信號采集和數據傳輸功能，采用ARM和網絡接口模塊實現設備的以太網接口設計，在PC機上運行用VC6.0開發的上位機軟件實現對測量系統的控制和訪問。

　　系統總體設計框圖如圖1所示。應變信號經過信號調理(包含放大、濾波和限幅等過程)后進入ADC數據采集模塊，經轉換得到應變信號的數字量信號，存入FIFO緩沖區，數據在FPGA主芯片中進行適當處理，傳輸給ARM芯片，ARM將數據通過網絡接口傳到上位機。同時上位機也可通過網絡接口訪問設備，對系統進行參數設置和訪問。

　　系統采用模塊化設計，分為系統背板、信號調理板、主控板、電源板。系統背板包含系統總線，所有獨立模塊均插接在系統背板上。每塊信號調理板含2路電橋、橋路供電電路和調理電路，主控板包括數據采集模塊、FPGA模塊、ARM模塊和網絡接口模塊，電源板可為系統提供±12V、±5V直流電源。系統設計精度為0.1%，輸入信號的頻率范圍為0~2kHz。

　　系統硬件設計

　　系統硬件電路分為以FPGA芯片為核心的數據采集系統和以ARM芯片為核心的以太網數據傳輸系統兩大部分。