相输入端之间顺次串联有所述电容C5和电容C6，且所述电容C5和电容C6的公共端与所述运算放大器U5的输出端之间连接有所述电阻R12，所述运算放大器U5的同相输入端还通过所述电阻R13接地，所述运算放大器U5的反向输入端通过所述电阻R7接地，且所述运算放大器U5的反向输入端还通过所述电阻R8与输出端连接。
[0032]本实施例中，所述运算放大器U4和运算放大器U5均采用NE5532芯片。NE5532芯片是一种双运放高性能低噪声运算放大器，相比于大多数标准运算放大器，它具有更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。
[0033]所述程控放大电路包括运算放大电路和DA转换电路，所述运算放大电路串联在所述滤波电路和所述AD转换电路之间，用于对所述滤波电路滤波后的信号进行放大，所述DA转换电路串联在所述运算放大电路和所述主控制器之间，用于接收主控制器的数字控制信号并转化为模拟控制信号控制所述运算放大电路的放大倍数。
[0034]这里，所述运算放大电路包括两片LM324芯片，DA转换电路采用AD7523芯片，用来作为两个LM324芯片的反馈电阻和输入电阻，以此来改变程控放大电路的增益，该电路优点是无需外接精密电阻，增益完全由输入的数字量决定，且精度高、使用方便。
[0035]本实施例中，所述AD转换电路采用AD9280芯片，AD9280是8位数模转换器数据速率达32Mps，在整个工作范围内无失码。
[0036]所述FPGA包括FIFO缓存器、第一滤波器、主控制器、时钟电路和存储器，所述AD转换电路与所述FIFO缓存器连接，所述FIFO缓存器、第一滤波器和存储器顺次串联，所述存储器与所述第一 ZigBee模块连接，所述时钟电路与所述主控制器连接，所述主控制器分别与所述第一滤波器、存储器、程控放大电路和FIFO缓存器连接，外部时钟信号接入所述时钟电路。所述时钟电接收外部时钟信号并将外部时钟信号转化为其他频率的时钟信号以满足实际控制需求。这里，所述第一滤波器为FIR滤波器，可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性；所述存储器采用RAM存储器，具有高速存取，读写时间相等，且与地址无关的特性；所述时钟电路采用PLL时钟模块，用来将外部的时钟信号转化为所需的时钟信号并进行统一整合，使内存能正确的存取信息。
[0037]所述信号转换电路包括依次连接的第二 ZigBee模块、MCU和无线信号传输模块，所述第二 ZigBee模块与所述第一 ZigBee模块连接，所述无线信号传输模块与所述上位机无线连接。这里，所述存储器通过串口 RS232与所述第一 ZigBee模块连接，MCU分别与第二 ZigBee模块和无线信号传输模通过串口 RS232连接，所述无线信号传输模块与上位机无线连接。
[0038]本实施例中，所述第一 ZigBee模块和第二 ZigBee模块均采用ZM5168芯片，每个ZigBee模块是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，采用多个ZigBee模块时，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。所述MCU采用STC89C52RC芯片，所述无线信号传输模块采用信号为TLG10UA03的WiFi信号模块。
[0039]本实用新型的一种基于FPGA的微弱信号采集系统，包括200多个ZigBee网络，每个Zigbee网络最多能够支持254个节点的接入，可以支持超过60000个节点；当某个节点出现了突然断电的情况，能定时搜寻并添加该节点，组网操作简单、网络容量大。另外，第一Zigbee芯片将信号传递给信号转换模块，MCU将Zigbee形式的信号转换成WiFi形式的信号，再通过WiFi无线信号传输模块发送出去，这样保证更加适用和实用，传输数据带宽大、传输速率快，同时WiFi信号构成的局域网可以通过现有设备直接接受，不需要在额外添加任何硬件。
[0040]本实用新型的一种基于FPGA的微弱信号采集系统可采集微弱电信号，通过信号调理电路将输入的非常微弱且包含多种干扰噪声源的低电平信号进行放大、滤波、抑制噪声并统一格式，并采用增益可调的程控放大电路，传输数据带宽大、传输速率快；另外无线信号构成的局域网可以通过现有设备直接接受，不需要在额外添加任何硬件，组网操作简单、网络容量大。
[0041]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于FPGA的微弱信号采集系统，其特征在于:包括依次连接的信号调理电路、程控放大电路、AD转换电路、FPGA、第一 ZigBee模块、信号转换电路和上位机，所述程控放大电路还与所述FPGA连接，外部时钟信号接入所述FPGA ； 所述FPGA包括FIFO缓存器、第一滤波器、主控制器、时钟电路和存储器，所述AD转换电路与所述FIFO缓存器连接，所述FIFO缓存器、第一滤波器和存储器顺次串联，所述存储器与所述第一 ZigBee模块连接，所述时钟电路与所述主控制器连接，所述主控制器分别与所述第一滤波器、存储器、程控放大电路和FIFO缓存器连接，外部时钟信号接入所述时钟电路； 所述信号转换电路包括依次连接的第二 ZigBee模块、MCU和无线信号传输模块，所述第二 ZigBee模块与所述第一 ZigBee模块连接，所述无线信号传输模块与所述上位机无线连接。2.根据权利要求1所述一种基于FPGA的微弱信号采集系统，其特征在于:所述信号调理电路包括电容C1-C3、电阻R1-R5、稳压二极管D1、运算放大器U1、电压跟随器U2和第二滤波器U3，所述运算放大器Ul的反向输入端通过所述电容C3接地，外部微弱电信号通过所述电阻R2接入所述运算放大器Ul的同相输入端，且所述运算放大器Ul的同相输入端还通过所述电容C2接地，所述运算放大器Ul的参考电压输入端通过所述电阻R5与外部电源连接，所述运算放大器Ul的参考电压输入端还与所述稳压二极管Dl的负极连接，所述稳压二极管Dl的正极接地，所述运算放大器Ul的输出端与所述电压跟随器U2的正极输入端连接，所述电压跟随器U2的负极输入端与输出端连接，且电压跟随器U2的输出端通过所述电阻R3与所述第二滤波器U3的负极输入端连接，所述第二滤波器U3的正极输入端通过所述电阻R4接地，所述第二滤波器U3的负极输入端与输出端之间并联有所述电阻Rl和电容Cl，且所述第二滤波器U3的输出端将经过放大滤波后的电信号输出。3.根据权利要求2所述一种基于FPGA的微弱信号采集系统，其特征在于:所述运算放大器Ul采用AD620芯片，所述电压跟随器U2和第二滤波器U3均采用AD705芯片。4.根据权利要求1所述一种基于FPGA的微弱信号采集系统，其特征在于:还包括滤波电路，所述滤波电路串联在所述信号调理电路和所述程控放大电路之间，用于对信号调理电路调理之后的信号进行滤波处理。5.根据权利要求4所述一种基于FPGA的微弱信号采集系统，其特征在于:所述滤波电路包括电阻R6-R13、电容C4-C7、运算放大器U4和运算放大器U5，所述信号调理电路的输出端与所述运算放大器U4的反向输入端之间顺次串联有所述电阻R9和电阻R10，所述运算放大器U4的反向输入端与输出端之间连接有所述电容C4，所述运算放大器U4的同相输入端与输出端之间顺次串联有所述电阻R11、电容C7和电阻R6，且所述电阻Rll与电容C7的公共端接地，所述运算放大器U4的输出端与所述运算放大器U5的同相输入端之间顺次串联有所述电容C5和电容C6，且所述电容C5和电容C6的公共端与所述运算放大器U5的输出端之间连接有所述电阻R12，所述运算放大器U5的同相输入端还通过所述电阻R13接地，所述运算放大器U5的反向输入端通过所述电阻R7接地，且所述运算放大器U5的反向输入端还通过所述电阻R8与输出端连接。6.根据权利要求5所述一种基于FPGA的微弱信号采集系统，其特征在于:所述电阻R6为可调电阻，用于调节滤波电路的高频截止频率，所述电阻R8也为可调电阻，用于调节滤波电路的低频截止频率。7.根据权利要求5所述一种基于FPGA的微弱信号采集系统，其特征在于:所述运算放大器U4和运算放大器U5均采用NE5532芯片。8.根据权利要求4所述一种基于FPGA的微弱信号采集系统，其特征在于:所述程控放大电路包括运算放大电路和DA转换电路，所述运算放大电路串联在所述滤波电路和所述AD转换电路之间，用于对所述滤波电路滤波后的信号进行放大，所述DA转换电路串联在所述运算放大电路和所述主控制器之间，用于接收主控制器的数字控制信号并转化为模拟控制信号控制所述运算放大电路的放大倍数。9.根据权利要求1至8任一项所述一种基于FPGA的微弱信号采集系统，其特征在于:所述MCU采用STC89C52RC芯片。10.根据权利要求1至8任一项所述一种基于FPGA的微弱信号采集系统，其特征在于:所述AD转换电路采用AD9280芯片。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于FPGA的微弱信号采集系统，包括依次连接的信号调理电路、程控放大电路、AD转换电路、FPGA、第一ZigBee模块、信号转换电路和上位机，所述程控放大电路还与所述FPGA连接，外部时钟信号接入所述FPGA。本实用新型的一种基于FPGA的微弱信号采集系统可采集微弱电信号，通过信号调理电路将输入的非常微弱且包含多种干扰噪声源的低电平信号进行放大、滤波、抑制噪声并统一格式，并采用增益可调的程控放大电路，传输数据带宽大、传输速率快；另外无线信号构成的局域网可以通过现有设备直接接受，不需要在额外添加任何硬件，组网操作简单、网络容量大。
【IPC分类】G08C17/02
【公开号】CN204926480
【申请号】CN201520737714
【发明人】姚少鹏, 徐正
【申请人】中国地质大学（武汉）
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月21日