地道安全监测体系的技能完成计划，软硬件架构

一、项目概述

1.1 导言

铁路地道的挖掘、施工和运用过程中，地道围岩变形是围岩应力散布、全体力学形状改变和安稳情况最直接和牢靠的反映，围岩净空位移的丈量是地道施工过程中一个重要环节，是判别围岩安稳性和辅导施工的重要依据。对地道围岩变形进行及时的监测和剖析预告成为铁路地道施工中确保施工安全、避免事端产生、合理确认地道支护的十分重要的作业。

1.2 项目布景/选题动机

传统的铁路地道围岩位移丈量方法主要有两种：一种是在施工过程中安置丈量断面，距离必定的时刻由人工运用各种机械式或机械－电子式收敛计丈量；另一种是凭借地道断面仪守时定点丈量待测断面。它们一起的特色是不能实时监控、本钱高级。咱们根据FPGA结构了地道安全监控体系具有高精度、自动化、网络化等优势，该体系能用于地道施工安全、避免事端产生。

二、需求剖析

2.1 功用要求

体系需求施行监控铁路地道施工安全情况，如图1体系架构，咱们将半导体激光器架起在安稳地围岩上，作为参阅基准点。需求调查的不安稳围岩出架起咱们规划的体系，经过CCD感应光斑的方位，然后反映铁路地道围岩下沉的情况。

图1 体系架构

2.2 功用要求

体系需求高精度地反映铁路地道围岩下沉的情况，需求扫除外界搅扰要素等影响，比方外界温度，湿度都会影响光线传达的途径；外界光线过强，会形成CCD饱满失真等等。咱们需求消除这些要素，然后到达高精度的特色。从图2中能够看到两者CCD收集到的数据，它们都有不同程度的搅扰，根据FPGA的IP核规划思维，选用滤波算法将外界搅扰信号消除，提取出有用信号，真实地反响铁路围岩地道下沉的情况。

图2 CCD收集到的两组数据

三、方案规划

3.1 体系功用完结原理

体系硬件结构如图3所示：选用XILINX Spartan-6评价套件为根底，它是选用XC6LX16-CS324为中心处理器，外扩16M RAM，16M PCM和16M PCM的评价套件。CCD选用天津耀辉光电有限公司出产的USB CCD收集卡，所以选用开发板上的USB Host模块，将CCD收集到的数据传输到RAM中。根据FPGA的IP核规划思维，选用滤波算法将外界搅扰信号消除，提取出有用信号。经过处理后数据由板上的四位数码管显现，并经过以太网传输到监控中心。

图3 体系硬件结构框图

3.2 硬件渠道选用及资源配置

硬件渠道选用：XILINX Spartan-6 Nexys™3 Spartan-6 FPGA Board。

运用到板上资源：USB Host，数码管，以太网，按键，LED等。