基于FPGA的高温热流传感器信号采集系统设计.pdf

本篇文章介绍了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的高温热流传感器信号采集存储系统的设计。该系统采用了XC2S50作为主控制芯片，设计的主要目的是实现对高温热流传感器输出的测量信号和温度信号进行采集，并将采集到的数据进行混合编帧存储。 关键词FPGA在本设计中具有至关重要的作用，它不仅具有高时钟频率，还有内部延时小、设计灵活、性能高、速度快等优势，远超传统的单片机控制芯片。 系统的工作流程是：上电后系统处于等待状态，一旦接收到上位机命令，系统开始采集信号。这些信号经过放大、滤波及模数转换等环节后，在FPGA的时序控制下将模拟信号转换为数字信号，并通过内部FIFO（First-In-First-Out）缓存写入存储器。此外，系统也可将数据直接保存为文本文件，无需读取FLASH即可调用数据。 文章中指出飞行器飞行时，底部气流和燃气回流的热流参数对于飞行状态的监视和控制非常重要，而通过热流传感器采集并分析这些参数能有效监视飞行状态，并为其他飞行器的设计提供重要参考依据。 系统总体设计包含了测试信号调理模块、温度信号处理模块、控制部分、存储模块、通信模块和电源模块。其中，测试信号调理模块负责处理传感器输出的测试信号，这些信号以小幅度的电压形式输出，约0～12mV。为了确保信号质量，使用集成运放AD623对信号进行放大，并用MAX291滤波器进行滤波，然后通过AD7667芯片将模拟信号转换为数字信号送入FPGA。 温度信号处理模块处理由外接热电偶测得的温度信号，输出后直接进入MAX6675进行模数转换，然后送入FPGA。MAX6675是专为K型热电偶设计的串行模数转换器，内部集成了热电偶断线检测和冷端补偿电路，能将温度模拟信号转换为12位的数字量，并具有高达0.25°C的温度分辨率。 实时监测与存储模块负责实时监测采集到的信号，并将它们存储起来。系统上位机负责控制整个工作状态，包括系统复位、开始采集、停止采集和存储数据等操作。 本文不仅提出了一套高精度、抗干扰的信号采集电路设计，而且通过实验验证了该系统能够完整地获得热流传感器的测试信号及温度信号，展现了其电路设计简单、采集精度高、稳定性高等特点。这对于飞行器底部气流和燃气回流的参数监测、分析和控制具有重要的实际应用意义。同时，该设计还可为高温环境下的其他信号采集系统提供参考。