一种基于FPGA的钢丝绳芯输送带高速X光探测器研究

摘要

带式输送机是一种现代化生产中连续运输设备，具有运量大、运距远、能耗小、运费低、效率高、运行平稳、装卸方便、适合于散料运输等优点，已广泛应用于煤炭、港口、电力、矿山、化工等领域。钢丝绳芯输送带是带式输送机牵引和运载的重要部件，在使用过程中，由于钢丝绳芯输送带载荷量增加，被废钢铁或矸石等异物或障碍物划伤，长期在恶劣环境下使用输送带老化，输送机安装调整不当，钢丝绳芯接头搭接和硫化不好等原因而产生钢丝绳芯断裂、划伤、锈蚀、接头伸长或接头搭接不规范和钢丝绳芯与橡胶分离（脱胶）等故障，一旦发生故障将会造成重大断带安全事故而停产，运输物料的损耗，设备的损坏，巨大的经济损失和人员伤亡，严重影响安全生产。为了保障带式输送机安全运行，需要对钢丝绳芯输送带进行检测。 本文针对X光的钢丝绳芯输送带在线检测系统的高速X光探测器进行了研究。分析了X光无损检测原理，提出了一种基于FPGA的高速X光探测器设计方案，以Altera公司CycloneⅢ FPGA芯片为核心设计了高速X光探测器的硬件电路，包括X光信号数据采集、FPGA信号处理、以太网接口等电路;采用Verilog语言设计了高速X光探测器的软件，并进行了实验，结果表明该探测器实现了对4路X光信号的高速采集、处理和以太网数据传输，具有采集速度快、功耗低、成本低、可靠性高等优点，最大采集行频为2640Hz，每行采集的像素数达1536个像素，图像分辨率1.5mm，功耗小于17W。 该高速X光探测器是X光的钢丝绳芯输送带在线检测系统的核心部件，该系统能够在线检测输送带钢丝绳芯图像，实时存储和显示钢丝绳芯图像，对钢丝绳芯图像进行处理与分析，发现钢丝绳芯故障，及时报警，给出性能分析结果，避免重大断带安全事故的发生，设备的损坏，停产和人员伤亡，减少运输物料的损耗和经济损失，可广泛应用于煤炭、矿山、港口、电力、冶金、化工等领域。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1钢丝绳芯输送带检测的国内外现状

1．2课题的目的及意义

1．3本课题的主要研究内容

第二章X光无损检测原理

2．1 X光的产生和性质

2．2 x光与物质的相互作用

2．3 X光的检测原理

2．4本章小结

第三章钢丝绳芯输送带在线检测系统及高速X光探测器的设计方案

3．1 X光的钢丝绳芯输送带在线检测系统设计方案

3．1．1 X光的钢丝绳芯输送带在线检测系统设计方案

3．1．2探测卡阵列的选择

3．2高速x光探测器设计方案

3．2．1高速X光探测器的设计思路

3．2．2高速X光探测器设计方案

3．3本章小结

第四章高速X光探测器硬件设计

4．1 X光信号数据采集电路设计

4．1．2 A/D电路设计

4．1．3差分信号调理电路设计

4．1．4探测卡阵列驱动电路设计

4．2 FPGA信号处理电路设计

4．2．1 FPGA信号处理电路设计方案

4．2．2 FPGA主处理器电路设计

4．2．3 Flash电路设计

4．3以太网接口电路设计

4．4电源电路设计

4．5高速X光探测器PCB板设计

4．5．1对外驱动信号设计

4．5．2内部数据信号设计

4．5．3 PCB抗干扰设计及芯片供电设计

4．6本章小结

第五章高速X光探测器软件设计

5．1高速X光探测器软件设计思路

5．2高速X光探测器软件设计方案

5．3数据采集软件设计

5．3．1 A/D芯片软件控制设计

5．3．2数据整理合并拼接和校准算法

5．3．3 Flash芯片软件控制

5．3．4 X光探测卡时序控制设计

5．4以太网接口软件设计

5．4．1 W5300以太网驱动芯片总线软件设计

5．4．2发送和接收数据队列

5．5本章小结

第六章实验调试及结果分析

6．1实验调试环境搭建

6．2高速X光探测器电路调试实验

6．2．1以太网接口电路调试实验

6．2．2 X光信号数据采集电路调试实验

6．3高速X光探测器测试结果与分析

6．3．1高速x光探测器功耗、探测分辨率与幅面分析

6．3．2高速X光探测器图像采集行频分析

6．3．3高速X光探测器探测图像质量分析

6．4本章小结

第七章总结与展望

7．1论文工作总结

7．2论文工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢