基于光纖通信網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：應(yīng)用光纖通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用多路數(shù)據(jù)采集的方式結(jié)合光纖通信網(wǎng)絡(luò)，大幅提高了采集能力。系統(tǒng)由采集模塊、處理系統(tǒng)以及光纖網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，前端采集模塊完成模擬信號(hào)采樣、濾波，然后通過(guò)處理器完成信號(hào)傳輸與分析。

關(guān)鍵詞：光纖網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 高速采集 多路通道

中圖分類(lèi)號(hào)：TN818 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）04（a）-00-01

光纖通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸介質(zhì)將光信息傳至需要的數(shù)據(jù)處理端。1966年高錕發(fā)表的光纖論文，提出了石英玻璃光學(xué)纖維通信材料，此后，開(kāi)創(chuàng)了光纖通信的先河。1977年，美國(guó)首次用多模光纖在芝加哥完成了兩個(gè)電話局之間的通信。0.85 μm的多模光纖成為第一代光纖材料。隨著科技的發(fā)展，技術(shù)和材料的不斷更新，光纖相繼發(fā)展出了第二代、第三代、第四代以及目前的第五代產(chǎn)品。采用光波復(fù)用的方法可以提高傳輸速率，而光波放大可以增長(zhǎng)傳輸距離。瞬態(tài)信號(hào)的采集在測(cè)量工程中經(jīng)常被應(yīng)用，一般要求檢測(cè)設(shè)備可以滿足高速數(shù)據(jù)采集的要求，且被測(cè)信號(hào)應(yīng)在一定范圍內(nèi)。

要求檢測(cè)設(shè)備可以執(zhí)行多路的采集和傳輸功能。每個(gè)單獨(dú)的采集部分互相獨(dú)立，彼此不影響，單個(gè)探測(cè)器處的采集模塊也支持多路數(shù)據(jù)采集。該文設(shè)計(jì)的就是基于光纖通信網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1 光纖通信網(wǎng)絡(luò)

本系統(tǒng)由高速數(shù)據(jù)采集模塊和光纖通信網(wǎng)絡(luò)組成，高速數(shù)據(jù)采集模塊用于完成數(shù)據(jù)的高速采集，而光纖通信網(wǎng)絡(luò)用于對(duì)采集得到的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)的傳輸給上位機(jī)。采樣多路通道分布的形式，每個(gè)采集模塊有8組通道，每個(gè)通道可以完成32位的AD數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換，速度可達(dá)4 mSPS，總數(shù)據(jù)量可達(dá)80 mB/s。高速的數(shù)據(jù)傳輸，要求傳輸總線容量大，同時(shí)還要保障外界噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響最小。本設(shè)計(jì)應(yīng)用多路式采集既能滿足高帶寬的需要，又能滿足光信號(hào)不受外界噪聲的特點(diǎn)，從而高速地完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

2 高速采集模塊

系統(tǒng)的主控制器采用ATmega168芯片，CPLD產(chǎn)生時(shí)鐘時(shí)序，共同完成對(duì)數(shù)據(jù)的高速采集與控制，采集模塊方案如圖1所示。

圖1 高速采集模塊方案

高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本原理是將模擬量信號(hào)通過(guò)傳感器將攜帶信息的物理量轉(zhuǎn)化成電壓量，然后由ADC轉(zhuǎn)換模塊將模擬電壓量變?yōu)閿?shù)字電壓量，最終進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)以及相應(yīng)的處理。在本高速采集系統(tǒng)中，由AVR與CPLD共同控制完成，對(duì)采集的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，結(jié)果緩存到FIFO中，最后，轉(zhuǎn)存到FLASH陣列保存。FIFO在整個(gè)工作過(guò)程中不但完成緩存的功能，還解決了A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)位數(shù)的匹配問(wèn)題，為與FLASH存儲(chǔ)器相應(yīng)數(shù)據(jù)線位數(shù)作出調(diào)整。

3 控制程序設(shè)計(jì)

編程實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的的采集功能，選擇兩條通道進(jìn)行時(shí)鐘分析，當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，引腳工作，觸發(fā)采集，EOC電平變低，8路數(shù)據(jù)通道將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)。整個(gè)采集過(guò)程中，每個(gè)通道的工作原理是相同的，最終將數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)區(qū)。

在此基礎(chǔ)上，將程序載入CPLD中，對(duì)電路調(diào)試，控制8個(gè)通道模數(shù)轉(zhuǎn)換同時(shí)進(jìn)行，產(chǎn)生的波形如圖2所示，可以看出，1、3、4、5路分別產(chǎn)生8個(gè)連續(xù)的脈沖，并且其時(shí)序位置準(zhǔn)確，就是控制器控制8路信號(hào)采集可以同時(shí)進(jìn)行，沒(méi)有邏輯或時(shí)序的錯(cuò)誤。所以可知，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高速采集程序能滿足設(shè)計(jì)要求，根據(jù)采集脈沖寬度可以計(jì)算系統(tǒng)的最高采集速度達(dá)到10 mb/s。

圖2 8路數(shù)據(jù)高速采集波形圖

采集得到數(shù)字信號(hào)再通過(guò)電光調(diào)制轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，加載到光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，最終通過(guò)光纖通信網(wǎng)絡(luò)傳輸回主控制系統(tǒng)中。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)了一種高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，給出了硬件結(jié)構(gòu)框圖，實(shí)驗(yàn)分析了高速采集下8路通道的數(shù)據(jù)采集結(jié)果，結(jié)果顯示，本系統(tǒng)可以高速的完成多通道的數(shù)據(jù)采集，同時(shí)經(jīng)過(guò)光纖通信網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)對(duì)上位機(jī)的最終傳輸。

參考文獻(xiàn)

[1]劉戰(zhàn)忠，劉篤仁，張玉冰.基于CPLD 的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)，2007，33（7）：52-55.

[2]宋華偉，苗世洪，張軍民.CPLD 在高壓微機(jī)保護(hù)裝置中的應(yīng)用研究[J].電力電氣，2006，25（12）：64-266.

[3]Y.Tsividis，Bingxue Shi.Cancellation of distortion of any order in integrated active RC filters[J].IEE Elec-tron.Left.，1985，2（4）：132-134.