基于Nios II軟核的內(nèi)河航標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
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1．1 外圍設(shè)備
外圍設(shè)備是指某些具體控制電路或模塊接口，它們都是非邏輯的，而且無法在FPGA／CPLD中用可編程邏輯來實現(xiàn)。
1．1．1 碰撞壓力處理電路
對航標(biāo)是否受到碰撞須作實時監(jiān)控，避免航標(biāo)受碰撞損壞，而導(dǎo)致未能給航行體作正確指示，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，碰撞壓力信號測量的電路設(shè)計如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/161441.htm
力傳感器采樣數(shù)據(jù)送兩級運放LM324進行調(diào)節(jié)放大后，送入雙12位A／D轉(zhuǎn)換器的VA1和VA2。AD7862以250 kHz的采樣率同時進行4個通道信號采樣，輸入給片內(nèi)采樣一保持放大器的信號經(jīng)差分并在ADC輸入期間內(nèi)保持，將模擬信號轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)需要的數(shù)字信號。
1．1．2 GSM、GPS模塊
控制中心GSM Modem選用Siemens公司的無線通信引擎TC35終端，它由引擎模塊、天線及其外圍電路組成。監(jiān)控終端TC35i模塊的用戶口采用40腳的ZIP插座，其中包含了模擬音頻、RS232接口、SIM卡接口和電源，外圍電路主要是SIM卡電路和啟動控制電路。
GPS數(shù)據(jù)采集模塊采用美國泰雷茲導(dǎo)航定位公司(Thales Navigation)的一款高性能、低功耗的小型GPS接收機B12 OEM，通過獨特的軟件算法和最新的GPS技術(shù)，泰勒茲公司把B12優(yōu)化成快速處理、導(dǎo)航、車輛跟蹤、移動數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程信息處理的手持產(chǎn)品。它支持差分遠(yuǎn)程操作，可提高系統(tǒng)差分定位精度。
1．2 片內(nèi)邏輯的設(shè)計
將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為與實際系統(tǒng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型的過程稱為邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計。FPGA的片內(nèi)邏輯設(shè)計，包括系統(tǒng)模塊和用戶自定制邏輯區(qū)域。系統(tǒng)模塊是指由SOPC builder自動生成的設(shè)計，SOPC builder會根據(jù)用戶選擇的IP生成相應(yīng)的HDL描述文件。用戶自定制邏輯區(qū)域內(nèi)可以包含用戶自定義的Avalon外設(shè)，以及與系統(tǒng)模塊無關(guān)的其他用戶自定制邏輯。
利用FPGA中的可編程邏輯資源和現(xiàn)有IP軟核，如Nios II核、片內(nèi)Boot ROM、用于FIFO的片內(nèi)雙口RAM、定時器Timer、JTAG UART等來構(gòu)成該嵌入式系統(tǒng)處理器的接口功能模塊。
1．2．1 串行通信接口UART
UART是基于RS232通信協(xié)議的串行通信接口，用于在Altera的FPGA中實現(xiàn)簡單的RS232異步發(fā)送和接收邏輯。因為GSM、GPS模塊兩者的數(shù)據(jù)通信接口都為標(biāo)準(zhǔn)RS232串行接口，因此，可方便地與NiosⅡ系統(tǒng)的串口相連。
圖1所示的監(jiān)控終端硬件設(shè)計框圖中，UART-1連接GSM短消息發(fā)送模塊TC35i，利用AT命令控制TC35i收發(fā)信息和撥號，控制中通過RS232串口與GSM TC35 Modem通信。GSM模塊接入GSM網(wǎng)絡(luò)，按照規(guī)定的通信協(xié)議，以短信方式完成航標(biāo)的工作參數(shù)與狀態(tài)信息的傳輸。
UART-2連接GPS OEM板，通過GPS定位模塊的接收天線接收導(dǎo)航信號，經(jīng)接收機解調(diào)處理，獲取航標(biāo)燈的位置信息，包括航標(biāo)燈的代碼、位置的經(jīng)緯度、測定時間等信息，再將經(jīng)緯度坐標(biāo)通過無線通訊系統(tǒng)傳送給監(jiān)控中心。
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