信息化、自動化、智能化、高集成度已經成為當今工程技術領域的發(fā)展趨勢，并廣泛應用于各個領域?？删幊唐舷到y(tǒng)（SoPC）技術將中央處理器、內存、I/O接口以及大型可編程數字邏輯單元融合到單塊FPGA芯片上，使得整個系統(tǒng)小型化、集成度高、靈活性強、功耗低且成本低廉。
　　基樁的低應變完整性測試因其簡單易用及較低的成本，被廣泛用于分析和*價基樁的工程建造質量。大多數傳統(tǒng)的低應變樁身檢測儀器都采用獨立的單元：包括信號調制單元、模數轉換器、存儲器、微控制器及其外圍電路和PC104工控機。因此，其很難在功耗、成本及抗噪性上令人滿意。本文提出了一種基于以Altera NiosⅡ軟核處理器為核心單元的SoPC的智能低應變反射波檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硬件結構包括信號采集單元、存儲器模塊、電源模塊、LCD觸摸屏、USB/UART接口及SoPC模塊Altera  CycloneⅡ EP2C8。
　　1 低應變反射波法簡介
　　大多數的基樁缺陷檢測都是基于音波回音法，低應變反射波法也不例外。在該方法中，通過直徑4~5 cm的小錘敲擊基樁頂部得到震源。再利用基樁上的加速度計來捕獲記錄加速度的變化情況，進而計算得到速度時間曲線。其示意圖如圖1所示。
 

　　圖1中橫坐標為速度，縱坐標為時間。該測試記錄能反映出震源波在樁內的運動情況。根據一維波理論，聲波信號的幅度是一個與基樁阻抗相關的函數。因此，基樁的長度及缺陷的位置便可由式(1)計算得到。
 

　　2 系統(tǒng)組成與設計原理
　　根據上述介紹，不難得知系統(tǒng)設計的關鍵便是獲取低應變反射波的波速及模數轉換器的采樣頻率。整個系統(tǒng)由加速度傳感器、信號采集單元、SoPC模塊、電源模塊及其他外設電路組成，如圖2。
 

　　將加速度傳感器按照規(guī)范要求，安裝在樁頭磨好的位置，用黃油等介質進行耦合。用手持小錘進行敲擊后，進入檢測進程。首先由信號采集單元收集加速度傳感器的輸出信號，信號經過與加速度傳感器輸出端并聯(lián)的電阻處理，由電流信號變?yōu)殡妷盒盘?，并通過濾波器處理濾掉高頻噪音后，經模數轉換器捕獲超過閾值電壓的信號，并將轉換后的信號存儲到外部閃存中。最后由控制核心模塊讀取閃存中的數值并進行數據處理，將采集到的反射波形顯示到系統(tǒng)的觸摸顯示屏上。并可通過USB/UART接口，將這些數據傳輸給PC機。
　　3 系統(tǒng)的硬件設計
　　3.1 SoPC模塊設計
　　基于Cyclone Ⅱ FPGA EP2C8的SoPC模塊是整個系統(tǒng)的核心。如圖3所示，NiosⅡ軟核處理器通過定義了主從設備之間接口與通信時序的Avalon交換式總線連接多個IP核。SoPC Builder也支持在設計中整合自定義的IP核。

　　根據系統(tǒng)結構需求，IP核的設計如下：
　　NiosⅡ/經濟型軟核處理器：SoPC Builder中包含三種可選的軟核處理器。NiosⅡ/經濟型軟核處理器具備最小的體積，完全能滿足本設計的應用需求。
　　片上存儲器：EP2C8 FPGA提供165 888 bit的RAM內存，共計36個M4k的存儲塊。
　　定時器模塊提供了系統(tǒng)所需的時鐘中斷。
　　并行輸入輸出模塊（PIO）通過2 bit的二進制信號來控制濾波器的截止頻率，并負責檢測觸發(fā)信號。
　　串行外設接口（SPI）作為從屬設備來與模數轉換器通信。
　　通用異步收發(fā)器（UART）提供了人機交互接口。反射波數據經過采集和調制后，可以通過USB-UART轉換芯片CP2102將其由SoPC模塊上傳至電腦做進一步的處理。這里，USB接口可被視作一個虛擬的通用異步收發(fā)器來訪問。
　　LCD模塊用來控制分辨率為320×240的液晶觸摸屏，其參數可自行定制。
　　EPCS、CFI和SDRAM控制器的作用是控制外圍擴展存儲器。EPCS控制器在系統(tǒng)啟動時從EPCS4（串行配置芯片）下載硬件配置文件到FPGA。CFI（通用閃存接口）控制器具備32 Mb的Avalon接口（S29AL032），SDRAM控制器同樣也具備64 Mb的Avalon接口，為訪問存儲器提供了便利。系統(tǒng)運行中,閃存存儲配置文件，而SDRAM存儲各類數據。
　　所有的模塊將由用戶或SoPC Builder指派不同的地址。NiosⅡ處理器通過Avalon總線訪問這些模塊或外部設備。
　　3.2 信號采集模塊
　　選擇用于低應變反射波檢測系統(tǒng)的加速度傳感器，必須使其與小錘在敲擊后產生的反射波的頻率匹配。一般來說,用于基樁無損檢測的有效信號頻率為0~2 kHz，加速度傳感器LC0104T正好滿足這個條件，其敏感度為100 mV/g，量程為50 g，且頻率范圍達到9 kHz，安裝諧振點為27 kHz?；赟oPC的信號采集模塊信道噪聲低，精度高，如圖4。