基于Nios Ⅱ软核系统的电能质量监测系统设计

基于FPGA的电机系统故障检测系统

胡秀琴;康戈文

【摘 要】针对普遍存在的电机转动故障,设计了一种可靠的电机旋转信号的采集与检测装置,并给出了测试系统的总体设计方案及软硬件实现.该系统由高速频率计数FPGA模块和SOPC片上系统构成,采用NIOSⅡ作为系统控制单元,控制计数器的工作,并辅以适当的软、硬件资源完成以FPGA为核心的高精度频率计设计.将计数结果由串口发送给上位机做进一步的信号分析,如FFT和谐波小波包,以得到更详细的信号频谱分布,以此作为故障信号的判断依据.利用NIOSⅡ技术开发的频率计使外围测量硬件电路结构简单、性能更稳定可靠,并且可以灵活地实现定制应用.经过实验表明,该测试系统能够很好地完成机械系统的故障检测.

【期刊名称】《电子测试》

【年(卷),期】2010(000)012

【总页数】5页(P31-35)

【关键词】电机故障;FPGA;NIOS Ⅱ;频率测量;光电编码器

【作 者】胡秀琴;康戈文

【作者单位】电子科技大学自动化工程学院,四川成都,610054;电子科技大学自动化工程学院,四川成都,610054

【正文语种】中 文

【中图分类】TP273

0 引言

现代机械设备的结构越来越复杂，故障诊断技术显得尤为重要，其意义在于能有效地遏制故障损失和降低设备维修费用[1]。本文设计了一套电机故障的信号采集与处理装置，将电机转轴的转速信号通过编码器转化为数字信号[2]，并通过电路板上的数字频率计计算信号的频率，再将该计数结果输出给上位机做后续的信号分析，利用FFT得到信号的基频率[3]，结合谐波小波包得到信号的细化频率[4]，两个方法结合能更准确地判断电机故障。

1 测试系统总体方案设计

该检测系统的总体设计方案如图1所示，主要由信号采集、信号处理和通讯接口组成。其中信号采集系统是将光电编码器安装在高速转动轴上，并将其输出信号接入电路板。信号预处理部分包含低通滤波电路，放大和整流电路；信号处理部分由FPGA芯片及其外围的供电电路，存储电路和通信电路组成。将光电编码器安装在旋转轴上得到一圈的输入转动信息，该信号经过信号预处理滤波，放大和整流后变成矩形波信号进入FPGA，利用SOPC Builder与NIOS II IDE为主要的软件工具计算信号高电平的宽度，并将计数结果由串口传递给上位机，通过判断高电平宽度的变化分析信号的频率，从而判断出故障的类型。

第２５卷第４期　２００６年８月　天津工业大学学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＴＩＡＮＪＩＮ　ＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　Ｖｏ１．２５　Ｎｏ．４　Ａｕｇｕｓｔ　２００６　

基于ＮＩＯＳ　１１嵌入式软核处理器的ＬＣＤ控制方法研究　

沈振乾‘，孔　冰　，常海峰‘　

（１．天津工业大学计算机技术与自动化学院，天津３００１６０；２．天津大学电子与信息工程学院，天津３０００７２）　

摘要：在一般ＬＣＤ液晶显示屏控制方法基础上，提出了基于ＮＩＯＳ　ＩＩ嵌入式软核处理器的控制方法．文中阐述了　

对液晶屏进行控制的硬件接口电路及软件设计方法．并利用ＮＩＯＳ　ＩＩ嵌入式处理器的优势，对软、硬件进行　

了进一步的改进．　

关键词：嵌入式处理器；ＬＣＤ；ＮＩＯＳ　ＩＩ　

中图分类号：ＴＮ８７３．９３；Ｔ￣３２．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—０２４Ｘ（２００６）０４—００９４—０３　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＬＣＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ　ＮＩＯＳ　ｌＩ　

ＳＨＥＮ　Ｚｈｅｎ—ｑｉａｎ，ＫＯＮＧ　Ｂｉｎｇ，ＣＨＡＮＧ　Ｈａｌ—ｆｅｎｇ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００１６０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００７２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ＬＣＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａｎｄ　ａ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ＬＣＤ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｍ—　

ｂｅｄｄｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ　ＮＩＯＳ　ＩＩ．Ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｂｏｕｔ　ＬＣＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．　

第２６卷第２期　２０１１年４月　液晶与显示　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　ａｎｄ　Ｄｉｓｐｌａｙｓ　Ｖｏ１．２６．Ｎｏ．２　Ａｐｒ．，２０１１　

文章编号：１００７—２７８０（２０１１）０２—０２０５　０５　

基于ＮｉｏｓⅡ处理器的液晶显示接口及驱动程序设计　

宋泽琳，郑恩让，马令坤　

（陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西西安７１００２１，Ｅ　ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｚｅｌ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｒｎ．ｃｎ）　

摘要：Ａｌｔｅｒａ　ＳＯＰＣ　Ｂｕｉｌｄｅｒ提供了ＮｉｏｓⅡ处理器及一些常用外设接ＶＩ，但并没有提供３２０×２４０液晶模块　

的接ＶＩ及驱动。利用ＳＯＰＣ　Ｂｕｉｌｄｅｒ自定义逻辑的方法在ＳＯＰＣ设计中添加了自己开发的液晶显示模块ＩＰ　核，并集成到系统并在ＮｉｏｓⅡＩＤＥ集成开发环境下进行编程，实现了嵌入式Ｎｉｏｓ　１Ｉ软核处理器与液晶显示模　块的接口设计，并编写了驱动程序。　关键词：ＳＯＰＣ；ＮｉｏｓⅡ；液晶显示；接口设计　中图分类号：ＴＮ２７　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３７８８／ＹＪＹＸＳ２０１１２６０２．０２０５　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　

Ｍｏｄｕｌｅ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＮｉｏｓⅡＰｒｏｃｅｓｓｏｒ　

ＳＯＮＧ　Ｚｅ　ｌｉｎ，ＺＨＥＮＧ　Ｅｎ　ｒａｎｇ，ＭＡ　Ｌｉｎｇ—ｋｕｎ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｅ　ａｎｄ（Ｍｍｍ“　（　ａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｓｈａａｎｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｘｉ’ａｎ　７１００２１，Ｃｈｉｎａ，Ｅｍａｉｌ：ｓｏｎｇｚｅｌ＠ｙａｈｏｏ．Ｃ０１７１．ｏｎ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌｔｅｒａ　ＳＯＰＣ　Ｂｕｉｌｄｅｒ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅ　ＮｉｏｓⅡｐｒｏｃｅｓｓｏｒ　ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｓ，ｂｕｔ　

IDE: Quartus Prime 18.0 Standard Edition，max10能用的只有Standard和lite版本. 开发板: DE10-Lite, 芯片型号为：10M50DAF484C7G 语言: Verilog HDL, C. Step 1. 建立一个MAX10的工程. 注意Device and pin options的configuration mode的选择。

基于MAX10的NIOS II入门 Step 2. 启动Platform designer (老版本叫Qsys)，添加Nios II Processor、onchip_memory、onchip_flash、pio、jtag_uart以及sysid_qsys几个简单的模块。采用默认就可以了，Clk直接使用的是50 MHZ。连接相关clk等的连线 (连线都连上就行)。

Step 3. 设置NIOS. 程序储存在FLASH中，在RAM运行

Step 4. 设置flash. 注意configuration mode. 需要与Device and pin options的configuration mode设置一致。

Step 5. 基本就这些设置，完后generate，生成HDL文件。在Test.v中调用NIOS_CPU，然后在Quartus左侧的文件列表中添加synthesis目录下的NIOS_CPU.qip文件。此处NIOS_CPU是你自己命名保持的

platform designer工程名

,编译，下载到Max10中。 Step 6. Tool -> NIOS II software build tools for eclipse. 新建一个Nios II Application and BSP form Template. SOPC information file name选择上一步生成的NIOS_CPU.sopcinfo. Template选择hello_world_small应用，点击finish完成应用程序创建。