基于fpga的块茎电阻成像数据获取系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及应用于TERT(块茎电阻层析成像，TuberElectricalResistance Tomogra地y)系统的数据采集技术，具体说是基于FPGA(现场可编程口阵列，Field ProgrammableGateArray)的块茎电阻成像数据获取系统。所述数据获取系统尤指用于 TERT系统中的数据获取系统。
【背景技术】
[0002] 对于现有的TERT系统，可分为数据获取系统（数据采集与传输）和图像重建系统 (成像算法）两大部分，想要得到准确的、符合特定场合需求的图像，TERT系统的合理激励 /测量和精准的信号采集尤为重要。
[0003] 在现有技术中，对TERT系统的合理激励/测量和精准的信号采集一般是基于单片 机嵌入式技术来实现的，例如：基于ARM(进阶精简指令集器，AdvancedRISCMachine)内 核处理忍片的数据获取技术，它主要通过ARM内核处理忍片来控制TERT系统中信号激励与 采集部分的底层电路，实现对TERT系统中的阵列电极上输出电压数据或输出电流数据的 采集与处理。
[0004] 而对于TERT系统中的数据获取系统，需要实现对6X16阵列电极的6X104组输 出电压数据的采集测量，采集数据量较大，对采集速度也有一定的要求。而采用ARM内核处 理忍片方案虽开发周期短，具有比较强的事务管理功能，但其执行速度慢，不适合大量数据 的快速运算，应用于TERT系统中的数据获取系统时，并不能很好的满足TERT系统对于数据 采集的要求。
【发明内容】
[000引针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于FPGA的块茎电阻 成像数据获取系统，在数据获取系统中采用了FPGA忍片方案用W数据采集；FPGA因其灵活 性强，可W用皿L语言来编程实现不同功能，开发出来的产品性能好，外设可扩展I/O多的 优良特性，可W很好的实现大量数据的高速采集，使得数据获取系统能很好的满足TERT系 统对于数据采集的要求。
[0006] 为达到W上目的，本发明采取的技术方案是：
[0007] 基于FPGA的块茎电阻成像数据获取系统，其特征在于：通过FPGA忍片控制硬件 电路及忍片，对TERT系统中6层平面阵列电极的激励及信号采集进行扫略控制，从而实现 TERT系统数据的获取。
[000引在上述技术方案的基础上，具体包括：
[0009] 信号激励部分，包括FPGA忍片、激励恒流源和激励通道选择单元，信号激励部分 负责产生TERT系统中6层平面阵列电极的激励恒流源，
[0010] 信号采集部分，包括FPGA忍片和采集通道选择单元，信号采集部分负责检测和处 理TERT系统中6层平面阵列电极相应一对电极间的电压量，
[0011] 调理电路部分，包括FPGA忍片、ARM忍片、放大/滤波单元、交直转换单元、低通滤 波单元和程控放大单元，调理电路部分对信号采集部分采集到的电压值进行放大滤波、交 直转换、低通滤波和程控放大，最终得到适合A/D采集范围的直流电压值；
[0012] 数据传输部分，包括ARM忍片和网络服务器，数据传输部分负责对采集的数据进 行传输，所述网络服务器采用LAMP技术搭建，设有无线模块。
[0013] 在上述技术方案的基础上，在激励恒流源中采用恒流源忍片LM334产生幅值恒定 的激励电流，由开关忍片MAX303对激励电流进行切换，从而产生幅值恒定的双极性电流， 同时通过改变开关忍片MX303切换频率最终改变双极性电流频率，在运个过程中，由FPGA 忍片控制开关忍片MAX303的切换动作。
[0014] 在上述技术方案的基础上，在数据获取系统的信号激励部分与信号采集部分中， 激励通道选择单元和采集通道选择单元采用电子开关忍片CD4051，由FPGA忍片控制电子 开关忍片CD4051实现系统对激励通道的选择W及对采集通道的选择。
[0015] 在上述技术方案的基础上，对TERT系统中6层平面阵列电极的每一层使用四片电 子开关忍片CD4051，共有32个控制开关，其中两片电子开关忍片CD4051用于控制激励通道 选择，两片用于控制采集通道选择。
[0016] 在上述技术方案的基础上，控制激励通道选择时，一层平面阵列电极中的16个 电极交替式分别连入两片电子开关忍片CD4051的每个开关通道，同时两片电子开关忍片 CD4051的另一端连接在一起分别接在激励恒流源的两个输出；
[0017] 控制采集通道选择时，一层平面阵列电极中的16个电极交替式分别连入两片电 子开关忍片CD4051的每个开关通道，同时两片电子开关忍片CD4051的另一端接入调理电 路部分，经调理电路部分对采集通道采集到的电压值进行放大滤波、交直转换、低通滤波和 程控放大。
[0018] 在上述技术方案的基础上，在调理电路部分中，放大/滤波单元使用差分放大电 路及带通滤波电路，
[0019] 交直转换单元通过基于乘法器的相敏解调方式实现。
[0020] 在上述技术方案的基础上，ARM忍片会对每一个采样通道的采样数据进行检测，若 采样数据不满足A/D采集范围，则该通道的程控放大单元会对电路的放大增益进行调整；
[0021] 在程控放大单元，FPGA忍片通过增益控制器实现对电极输出信号的程控放大功 能。
[0022] 在上述技术方案的基础上，在调理电路部分完成对电极输出信号的处理后，ARM忍 片控制A/D转换忍片对采样数据进行A/D转换并存储，并在完成一次完整数据的采集之后， ARM忍片控制无线模块将所存储的采样数据传输至网络服务器中。
[0023] 本发明所述的基于FPGA的块茎电阻成像数据获取系统，在数据获取系统中采用 了FPGA忍片方案用W数据采集；FPGA因其灵活性强，可W用皿L语言来编程实现不同功 能，开发出来的产品性能好，外设可扩展I/O多的优良特性，可W很好的实现大量数据的高 速采集，使得数据获取系统能很好的满足TERT系统对于数据采集的要求。
【附图说明】
[0024] 本发明有如下附图：
[00巧]图1数据获取系统架构图；
[0026] 图2激励电流产生电路；
[0027] 图3激励电流双极性转换电路；
[0028] 图4CD4051脚功能；
[0029] 图5电极交替式连接两个CD4051忍片示意图；
[0030] 图6程控放大示意图。
【具体实施方式】
[0031] W下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0032] 本发明为了解决传统单片机嵌入式技术方案的缺陷，通过设计出一种基于FPGA 的块茎电阻成像数据获取系统，实现对TERT系统中6X16阵列电极的6X104组输出电压 数据的高速实时测量。主要通过FPGA忍片控制硬件电路及忍片，对TERT系统中6层平面 阵列电极的激励及信号采集进行扫略控制，从而实现TERT系统数据的获取。
[003引如图1所示，本发明所述的基于FPGA的块茎电阻成像数据获取系统，具体包括：
[0034] 信号激励部分，包括FPGA忍片、激励恒流源和激励通道选择单元，信号激励部分 负责产生TERT系统中6层平面阵列电极的激励恒流源，
[0035] 信号采集部分，包括FPGA忍片和采集通道选择单元，信号采集部分负责检测和处 理TERT系统中6层平面阵列电极相应一对电极间的电压量，
[0036] 调理电路部分，包括FPGA忍片、ARM忍片、放大/滤波单元、交直转换单元、低通滤 波单元和程控放大单元，调理电路部分对信号采集部分采集到的电压值进行放大滤波、交 直转换、低通滤波和程控放大，最终得到适合A/D采集范围的直流电压值；
[0037] 数据传输部分，包括ARM忍片和网络服务器，数据传输部分负责对采集的数据进 行传输，所述网络服务器采用LAMP技术搭建，设有无线模块，所述无线模块可选用有人公 司USR-WIFI232-T无线模块。
[0038] 其中，信号激励部分与信号采集部分为数据获取系统最重要的两部分，所述系统 主要是通过FPGA忍片W实现控制的，包括对激励恒流源的输出控制，对采集通道选择单元 的控制，化及与ARM忍片配合使用对调理电路部分的控制，最后由ARM忍片控制对采集的数 据进行传输。
[0039] 在上述技术方案的基础上，如图2所示，为了扩大数据获取系统的测量范围，在激 励恒流源中采用恒流源忍片LM334产生幅值恒定的激励电流，由开关忍片MAX303对激励电 流进行切换，从而产生幅值恒定的双极性电流，同时通过改变开关忍片MAX303切换频率最 终改变双极性电流频率，在运个过程中，由FPGA忍片控制开关忍片MAX303的切换动作。激 励电流产生电路如图2所示，对激励电流双极性转换电路如图3所示。
[0040] 激励恒流源产生双极性激励电流后，需要选取TERT系统中相邻电极对作为激励 通道，同时还需对同一平面上其他非激励电极上的电位信息进行采集，即选取采集通道。
[00川在TERT系统中共有6X