ARM+FPGA在水声浮标数据采集存储系统中的应用

本文探讨了ARM和FPGA在水声浮标数据采集存储系统中的应用，旨在解决传统基于工控机数据采集卡存在的高功耗、散热问题和稳定性不足的挑战。ARM(Advanced RISC Machines)是一种高效能的微处理器架构，而FPGA(可编程逻辑阵列)则提供了丰富的硬件资源，可用于定制化硬件解决方案。 1. 系统设计与实现 - ARM模块作为系统的核心，负责处理和控制任务，文中提到在ARM模块中移植了Windows FAT32文件系统，以支持数据的高效管理。 - FPGA则用于实现多通道同步采样，这是水声浮标数据采集的关键，确保了不同传感器间的数据同步性，这对于获取准确的海洋声学数据至关重要。 - 嵌入USB底层驱动，使得ARM能够快速地将采集到的数据存储到外部存储设备，提高了数据存储速度。 2. 技术指标测试 - 通道隔离度：测试结果显示通道隔离度大于90dB，这意味着各个数据采集通道之间有良好的电气隔离，减少了信号间的干扰。 - 动态范围：动态范围至少为110dB，这表示系统能够处理从微弱到强信号的宽广范围，适应各种海洋环境下的声学信号。 - 系统自噪声：系统自噪声小于40dB(参考1nV)，低自噪声保证了数据的高质量。 - 功耗：整个系统功耗仅为4.2W，显著降低了运行时的能源消耗，符合水声浮标长时间工作的需求。 3. 应用背景与意义 - 随着海洋科学研究的深入，对数据采集存储系统的需求日益增长。水声浮标作为海洋声学要素调查的关键工具，其数据采集存储技术直接影响到测量的准确性和设备的实用性。 - 传统的工控机方案虽然搭建简单，但高功耗和稳定性问题限制了其在恶劣环境下的长期应用。采用ARM和FPGA的解决方案克服了这些缺点，提升了水声浮标的性能和可靠性。 4. 关键技术 - 信号调理：在数据采集前，对原始信号进行预处理，以提高信噪比。 - 同步采样：通过FPGA实现多个通道同时采样，保证了数据的同步性。 - 高速存储：基于ARM的USB驱动，实现了快速的数据存储，满足大数据量的要求。 综上，ARM和FPGA的结合在水声浮标数据采集存储中起到了关键作用，提供了高效、稳定且低功耗的解决方案，对于提升海洋声学测量设备的性能具有重要意义。