一种海洋监测数据多通道采集存储板的制作方法

1.本实用新型涉及海洋水声通信技术领域，特别涉及一种海洋监测数据多通道采集存储板。


背景技术：

2.随着我国科技水平的不断提升,带动了我国各行业的技术发展，海洋水声通信应用越来越广泛，其工作原理是首先将文字、语音、图像等信息，通过电发送机转换成电信号，并由编码器将信息数字化处理后，换能器又将电信号转换为声信号。声信号通过水这一介质，将信息传递到接收换能器，这时声信号又转换为电信号，解码器将数字信息破译后，电接收机才将信息变成声音、文字及图片。但是我国的海洋监测工作依然存在着许多不可忽视的问题,比如海洋监测还不够及时、测量采集数据还不够准确、测得数据的能否安全存储使用等都还存在不同程度的问题,需引起更多的重视,并逐步给予解决。
3.传统的数据采集系统存在通道数少，体积大，功耗高，接口单一，噪声大，被测信号幅值范围小，无法实时观测采集到的信号波形，对多路传感器信号无法同步采集，无法实时调整被测信号的增益值，给水声通信带来了一定的局限。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在以上缺陷，本实用新型提供一种海洋监测数据多通道采集存储板如下：
5.本实用新型的技术方案是这样实现的：
6.一种海洋监测数据多通道采集存储板，所述采集存储板包括：
7.可变增益放大器，所述可变增益放大器前端用于接收换能器转换后的声信号，所述声信号经过可变增益放大器进行初级放大；所述可变增益放大器连接有pc端，所述pc端对可变增益放大器进行增益调节；
8.低通滤波器，所述低通滤波器对经过放大的声信号进行高频滤除，去除部分噪声；
9.固定增益放大器，固定增益放大进行末级信号放大；
10.adc单元，所述adc单元采用多片多通道adc芯片，多通道adc芯片前端连接固定增益放大器；
11.fpga控制电路单元，所述fpga控制电路单元控制多片多通道adc芯片同步采样；
12.网络单元，所述网络单元包括千兆网，所述千兆网采用fpga控制网络phy芯片；
13.电源电路单元，所述电源电路单元用于整个采集存储板的供电，
14.可变增益放大器依次连接低通滤波器、固定增益放大器、adc单元、fpga控制电路单元以及网络单元，所述电源电路单元分别连接可变增益放大器、低通滤波器、固定增益放大器、adc单元、fpga控制电路单元以及网络单元。
15.优选地，所述可变增益放大器包括压控衰减器以及低噪声前放，信号经过压控衰减器调整增益，然后送入低噪声前放进行第一级放大，所述可变增益放大器采用vca810芯
片。
16.优选地，所述低通滤波器的低通截止频率为40khz。
17.优选地，所述固定增益放大器采用低噪声宽带运放，增益为30db。
18.优选地，所述多片多通道adc芯片为四片八通道的ads8568芯片，实现32通道同步采样。
19.优选地，所述fpga控制电路单元采用xc7a100t型号芯片。
20.优选地，所述phy芯片选用ksz9031。
21.与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：
22.本实用新型的海洋监测数据多通道采集存储板，能够长时间采集多达32路的瞬态、复杂信号，可通过千兆网口与pc机连接，在pc端通过显控软件实时查看各路信号，且可存储采集到的所有数据。该采集存储板前放部分由可变增益放大器实现0
‑
60db连续可调，可通过pc端下发命令改变增益，再经过低通滤波器及固定增益放大器后由adc进行采集。该板卡fpga选用xc7a100t核心板，xc7a100t是xilinx artix7系列fpga，具有101k个逻辑单元，240个dsp slice，4.8mb片内sram，8个6.6gb/sgtp收发器。采集存储板仅需外部提供一个24v直流电源即可工作，具有极低的噪声。
附图说明
23.图1为本实用新型海洋监测数据多通道采集存储板的电路原理图；
24.图2为本实用新型可变增益放大器、低通滤波器的电路原理图；
25.图3为本实用新型vca810芯片的功能框图；
26.图4为本实用新型lc低通滤波器pspice仿真结果图；
27.图5为本实用新型adc单元的电路原理图；
28.图6为本实用新型电源电路单元的电路原理图。
29.图中：可变增益放大器100，低通滤波器200，固定增益放大器300，adc单元400，fpga控制电路单元500，网络单元600，电源电路单元700。
具体实施方式
30.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型进行清楚、完整地描述。
31.如图1至图3所示，一种海洋监测数据多通道采集存储板，所述采集存储板包括：
32.可变增益放大器100，所述可变增益放大器100前端用于接收换能器转换后的声信号，所述可变增益放大器100前端也可直接连接多路数据采集器，所述声信号经过可变增益放大器100进行初级放大；所述可变增益放大器100连接有pc端，所述pc端对可变增益放大器100进行增益调节，所述pc端可实时显示各路信号情况，且可存储采集到的所有数据，降低了采集存储板由于数据存储容量较小的局限；所述可变增益放大器100包括压控衰减器以及低噪声前放，信号经过压控衰减器调整增益，然后送入低噪声前放进行第一级放大，所述可变增益放大器采用vca810芯片。工作过程中，通过向vca810芯片施加0v～
‑
2v的电压可实现
‑
40db～40db的增益，在本实施例中要求增益0～60db可调，因此控制vca810芯片的增益变化区间
‑
30db～30db，可由fpga控制电路单元控制精密dac输出增益控制电压实现。
33.低通滤波器200，所述低通滤波器200对经过放大的声信号进行高频滤除，去除部
分噪声；根据信号特性可选择低通截止频率为40khz，为了降低电路噪声，本实施采用lc无源滤波器。将ads设计结果导入pspice，将元件参数调整为标称值，仿真结果如图所示。如图4所示，滤波器的pspice的仿真结果与ads仿真结果基本一致，过渡带陡峭，阻带每倍频程衰减约6db，在76khz处的抑制约为9db。
34.固定增益放大器300，固定增益放大器300选用低噪声宽带运放实现，设计增益为30db，采用同相放大电路形式。为保证adc动态范围，选用轨到轨输出型运放实现。
35.adc单元400，所述adc单元400采用多片多通道adc芯片，多通道adc芯片前端连接固定增益放大器300；
36.如图5所示：多片多通道adc芯片采集的信号总共有32路，采样率为192ksps，分辨率16bit，为了简化电路设计，选用4片8通道同步采样adc，由fpga控制同步采样，实现32通道同步采样，所述adc芯片采用型号为ads8568，其主要特性为：8通道16bit sar型adc、每通道的最大采样率：400ksps、出色的交流性能、信噪比：ads8568：91.5db、总谐波失真：ads8568：
–
94db、可编程、经缓冲的内部基准：0.5v
–
2.5v或0.5v
–
3.0v，最高支持
±
12v的输入电压范围，可在扩展工业温度范围内完全额定运行：
‑
40～125℃。
37.fpga控制电路单元500，所述fpga控制电路单元500控制多片多通道adc芯片同步采样，本实用新型中fpga选用xc7a100t核心板，xc7a100t是xilinx artix7系列fpga，具有101k个逻辑单元，240个dsp slice，4.8mb片内sram，8个6.6gb/sgtp收发器。
38.网络单元600，所述网络单元600包括千兆网，千兆网采用fpga+phy芯片的方式实现，phy芯片选用ksz9031。
39.电源电路单元700，所述电源电路单元700用于整个采集存储板的供电，整板采用外部24v电源供电，通过dcdc+ldo得到
±
5v模拟电源，通过dcdc电路得到5v数字电源，由5v电源经过ldo进一步得到3.3v、2.5v、1.0v等电源，电源拓扑结构如图6所示，
40.可变增益放大器100依次连接低通滤波器200、固定增益放大器300、adc单元400、fpga控制电路单元500以及网络单元600，所述电源电路单元700分别连接可变增益放大器100、低通滤波器200、固定增益放大器300、adc单元400、fpga控制电路单元500以及网络单元600。
41.综合本实用新型的可知，本实用新型的海洋监测数据多通道采集存储板，多能够长时间采集多达32路的瞬态、复杂信号，可通过千兆网口与pc机连接，在pc端通过显控软件实时查看各路信号，且可存储采集到的所有数据。该板卡前放部分由可变增益放大器实现0
‑
60db连续可调，可通过pc端下发命令改变增益，再经过低通滤波器及固定增益放大器后由adc进行采集。该板卡采用4片8通道同步采样adc ads8568，采样率192ksps，分辨率16bit，实现32通道同步采样。该板卡fpga选用xc7a100t核心板，xc7a100t是xilinx artix7系列fpga，具有101k个逻辑单元，240个dsp slice，4.8mb片内sram，8个6.6gb/sgtp收发器。整块板卡仅需外部提供一个24v直流电源即可工作，32路通道都具有极低的噪声。