【正文】 之間數(shù)據(jù)單向流動。由于高低限的判斷 相對容易實現(xiàn)，因此在后文的設計中就省略了此處的描述。 FPGA 軟件設計：在此 設計 中 FPGA 實現(xiàn)的 五種 功能：數(shù)據(jù)的采集、高低限判斷、 數(shù)字濾波器、 數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)傳輸。在本設計中，針對采集的信號的不同，設計不同的調理電路 ， 其中功能相同的電路，做成典型模塊，使設計簡易化。因為從干擾嚴重或室外環(huán)境下采集的模擬信號和數(shù)字信號都不可避免的受到了或多或少的干擾，導致信號的不準確，摻雜 其中 的尖峰信號會對后級元器件造成損壞，從而造成設備的故障，且維護困難。 三 相 橋 式 整 流 全 橋 逆 變 電 路 高 頻 變 壓 器 高 壓 硅 堆 整 流 除 塵 器小 磁 環(huán)H V H V 02 0 1T A 1三 相 濾 波 器( T P F )0 0 R0 0 S0 0 T0 0 1 R0 0 1 S0 0 1 TQ F 0快 熔0 1 3 S0 1 3 T0 1 3 RK M 0 BK M 00 1 4 R0 1 4 S0 1 4 T2 0 20 1 5 R0 1 5 S0 1 5 TG N D 0R S 1 圖 21 系統(tǒng)結構圖 注：虛線部分為本文研究內容 由上圖可以看出，本文的主要研究對象為硬件電路設計和 FPGA 采集模塊的實南京信息工程大學碩士學位論文 8 現(xiàn) 。 綜合以上原因，在本系統(tǒng)中采用 基于 FPGA 的 采集 模式來搭建 采集 平臺 。 FPGA 采集模式： FPGA 的 I/O 數(shù)量較多，每一個 I/O 口的功能都大致相同，因此其可移植性更強。 （ 4）可擴展性 傳統(tǒng)采集模式： DSP 或單片機的數(shù)據(jù)采集是將模擬信號直接輸入到 AD 寄存器的引腳中，因此模 擬信號的輸入受到 CPU 的供電電壓的限制。因此 DSP/單片機的采集頻率很大程序受到時鐘的束縛，因此大多的 DSP 最大的采集速度為幾十 兆 或上百 兆 。因此，適于大數(shù)據(jù)量的高速 采集和 傳輸控制，可以集成外圍控制、譯碼和接口電路。而且串行的工作模式注定在同一時間只能采集一種信號 ， 這就必然限制了其采集速度和質量。 FPGA采集 模 式 ： FPGA的數(shù)據(jù)采集是 FPGA搭配一個高速模數(shù)轉換器實現(xiàn)采集，因此整個數(shù)據(jù)的采集和 A/D 轉換都是 由 硬件完成，可以最大限度的提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 采樣和處理能力。 （ 1） A/D 轉換的控制 傳統(tǒng)采集 模 式：通過軟件控制數(shù)據(jù)采集的 A/D 轉換。而由于 FPGA 在最近十幾年的強勢崛起，其靈活的可配置性和并行的工作模式，使其短時間內在數(shù)據(jù)采集 方向 的應用得到迅速發(fā)展。當電路有少量改動時，更能顯示出 FPGA的優(yōu)勢，其現(xiàn)場編程能力可以延長產品在市場上的壽命， 而這種能力可以用來進行系統(tǒng)升級或除錯。這三種微控制器都可以用來做數(shù)據(jù)采集，下面就三者的主要優(yōu)勢做簡要分析：（ 1） ARM 的最大特點是其強大的的事務管理功能，主要用來做應 用界面設計以及應用程序等，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在控制方面；（ 2） DSP，南京信息工程大學碩士學位論文 6 即數(shù)字信號處 。系統(tǒng)中硬件結構盡可能的采用模塊化設計，各部分彼此不受影響，這樣在使用中對故障的排查也起到一定的簡易作用，方便系統(tǒng)的后期維護和升級 [8]。在工作環(huán)境和硬件使用壽命的制約下，設備出現(xiàn)故障 是 無可避免的問 題。在滿足需求的基礎上，盡量選用應用廣泛的器件。電除塵器高頻電源是一個商品，因此其利潤才是最為重要的關鍵。 （ 3） 硬件成本。更新?lián)Q代并不是另起爐灶，而是在現(xiàn) 有 的基礎上的進一步發(fā)展 與改進 。 （ 2） 可擴展性。電除塵器高頻電源 的 工作環(huán)境的劣，經常是處于高溫 或 低溫、高濕度和干擾嚴重的環(huán)境中，因此保證其可靠地運行更為重要。 系統(tǒng)設計原則 根據(jù)高頻電源的使用情況與基本的設計原則在具體實際中的考慮，本文按照以下原則進行總體設計： （ 1） 可靠性。 第 七 章是本文的總結和展望。而隨著 FPGA 技術的不斷發(fā)展，基于 FPGA 的數(shù)字處理算法也不斷的產生。 第六章是基于分布式算法的 FIR 濾波器在 FPGA 中的研究和應用。在 本章 中，針對 硬件電路中采集信號采集 模數(shù)轉換 芯片 ，各自獨 立設計一系列的采集程序，并著重對數(shù)據(jù)緩存技術做了深入的分析 。為驗證硬件電路設計的正確性，最后給出各電路在不同調理部分的波形，并與輸入波形做對比。 因此 ，需對硬件選型十分慎重。因為電除塵器高頻電源是安裝在室外，而且在全國各地都有應用。 第四章是電除塵器高頻電源的采集系統(tǒng)的硬件設計。電除塵器高頻電源是一種自主進行故障判斷的設備。 第三章是本文設計的基礎。 第二章是對本文設計的總體概述， 根據(jù)工業(yè)設計要求，給出本設計的設計原則。本文詳細分析了 DA算法的原理，并根據(jù)原理在 FPGA 中實現(xiàn)了 FIR 濾波器。本文對硬件模數(shù)轉換器、移位寄存器等采集芯片設計出完整的接口程序，完成信號的最終數(shù)字量轉換，并給出時序仿真圖。針對采集信號的特殊性，有針對性的設計調理采集電路，并在最后給出硬件電路設計的仿真波形與實際實驗波形的對比說明，驗證硬件電路設計的正確性 。 （ 1）采集數(shù)據(jù)分析是對整個高頻電源監(jiān)控數(shù)據(jù)的研究，在設計之初對其做詳細的分析與研究，包括采集信號的種類、波形、幅值、頻率等，并對數(shù)據(jù)采集的方法做了詳細的解釋說明。 本文的研究內容 基于目前國內現(xiàn)有的基于傳統(tǒng)采集方式的電除塵器高頻電源 ，本文將現(xiàn)已發(fā)展成熟的 FPGA 技術 運用到高頻電源上 提高設備采集系統(tǒng)的性能 。但是由于國內的電子技術相比于國外較為落后，在系統(tǒng)硬件電路采集、調理等方面的成熟度更是處于弱勢，因此在電除塵器高頻電源主電路趨于穩(wěn)定的條件下， 國內高頻電源的故障率一直處于居高不下的狀態(tài)， 一個非常重要的方面就 是國內高頻電源的控制系統(tǒng)或采集系統(tǒng)采用的技術更新速度慢， 且 其采集系統(tǒng)已成固化狀態(tài)，方式單一，其對硬件的依賴性很大 。其中國電環(huán)保研究院研制的高頻電源體積小、重量輕，其輸出功率更是達到 115KW，達到了國際水準 [6][7]。其中國電環(huán)境保護研究院（南京國電環(huán)保科技有限公司）、福建龍凈環(huán)保公司是電除塵器高頻電源的先驅者。 雖然 我國的開關電源技術的發(fā)展基本上可源于 20 世紀 70 年代末和 80 年代初 ， 當時引進的開關電源技術在高等院校和一些科研所停留在試驗開發(fā)和教學階段 ，但是直到 21 世紀初，高頻電源在我國引進， 而且其 高昂的價格，使其推廣使用變得尤為艱難。 而電除塵器高頻電源采集系統(tǒng)的發(fā)展史則直接與 DSP 的發(fā)展相緊密聯(lián)系，從第一代的電除塵器高頻電源的生產開始，其控制系統(tǒng)一直由 DSP為主導，而隨著 DSP 的發(fā)展，其控制、采集系統(tǒng)也不斷的處于更新狀態(tài)。 20 世紀 90 年代末 ， 美國的 NWL 公司 、 丹麥 SMIDTH 公司和瑞典的 ALSTOM 公司等的高頻開關電源進入市場并應用于電力、化工等行業(yè)。 作為 電除塵器高頻電源的重要核心組成部分之一的采集系統(tǒng)，更是直接關系到高頻電源性能的好壞，是保證電除塵器高頻電源的正常運行的關鍵之一。但是，由于開關穩(wěn)壓電源的功率開關處于開關狀態(tài)，使其存在的輸出波紋電壓較高、瞬變響應較差，對電網和外部電子設備有電磁干擾等缺點。電除塵器高頻電源屬南京信息工程大學碩士學位論文 2 于 開關電源，因此其具有開關電源的優(yōu)勢。除此以外，其輸出電壓的脈動大，使得除塵器的輸出平均電壓偏低，導致除塵效率相對較低，而且使用半控型器件使得發(fā)生閃絡放電或者短路等狀況時不能夠及時調整，延時大，系統(tǒng)響應較慢，因此有可能會造成設備的損壞 [2][3][4]；但 其 優(yōu)良的輸出特性，使其在對電源性能要求較高的場合仍得到廣泛的應用。工頻電除塵器電源是線性電源，線性電源的優(yōu)點是穩(wěn)定性好，可靠性高，輸出電壓精度高，輸出紋波電壓小。而目前在中國，電除塵器數(shù)量占除塵器數(shù)量的百分之七十以上，我國明顯已經是一個世界電除塵器的生產、應用大國 [1][2]。 但是，這十多年來我國環(huán)保形勢已發(fā)生了巨大的變化，作為大氣污染治理的主戰(zhàn)場 —— 火力發(fā)電廠裝機容量 至少 增加了三倍，單機機組 更 由 300、 600 發(fā)展到 1000MW 或更高 ；粉塵排放濃度 則 由 200mg/m3 降到 50m g/m3； 而 電站脫硫技術迅速發(fā)展， 特別是干法脫硫后 需要 處理的粉塵濃度 則 高達 800mg/m3—— 20xxmg/m3；這就要求除 塵器的除塵效率 達到 在 %以上，這些都給電除塵器 及其 供電電源等提出了新的課題。而不僅是火電廠，煤炭加工、采礦、電力、冶金、煉油、化工、造紙等工業(yè)都是粉塵污染的排放源。人們越來越關注對環(huán)境的保護。s requirements. While FPGA has fast speed, good patibility and strong realtime, it is increasingly used for data collection and simple calculation. The overall structure of the design is based on the control platform of DSP and FPGA. This design makes full use of the flexibility of FPGA and parallel characteristic, matchs with specific ADs and serial memory chips, multichannel acquisition analog、digital signals, and the performance of the system is also improved. First, this paper makes a detailed introduction to the high frequency power supply for ESP and the principle of work, and datas collected in the high frequency power supply are analyzed and studied in details, including the requirements of acquisition and characteristics of the signal. Second, according to the design object, conditioning circuits of each path of signals is designed, and the circuit design principle and function are also analyzed in details, and the experimental waveform simulation waveform and the final physical design are presented at last After the design of hardware is finished, this paper makes a detailed analysis of the timing of data acquisition chip used in hardware circuit, implemented in FPGA software acquisition program and timing simulation, especially the data cache and data transmission are analyzed and discussed. Third, to enhance the efficiency of DSP and the system, after analog signals chanage to digital signals, a research of an implementation of FIR filter based on DA algorithm in FPGA is presented, and the implementation steps and detailed results is given. With the development of work and information technology, since its irreplaceable advantages, FPGA is more and more widely applied to various fields. The acquisition system based on FPGA designed in this paper, not only has the further promotion in realtime, and the system scalability is very strong。本文設計的基于 FPGA 的采集系統(tǒng)，不僅在實時性方面有進一步的提升，而且系統(tǒng)的可擴展性非常強，有利于設備的進一步升級。 第三，為提升 DSP 和系統(tǒng)效率，在模擬信號的數(shù)字化完成后，對在 FPGA 中實現(xiàn)基于 DA 算法的 FIR 濾波器做了進一步研究，并給出了詳細的實現(xiàn)步驟和結果。 其次，針對設計對象，給出每一路數(shù)據(jù) 的硬件調理電路