基于Nios Ⅱ软核的内河航标监控系统设计

　　内河水运是国家综合运输体系和水资源综合利用的重要组成部分，是实现经济社会可持续发展的重要战略资源。航标是内河航道的基础助航设施，传统的航标管理模式落后，标准化程度低，实时性、安全性能差，已无法满足当前日益繁忙的航道运输所提出的高质量安全航行的需求。

　　Nios II是Altera公司推出的基于RISC技术的软核CPU，作为一种用户可随意配置和构建的32位总线嵌入式系统微处理器软核，它的硬件设计方面用户是可自定制的，具有灵活性和可裁减性等优点。

　　结合内河航道航标管理的实际情况，介绍了一种新的基于Nios II软核的航标监控系统的设计方案。根据系统的运行结果显示，设计实现了系统预期功能，为监控中心能实时地监测航标的工作参数与状态，管理信息，及时发现故障，从而提高航标的可靠性，增强航道航行的安全性，提高管理效率。

　　1 系统终端硬件电路的实现

　　航标监控系统终端硬件设计主要包括GSM短消息发送模块、GPS数据采集模块、碰撞压力处理电路等组成的外围设备，还有以32位Nios II CORE为主体的核心逻辑两个主要部分组成，系统终端硬件框图如图1所示。

　　1.1 外围设备

　　外围设备是指某些具体控制电路或模块接口，它们都是非逻辑的，而且无法在FPGA/CPLD中用可编程逻辑来实现。

　　1.1.1 碰撞压力处理电路

　　对航标是否受到碰撞须作实时监控，避免航标受碰撞损坏，而导致未能给航行体作正确指示，根据系统设计要求，碰撞压力信号测量的电路设计如图2所示。

　　力传感器采样数据送两级运放LM324进行调节放大后，送入双12位A/D转换器的VA1和VA2。AD7862以250 kHz的采样率同时进行4个通道信号采样，输入给片内采样一保持放大器的信号经差分并在ADC输入期间内保持，将模拟信号转换成系统需要的数字信号。

　　1.1.2 GSM、GPS模块

　　控制中心GSM Modem选用Siemens公司的无线通信引擎TC35终端，它由引擎模块、天线及其外围电路组成。监控终端TC35i模块的用户口采用40脚的ZIP插座，其中包含了模拟音频、RS232接口、SIM卡接口和电源，外围电路主要是SIM卡电路和启动控制电路。

　　GPS数据采集模块采用美国泰雷兹导航定位公司(Thales Navigation)的一款高性能、低功耗的小型GPS接收机B12 OEM，通过独特的软件算法和最新的GPS技术，泰勒兹公司把B12优化成快速处理、导航、车辆跟踪、移动数据、远程信息处理的手持产品。它支持差分远程操作，可提高系统差分定位精度。

　　1.2 片内逻辑的设计