一种基于Zynq的多通道模拟数据采集系统的制作方法

本发明涉及数据采集，尤其是一种基于zynq的多通道模拟数据采集系统。

背景技术：

1、传统模拟数据采集系统一般基于pc工控机实现，基于商用的cpu、内存、硬盘和电源构建最小计算机系统，搭配数据采集卡，配合操作系统实现大容量模拟数据采集。系统极为复杂，耗能高、可靠性低，且成本高昂，有一定的局限性。

2、随着集成电路技术发展，特别是高端arm处理器性能提升和fpga资源的快速增长，用其替代计算机系统成为可能。另一方面，数据采集卡功能单一，且通常多用于单通道信号传输。为此，本申请提出了一种基于zynq的多通道模拟数据采集系统，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于zynq的多通道模拟数据采集系统，本发明的技术方案如下：

2、一种基于zynq的多通道模拟数据采集系统，包括多路模拟前端模组和数字处理模组，多路模拟前端模组集成于子板，每一路模拟前端模组用于实现外部模拟信号的数字化转换，数字处理模组包括置于主板的zynq主控芯片，用于对转换的数字信号进行采集、处理、存储和管理，子板和主板通过连接器堆叠互联。

3、其进一步的技术方案为，每一路模拟前端模组均包括依次相连的接口保护电路、放大电路、滤波电路、驱动电路和adc采样电路，用于实现对外部模拟信号的限幅保护、驱动增强、滤波放大以及模数转换采样。

4、其进一步的技术方案为，接口保护电路的输入作为子板的对外输入接口采用带屏蔽的bnc连接器，adc采样电路的输出作为子板的对外输出接口采用高速连接器和主板连接。

5、其进一步的技术方案为，接口保护电路包括钳位保护电路和浮空检测电路，浮空检测电路的控制端分别连接钳位保护电路的被钳端、放大电路的一个输入端，浮空检测电路用于在系统空闲时进行浮空检测。

6、其进一步的技术方案为，子板外部设有屏蔽罩作为防护。

7、其进一步的技术方案为，zynq主控芯片内嵌双核arm处理器以及fpga资源，fpga资源用于实现数字信号的采集、预处理，且fpga通过axi4总线形式与arm处理器进行数据交互，通过axi4-stream协议将数字信号写入ddr内存；arm处理器用于实现数据格式转换、数据文件管理、基于网络协议的对外通信。

8、其进一步的技术方案为，数字处理模组还包括外挂在主板上的固态硬盘和dram，均连接至zynq主控芯片，实现超大容量的数据存储。

9、其进一步的技术方案为，zynq主控芯片通过三速以太网实现对外通信，供外部设备实时远程查看、管理、传输已存数据。

10、其进一步的技术方案为，该系统还包括电源管理电路，集成在子板或主板，用于为系统供电。

11、本发明的有益技术效果是：

12、本申请将zynq异构处理器技术，创新性应用在数据采集系统中，将多通道模拟信号处理电路和数字处理电路通过板对板的形式集成，配合固态硬盘实现了多通道模拟量的数据采集功能，并以千兆以太网的形式实现用户交互。相比具备同等超大容量常规基于pc的模拟数据采集装置，本系统的体积缩小70％以上，重量减轻80％以上，功耗也减少80％以上，降低了使用要求，提高系统可靠性，具有广泛的应用场景。

技术特征：

1.一种基于zynq的多通道模拟数据采集系统，其特征在于，包括多路模拟前端模组和数字处理模组，多路模拟前端模组集成于子板，每一路所述模拟前端模组用于实现外部模拟信号的数字化转换，所述数字处理模组包括置于主板的zynq主控芯片，用于对转换的数字信号进行采集、处理、存储和管理，所述子板和所述主板通过连接器堆叠互联。

2.根据权利要求1所述的基于zynq的多通道模拟数据采集系统，其特征在于，每一路所述模拟前端模组均包括依次相连的接口保护电路、放大电路、滤波电路、驱动电路和adc采样电路，用于实现对所述外部模拟信号的限幅保护、驱动增强、滤波放大以及模数转换采样。

3.根据权利要求2所述的基于zynq的多通道模拟数据采集系统，其特征在于，所述接口保护电路的输入作为子板的对外输入接口采用带屏蔽的bnc连接器，所述adc采样电路的输出作为子板的对外输出接口采用高速连接器和所述主板连接。

4.根据权利要求2所述的基于zynq的多通道模拟数据采集系统，其特征在于，所述接口保护电路包括钳位保护电路和浮空检测电路，所述浮空检测电路的控制端分别连接所述钳位保护电路的被钳端、所述放大电路的一个输入端，所述浮空检测电路用于在系统空闲时进行浮空检测。

5.根据权利要求1或2所述的基于zynq的多通道模拟数据采集系统，其特征在于，所述子板外部设有屏蔽罩作为防护。

6.根据权利要求1所述的基于zynq的多通道模拟数据采集系统，其特征在于，所述zynq主控芯片内嵌双核arm处理器以及fpga资源，所述fpga资源用于实现所述数字信号的采集、预处理，且fpga通过axi4总线形式与arm处理器进行数据交互，通过axi4-stream协议将所述数字信号写入ddr内存；所述arm处理器用于实现数据格式转换、数据文件管理、基于网络协议的对外通信。

7.根据权利要求1所述的基于zynq的多通道模拟数据采集系统，其特征在于，所述数字处理模组还包括外挂在主板上的固态硬盘和dram，均连接至所述zynq主控芯片，实现超大容量的数据存储。

8.根据权利要求1所述的基于zynq的多通道模拟数据采集系统，其特征在于，所述zynq主控芯片通过三速以太网实现对外通信，供外部设备实时远程查看、管理、传输已存数据。

9.根据权利要求1所述的基于zynq的多通道模拟数据采集系统，其特征在于，所述系统还包括电源管理电路，集成在所述子板或所述主板，用于为系统供电。

技术总结
本发明公开了一种基于Zynq的多通道模拟数据采集系统，涉及数据采集技术领域，该系统包括多路模拟前端模组和数字处理模组，多路模拟前端模组集成于子板，每一路模拟前端模组用于实现外部模拟信号的数字化转换，数字处理模组包括置于主板的Zynq主控芯片，用于对转换的数字信号进行采集、处理、存储和管理，子板和主板通过连接器堆叠互联。Zynq系列内嵌双核ARM处理器和丰富的FPGA资源，为实现多通道模拟数据采集提供条件。相比具备同等超大容量常规基于PC的模拟数据采集装置，本系统具有体积小、重量轻、功耗低等优势。

技术研发人员：李年仔,严罡,张友谦,刘非凡
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0三研究所无锡分部
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15