本发明属于磁场测量，尤其涉及一种基于fpga的固定磁场数据监测系统。
背景技术：
1、在水下磁场监测领域，经常需要高精度、低延迟磁场数据，需要对水下多个位置安装磁通门传感器以保证通信与数据的有效性。
2、虽然现有技术的磁场测量，精度达到了0.1ut，采样频率大于10khz，但是多数为成品仪器，体积大，功能单一，不便于安装维护。此外为了监测大型复杂钢结构体的稳定性，也会随时进行姿态的观测。现有技术中，10个以上的姿态和磁场监测的安装维护变得艰难，价格也会变得异常昂贵。
3、如公开号为cn105824054a的中国专利，公开了一种基于fpga的多通道航空磁力测量数据采集系统，包括主控芯片、光泵磁力仪、三轴磁通门传感器和gps卫星定位模块；该主控芯片采软件设计出光泵数据采集模块、三轴磁通门数据采集模块、gps定位数据采集模块；且三个模块能够并行采集相应数据。但该专利适用于航空磁力测量，并不能长时间监测同一地点的磁场变化，并不适用于固定磁场监测。
4、如公开号为cn111290033a的中国专利，公开了一种海洋电磁场信号采集系统、装置和海洋环境观测系统，包括电场信号采集单元、磁场信号采集单元、方位姿态信号采集单元、平台磁场信号测量单元和主控单元。系统可实现电场和磁场相结合的探测方式；可补偿移动平台运动产生的磁场和平台内部部件产生的磁场；可支持包括独立式磁场采集、张量式磁场采集、零磁张量式磁场采集的多种磁场测量方式。但该专利更适用于探测，不适用于监测，其一套系统仅一个采集单元，单一采集单元系统准确性易产生偏差，采集单元如发生损坏将失去全部监测信息，同时布置多个采集系统成本又会过高。
5、因此，需要一种集成磁场感应、姿态感应、低成本布置多个采集单元的磁场测量技术，可以实现固定磁场数据监测。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于fpga的固定磁场数据监测系统。
2、本发明通过以下技术方案得以实现。
3、本发明提供的一种基于fpga的固定磁场数据监测系统，包括：若干组监测单元、中继单元和上位机；
4、所述监测单元用于测量数据，获取系统异常数据，并将测量得到的数据和系统异常数据传输至中继单元；
5、所述中继单元用于接收并处理监测单元发送的数据，作为上位机和监测单元的信息中转装置，将串行网络转换为星型网络，将数据上传至上位机，同时实现系统的控制；
6、所述上位机用于实时显示与分析中继单元上传的数据。
7、优选地，所述测量数据包括：测量磁场分量数据和测量系统内部设备数据；
8、所述获取系统异常数据指：通过采样获取各电路电源电压是否正常工作的数据；
9、所述数据传输至中继单元的通信方式为can通信。
10、优选地，一组所述监测单元包括：磁通门传感器、姿态传感器、adc采集电路、arm信号处理电路和监测电源电路；
11、所述磁通门传感器用于测量磁场分量；
12、所述姿态传感器用于测量系统内部设备数据；
13、所述adc采集电路用于将磁通门传感器测量得到的模拟信号转换为数字信号，获取系统异常数据；
14、所述监测电源电路用于将输入电源降压处理和直流滤波，并输出至磁通门传感器、姿态传感器、adc采集电路和arm信号处理电路。
15、优选地，所述磁通门传感器支持磁场测量模块；
16、所述姿态传感器支持mems；
17、所述adc采集电路的芯片支持lqfp64，所述adc采集电路的采集方式为同步采样；
18、所述adc采集电路的通信方式为并行数字通信接口；
19、所述arm信号处理电路支持32位微处理器电路。
20、优选地，所述监测电源电路包括dc-dc隔离式电源模块、emi直流滤波器和ldo；
21、所述dc-dc隔离式电源模块用于将输入电源降压处理；
22、所述emi直流滤波器用于直流滤波；
23、所述ldo用于进一步调整输出电压和稳压降噪。
24、优选地，所述监测单元还包括：温湿度传感器；
25、所述温湿度传感器用于作为磁通门传感器和姿态传感器的温度误差补偿参考传感器。
26、优选地，所述中继单元包括fpga中继控制电路和中继电源电路；
27、所述fpga中继控制电路用于控制监测电源电路，接收并处理监测单元发送的数据，实现中继单元与上位机通信，构建控制器实现与监测单元通信的调用和控制；
28、所述中继电源电路用于将输入电源降压处理和直流滤波，并输出至fpga中继控制电路。
29、优选地，所述fpga中继控制电路支持52k逻辑单元，1msps采样率；
30、所述构建控制器支持使用内置软核microblaze构建；
31、所述中继电源电路包括：滤波器和dc-dc电源模块；
32、所述滤波器用于直流滤波；
33、所述dc-dc电源模块用于将输入电源降压处理。
34、优选地，所述接收并处理监测单元发送的数据包括接收处理系统异常数据和接收处理测量数据；
35、所述接收处理系统异常信息指：接收监测单元获取到的系统异常数据，如果出现通信或电源异常，则控制监测电源电路关断该路电源并将异常数据的位置信息上传至上位机；
36、所述接收处理测量数据指：接收监测单元测量得到的数据，整理合成后上传至上位机。
37、优选地，所述上位机的软件支持labview。
38、本发明的有益效果在于：
39、1、通过设置磁通门传感器及姿态传感器，实现高精准度的实时监测固定磁场；设置adc采集电路将模拟信号转换为数字信号，同时监测自身是否存在异常数据，及时关停并上报易于工作人员维护；设置arm信号处理电路提高传输速度，使系统具有更快的响应性。
40、2、通过设置中继单元，将串行网络转变为星型网络，降低串行网络中串联失效几率，提高系统可靠性。
41、3、高度集成化监测单元，模块化系统，便于增加或减少监测点，极大程度地降低监测系统部署成本，可以低成本提供同时使用多个监测单元的监测系统。
42、4、本发明实现了高精度、低延迟磁场数据和姿态数据水下磁场监测，具有高速率、高可靠、低时延，以及小型化、低成本、自主可控全国产化的特点。
1.一种基于fpga的固定磁场数据监测系统，其特征在于，包括：若干组监测单元、中继单元和上位机；
2.如权利要求1所述的固定磁场数据监测系统，其特征在于，所述测量数据包括：测量磁场分量数据和测量系统内部设备数据；
3.如权利要求1所述的固定磁场数据监测系统，其特征在于，一组所述监测单元包括：磁通门传感器、姿态传感器、adc采集电路、arm信号处理电路和监测电源电路；
4.如权利要求3所述的固定磁场数据监测系统，其特征在于，所述磁通门传感器支持磁场测量模块；
5.如权利要求3所述的固定磁场数据监测系统，其特征在于，所述监测电源电路包括dc-dc隔离式电源模块、emi直流滤波器和ldo；
6.如权利要求3所述的固定磁场数据监测系统，其特征在于，所述监测单元还包括：温湿度传感器；
7.如权利要求1所述的固定磁场数据监测系统，其特征在于，所述中继单元包括fpga中继控制电路和中继电源电路；
8.如权利要求7所述的固定磁场数据监测系统，其特征在于，所述fpga中继控制电路支持52k逻辑单元，1msps采样率；
9.如权利要求7所述的固定磁场数据监测系统，其特征在于，所述接收并处理监测单元发送的数据包括接收处理系统异常数据和接收处理测量数据；
10.如权利要求1所述的固定磁场数据监测系统，其特征在于，所述上位机的软件支持labview。
