基于C6748 DSP+FPGA的声学多普勒流速剖面仪ADCP信号处理系统

Posted 2021-07-27 专注DSP+ARM+FPGA

声学多普勒流速剖面仪（ADCP）是一种利用超声信号的多普勒效应和超声测距原理,来测量水流断面不同层面的流速的装置。在海洋洋流观测和河流流量测量中广泛应用。目前国外数字ADCP技术发展比较成熟,而国内目前还没有商用产品推出,所以研究发展我国自己的ADCP技术产品很有必要。由于处理器运算性能和功耗的限制,传统ADCP算法和系统主要通过模拟电路来实现。随着DSP运算性能的提升和模数转换器（ADC）的分辨率和采样率的提升,人们更加希望将信号的运算尽可能的放在数字端进行。这样可以简化模拟链路端的复杂度,提高系统的通用性、灵活性和稳定性。作者经过调研分析,在充分了解了ADCP技术基本原理的基础上,确定了本文ADCP信号处理系统的研发方案。采用了具有并行高速处理能力的FPGA技术和功能强大的DSP信号处理技术。利用短时功率谱估计算法——复自相关算法和AR功率谱估计算法。利用超外差技术,TGA放大器技术,超声功率驱动技术,实现对高频小信号的提取、放大和传输。设计了相应的原理电路,PCB电路板,完成了硬件制作,并设计了计算流程,编写了相应的软件程序,最终完成了实验室台面的数字ADCP信号处理系统。对制作完成的系统进行了实验室环境下的功能测试和简易水环境下的流速测试,结果表明系统实现了设计的基本功能。本文设计的ADCP系统具备功能较强、体积小、性价比高、结构简单和通用性强的特点。利用FPGA和DSP,提升了系统的信号采集和数据处理能力。为ADCP系统的换能器发射波形研究和多普勒频移估计方法研究等提供了一个高效的验证平台。

 

1 评估板简介

基于TI OMAP-L138（定点/浮点DSP C674x+ARM9） + Xilinx Spartan-6 FPGA处理器；

OMAP-L138与FPGA通过uPP、EMIFA、I2C总线连接，通信速度可高达228MByte/s；

OMAP-L138主频456MHz，高达3648MIPS和2746MFLOPS的运算能力；

FPGA兼容Xilinx Spartan-6 XC6SLX9/16/25/45，平台升级能力强；

DSP+ARM+FPGA三核核心板，尺寸为66mm*38.6mm，采用工业级B2B连接器，保证信号完整性；；

支持裸机、SYS/Bios操作系统、Linux操作系统。

图1 开发板正面和侧视图

XM138F-IDK-V3.0 是一款基于深圳信迈XM138-SP6-SOM核心板设计的开发板，采用沉金无铅工艺的4层板设计，它为用户提供了 XM138-SP6-SOM核心板的测试平台，用于快速评估XM138-SP6-SOM核心板的整体性能。

XM138-SP6-SOM引出CPU全部资源信号引脚，二次开发极其容易，客户只需要专注上层应用，大大降低了开发难度和时间成本，让产品快速上市，及时抢占市场先机。不仅提供丰富的 Demo 程序，还提供详细的开发教程，全面的技术支持，协助客户进行底板设计、调试以及软件开发。

2 典型运用领域
数据采集处理显示系统
智能电力系统
图像处理设备
高精度仪器仪表
中高端数控系统
通信设备
音视频数据处理

图2 典型应用领域

3 软硬件参数

开发板外设资源框图示意图

图3 开发板接口示意图

图4 开发板接口示意图