燃氣管道計量監測系統數據采集技術研究及實現

張潔

摘要：現有燃氣監測系統信息采集與處理速度慢，數據采集的精度偏低，無法滿足現代生產的安全要求。在此介紹基于自動化的燃氣管道計量監測系統以FPGA為核心，實現4種電壓范圍AD轉換，8通道模擬信號轉換以及數字濾波。系統結構簡單，可靠性強，信號采集與處理速度快，采集精度高，可實現復雜濾波算法，對于復雜惡劣環境適應性強，抗干擾能力優，具有良好的使用價值，完全能滿足現代安全的要求。

關鍵詞：燃氣監測 數據采集 AD轉換 數字濾波

中圖分類號：TP274.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0105-01

燃氣事故破壞力大、突發性強，為預防這一災害，需要精確地燃氣檢測系統精確采集數據信息并進行及時的處理。其中燃氣監測的核心部分是數據采集系統。目前，燃氣企業通常采用單片機作為燃氣檢測系統信息采集的核心部件，然而隨生產要求不斷提高，單片機的數據采集精度和處理速度的制約性逐漸增強。EPGA全稱現場可編程門陣列，具有非常快的數據采集和處理速度，并且采集精度高，可以實現復雜濾波算法，另可通過硬件設備實現外部邏輯控制。本文設計的燃氣檢測系統核心部件為Cyclone EP1C6Q240C8FPGA芯片，該芯片生產于Altera公司。該系統結構緊湊，可靠性高，對于小空間、復雜環境的井下施工環境適應性強。

1 系統總體結構設計

燃氣監測系統的基本工作原理：首先通過探測設備探測出燃氣管道的重要參數。數據采集系統采集處理傳感器的監測信號并實時傳送地上監測設備，從而對燃氣監測系統進行監測和預警。圖1為傳感器布置示意圖。

圖2所示為數據采集系統結構。可以看出該系統主要由6部分組成：RS485、AD轉換器、傳感器、FPGA、模擬開關和模擬調理電路。數據采集過程為：系統各類傳感器采集的信號首先送達模擬調理電路預處理，然后傳輸至模擬開關，FPGA控制信號選中一傳輸通路至AD轉換器，最后經點評轉換通過RS485總線實現上傳。

2 系統主要硬件電路設計

圖3為模擬調理電路。信號采集、前置處理和AD轉換電路共同組成數據采集系統電路。這部分電路主要完成原始信號的采集與轉換工作。在本次燃氣監測系統的設計中，原始信號為應力、應變、水壓和溫度傳感器傳輸的模擬信號，經相應的模擬調理電路轉化后變為對應物理量的電壓信號。

電壓信號到達模擬開關，FPGA可提供聯通控制信號以選中任一通路。AD7503作為本文系統設計的主要多路模擬開關，是由Analog Devices公司生產的，包括3個地址選通端口（A0、A1、A2）和一個EN使能端口，表1所示為AD7503真值。另外EPGA通過4個IO口控制AD7503芯片。

3 系統軟件設計

轉換后的12位數字信息通過電平轉換芯片傳給FPGA，經處理后，再反向傳輸轉換將數據傳到RS485總線上，這就完成了數據信息的采集過程。本次設計選用的Cyclone EP1C6Q240C8FPGA具有近6千個邏輯單元和近10萬個存儲位，足可實現各功能要求。

4 結語

燃氣管道計量監測系統以FPGA為核心，實現4種電壓范圍AD轉換，8通道模擬信號轉換以及數字濾波。系統結構簡單，可靠性強，信號采集與處理速度快，采集精度高，可實現復雜濾波算法，對于井下復雜惡劣環境適應性強，抗干擾能力優，具有良好的使用價值，完全能滿足現代燃氣生產安全的要求。

參考文獻

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