燃气管道计量监测系统数据采集技术研究及实现

张洁

摘要：现有燃气监测系统信息采集与处理速度慢，数据采集的精度偏低，无法满足现代生产的安全要求。在此介绍基于自动化的燃气管道计量监测系统以FPGA为核心，实现4种电压范围AD转换，8通道模拟信号转换以及数字滤波。系统结构简单，可靠性强，信号采集与处理速度快，采集精度高，可实现复杂滤波算法，对于复杂恶劣环境适应性强，抗干扰能力优，具有良好的使用价值，完全能满足现代安全的要求。

关键词：燃气监测 数据采集 AD转换 数字滤波

中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0105-01

燃气事故破坏力大、突发性强，为预防这一灾害，需要精确地燃气检测系统精确采集数据信息并进行及时的处理。其中燃气监测的核心部分是数据采集系统。目前，燃气企业通常采用单片机作为燃气检测系统信息采集的核心部件，然而随生产要求不断提高，单片机的数据采集精度和处理速度的制约性逐渐增强。EPGA全称现场可编程门阵列，具有非常快的数据采集和处理速度，并且采集精度高，可以实现复杂滤波算法，另可通过硬件设备实现外部逻辑控制。本文设计的燃气检测系统核心部件为Cyclone EP1C6Q240C8FPGA芯片，该芯片生产于Altera公司。该系统结构紧凑，可靠性高，对于小空间、复杂环境的井下施工环境适应性强。

1 系统总体结构设计

燃气监测系统的基本工作原理：首先通过探测设备探测出燃气管道的重要参数。数据采集系统采集处理传感器的监测信号并实时传送地上监测设备，从而对燃气监测系统进行监测和预警。图1为传感器布置示意图。

图2所示为数据采集系统结构。可以看出该系统主要由6部分组成：RS485、AD转换器、传感器、FPGA、模拟开关和模拟调理电路。数据采集过程为：系统各类传感器采集的信号首先送达模拟调理电路预处理，然后传输至模拟开关，FPGA控制信号选中一传输通路至AD转换器，最后经点评转换通过RS485总线实现上传。

2 系统主要硬件电路设计

图3为模拟调理电路。信号采集、前置处理和AD转换电路共同组成数据采集系统电路。这部分电路主要完成原始信号的采集与转换工作。在本次燃气监测系统的设计中，原始信号为应力、应变、水压和温度传感器传输的模拟信号，经相应的模拟调理电路转化后变为对应物理量的电压信号。

电压信号到达模拟开关，FPGA可提供联通控制信号以选中任一通路。AD7503作为本文系统设计的主要多路模拟开关，是由Analog Devices公司生产的，包括3个地址选通端口（A0、A1、A2）和一个EN使能端口，表1所示为AD7503真值。另外EPGA通过4个IO口控制AD7503芯片。

3 系统软件设计

转换后的12位数字信息通过电平转换芯片传给FPGA，经处理后，再反向传输转换将数据传到RS485总线上，这就完成了数据信息的采集过程。本次设计选用的Cyclone EP1C6Q240C8FPGA具有近6千个逻辑单元和近10万个存储位，足可实现各功能要求。

4 结语

燃气管道计量监测系统以FPGA为核心，实现4种电压范围AD转换，8通道模拟信号转换以及数字滤波。系统结构简单，可靠性强，信号采集与处理速度快，采集精度高，可实现复杂滤波算法，对于井下复杂恶劣环境适应性强，抗干扰能力优，具有良好的使用价值，完全能满足现代燃气生产安全的要求。

参考文献

[1]程浩力，刘德俊，龙世华，卢贵芳，王新事，王运涛.城市燃气管道泄漏的CFD模拟[J].油气储运，2011（8）.

[2]赵秀雯，柴建设.城市埋地天然气管道系统脆弱性评估指标研究[J].中国安全生产科学技术，2011（7）.