集控制模块、帧格式整理模块、帧平均模块、Flash读写控制模块、数据校正与均匀化处理 模块、数据缓存模块以及总线时序变换模块： 指令响应与核心调度模块实现对ARM所给指令进行识别、翻译并指挥FPGA进行动作响 应； 光电转换控制模块实现对光电转换装置的时序控制，从而将X光信号转化为电信号； 信号采集控制模块实现对信号采集装置的时序控制，从而对光电转换信号进行采集； 帧格式整理模块实现将采集到的N路并行数据整理为符合一帧顺序格式的串行数据， N为正整数； 帧平均模块实现对K帧数据计算平均值，以消除噪声影响，得到准确的校正系数，K为 正整数； Flash读写控制模块实现对校正系数、光电转换器数量及增益值的存储与读取； 数据校正与均匀化处理模块实现对由皮带弧度与光电转换像元非一致性造成的数据 偏差进行补偿； 数据缓存模块实现对采集数据与校正数据的缓冲与暂存，以便输出到ARM; 总线时序变换模块实现FPGA与ARM的总线匹配与数据交互。
2. 根据权利要求1所述的一种基于FPGA的钢丝绳芯输送带X光探测器采集控制与信 号处理装置，其特征在于：所述指令响应与核心调度模块利用Case语句通过实时判断8位 指令信号电平实现共9种外部指令响应与动作调度操作，包括： 收到8比特指令字节"00000000"，则不执行任何动作，采集控制与信号处理装置处于 复位状态； 收到8比特指令字节的低3位为"000"，且高5位非全零，则将高5位数值作为光电转 换器的数量值存入Flash，并初始化光电转换器数量变量，操作完毕输出动作执行完毕确认 脉冲； 收到8比特指令字节的低3位为"001"，则将高5位数值作为光电转换器的增益值存入Flash，并初始化光电转换器增益变量，操作完毕输出动作执行完毕确认脉冲； 收到8比特指令字节"00000010"，则将格式整理及取平均后的一帧采样数据作为关光 校正系数存入Flash，操作完毕输出动作执行完毕确认脉冲； 收到8比特指令字节"00000011"，则将格式整理及取平均后的一帧采样数据作为开光 校正系数存入Flash，操作完毕输出动作执行完毕确认脉冲； 收到8比特指令字节"00000100"，则读取Flash中的光电转换器数量值、增益值、一帧 开光校正系数和一帧关光校正系数，初始化光电转换器数量变量、增益变量，将开关光校正 系数存入缓存区并利用其对格式整理后的采样数据进行校正及均匀化处理，并将处理后的 数据存入发送缓存区，每存完一帧输出一个触发ARM读取的触发脉冲； 收到8比特指令字节"00000101"，则停止所有工作，复位采集控制与信号处理装置，操 作完毕输出动作执行完毕确认脉冲； 收到8比特指令字节"00000110"，则先后读取Flash中的一帧关光校正系数和一帧开 光校正系数，存入发送缓存区，每存完一帧输出一个触发ARM读取的触发脉冲； 收到8比特指令字节"00000111"，则读取Flash中的光电转换器数量值、增益值，初始 化光电转换器数量变量、增益变量，将格式整理后的采样数据存入发送缓存区，每存完一帧 输出一个触发ARM读取的触发脉冲。
3. 根据权利要求1所述的一种基于FPGA的钢丝绳芯输送带X光探测器采集控制与信 号处理装置，其特征在于：所述帧格式整理模块包括并串变换、写地址发生器、双口RAM、读 地址发生器四部分： 并串变换实现将采集到的N路并行数据变为一路串行数据； 双口RAM作为帧格式整理的缓存区； 写地址发生器实现将非一帧顺序格式的数据存入双口RAM; 读地址发生器实现将数据按照一帧顺序格式从双口RAM读出。
4. 根据权利要求1所述的一种基于FPGA的钢丝绳芯输送带X光探测器采集控制与信 号处理装置，其特征在于：所述帧平均模块包括加法器、写地址发生器、双口RAM、读地址发 生器四部分： 加法器实现将输入的当前帧数据与从双口RAM中读出的累加结果进行加法运算； 双口RAM作为累加结果的缓存区； 写地址发生器实现将本次加法运算结果存入双口RAM; 读地址发生器实现将累加结果从双口RAM读出。
5. 根据权利要求1所述的一种基于FPGA的钢丝绳芯输送带X光探测器采集控制与信 号处理装置，其特征在于：所述数据校正与均匀化处理模块包括减法器、乘法器、除法器三 部分： 减法器实现采集数据与关光校正系数的减法运算，以及开光校正系数与关光校正系数 的减法运算； 乘法器实现采集数据与关光校正系数相减结果与归一化常数的乘法运算； 除法器实现乘法器输出结果与开关光校正系数相减结果的除法运算。
6. 根据权利要求1所述的一种基于FPGA的钢丝绳芯输送带X光探测器采集控制与信 号处理装置，其特征在于：所述数据缓存模块选用双口RAM。
【专利摘要】本发明涉及一种基于FPGA的钢丝绳芯输送带X光探测器采集控制与信号处理装置，其主要包括光电转换控制模块、信号采集控制模块、数据校正与均匀化处理模块：光电转换控制模块实现对光电转换装置的时序控制，从而将X光信号转化为电信号；信号采集控制模块实现对信号采集装置的时序控制，从而对光电转换信号进行采集；数据校正与均匀化处理模块实现对由皮带弧度与光电转换像元非一致性造成的数据偏差进行补偿。本发明有利于X光探测器对输送带钢丝绳芯进行快速、实时、准确的在线监测，并且，基于一片FPGA实现对X光探测器各部分的控制及所有信号处理算法，使整个探测器具有较高的集成度与较低的复杂度。
【IPC分类】G05B19-042, G01N23-083
【公开号】CN104698944
【申请号】CN201510119559
【发明人】苗长云, 戈立军, 李现国, 张立东, 王榆生
【申请人】天津工业大学, 天津市恒一机电科技有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月19日