基于光纖以太網(wǎng)的智能數(shù)據(jù)采集裝置分析

陳瑩+江燕+晏傳銀

摘 ?要：近年來，隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)的航空技術(shù)也取得了快速的發(fā)展。將光纖以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于航空航天設(shè)計(jì)過程中的數(shù)據(jù)采集中，不僅能夠改變傳統(tǒng)航空設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)采集模式，而且能夠通過對(duì)智能數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集裝置與系統(tǒng)監(jiān)控裝置之間的通信，有利于縮短通信時(shí)間，提升航空航天日常工作過程中的數(shù)據(jù)通信質(zhì)量和效率。文章通過對(duì)航空設(shè)計(jì)過程中涉及到的基于光纖以太網(wǎng)的智能數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行分析，提出意見和建議。

關(guān)鍵詞：航空;設(shè)計(jì)光纖;以太網(wǎng);智能數(shù)據(jù);采集裝置

中圖分類號(hào)：TP212;TP274 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2016）03-0070-02

1 ?背景概述

近年來，我國(guó)航空航天技術(shù)取得了快速的發(fā)展，智能數(shù)據(jù)采集裝置也越來越多被應(yīng)用于航空設(shè)計(jì)中，滿足了我國(guó)航空航天發(fā)展的需要。智能數(shù)據(jù)采集裝置是整個(gè)航空航天系統(tǒng)中的重要裝置，它直接影響了我國(guó)航空航天設(shè)計(jì)的整體性能。將基于光纖以太網(wǎng)的智能數(shù)據(jù)采集裝置應(yīng)用于我國(guó)航空航天設(shè)計(jì)中，有利于我國(guó)航天設(shè)計(jì)整體性能的優(yōu)化。

?智能數(shù)據(jù)采集裝置在航空航天設(shè)計(jì)中一般被應(yīng)用于對(duì)相關(guān)直流電壓及各種開關(guān)量進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)及告警節(jié)點(diǎn)的通信功能。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)它們進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控和控制。但是，由于相關(guān)因素的制約，通信效率相對(duì)比較低，帶寬也比較小，無論是監(jiān)控策略還是相關(guān)裝置的數(shù)字化都不夠靈活。光纖的通信性能體積比較小，相對(duì)比較優(yōu)越，帶寬容量大，抗干擾能力很強(qiáng)。同時(shí)其改造成本相對(duì)比較低，有利于社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的同步實(shí)現(xiàn)，能夠從根本上提升通信質(zhì)量。

2 ?智能數(shù)據(jù)采集裝置的硬件設(shè)計(jì)

2.1 ?直流電壓采集電路

?直流電壓采集電路需要直流電壓采樣通道對(duì)相關(guān)電路進(jìn)行選擇，然后對(duì)直流控制母線和合閘母線進(jìn)行相應(yīng)的電壓采集。蓄電池組電壓和霍爾線圈剩余電流所轉(zhuǎn)換的電壓采集電路都可以用這種方式進(jìn)行電壓采集。將其應(yīng)用于航空航天設(shè)計(jì)過程中，能夠保證其整體采集裝置性能的優(yōu)化，從根本上提高我國(guó)航空航天設(shè)計(jì)水平，實(shí)現(xiàn)航空設(shè)計(jì)過程中各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)備的優(yōu)化[1]。

2.2 ?交流量采集電路

?交流量采集電路由交流電壓和電流的采集電路組成，能夠?qū)M(jìn)線電源的電壓、電流、有功和無功信息進(jìn)行監(jiān)控。交流采集電路的原理是在主備二路進(jìn)線三相交流電壓采集通過互感器降壓和隔離之后，用AC/DC的有效值將芯片轉(zhuǎn)換成直流電壓，然后將相關(guān)結(jié)果輸入芯片中來采集電壓值[2]。

?光耦繼電器選擇電路通過相關(guān)的芯片來實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)輸出管腳進(jìn)行配置來選擇合適的采樣通道。降壓與隔離電路對(duì)采集電流或電壓通道的選擇是通過電壓互感器將輸入端和采集端進(jìn)行隔離，然后通過多路通道復(fù)用芯片CD4051實(shí)現(xiàn)的。有效值芯片AD736將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓輸出，然后經(jīng)過電阻進(jìn)行分壓和電容濾波，進(jìn)行相關(guān)采樣。依據(jù)相關(guān)的采樣數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息處理和有功無功的相關(guān)計(jì)算[3]。

2.3 ?開關(guān)量采集電路

?開關(guān)量采集電路主要對(duì)各種開關(guān)的狀態(tài)量、控制母線出線開關(guān)量、合閘母線出線開關(guān)量等狀態(tài)量進(jìn)行采集。在航空設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要認(rèn)識(shí)到開關(guān)量采集電路系統(tǒng)的重要作用，結(jié)合開關(guān)量采集電路的實(shí)際發(fā)展情況和性能，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。技術(shù)人員可以對(duì)開關(guān)量采集電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，依據(jù)不同的需求對(duì)路數(shù)進(jìn)行不同的設(shè)置。

線路數(shù)量隨著性能的需求變化而變化。設(shè)計(jì)人員在開關(guān)量采集電路的設(shè)計(jì)過程中要針對(duì)實(shí)際的航空需求來開展，避免線路設(shè)置的盲目性和不合理等。開關(guān)量輸入的公共端都是相同的，其開入電源都是由內(nèi)部電路依據(jù)相關(guān)情況提供的。

2.4 ?開出量控制電路

?開出量控制電路是航空設(shè)計(jì)過程中的重要組成部分。它直接影響了設(shè)備的總體性能。開出量控制電路是結(jié)合相應(yīng)的控制策略，對(duì)繼電器的動(dòng)作進(jìn)行自動(dòng)控制，以滿足其告警、控制和狀態(tài)等相關(guān)需求。可以對(duì)TLP521芯片的輸入端引腳的高低電平進(jìn)行控制，來實(shí)現(xiàn)繼電器的相關(guān)動(dòng)作，低電平控制繼電器開出。設(shè)計(jì)人員在對(duì)開出量控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中要結(jié)合設(shè)備的具體運(yùn)行情況進(jìn)行合理的規(guī)劃和安排。

2.5 ?光纖以太網(wǎng)線路

本文通過對(duì)傳統(tǒng)的串口通信模式進(jìn)行改變，并將光纖通信應(yīng)用于以太網(wǎng)線路中，提高整體通信質(zhì)量。這些通信過程中，采用以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)送文件對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，以提高數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量和效率，并結(jié)合直流電源系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)吞吐量進(jìn)行相應(yīng)的要求。

?光纖以太網(wǎng)線路主要由網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器、光纖收發(fā)器、光電轉(zhuǎn)換和收發(fā)一體化模塊組成。通過相關(guān)的硬件電路實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)和光纖的橋接。網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器采用的是TS6121C芯片，光纖收發(fā)器則是采用傳輸容量為的IP113A芯片[4]。

3 ?智能數(shù)據(jù)采集裝置的軟件設(shè)計(jì)

3.1 ?改進(jìn)的控制策略

由于發(fā)展水平的制約，傳統(tǒng)的智能數(shù)據(jù)采集裝置不能滿足相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)要求，通過監(jiān)控裝置實(shí)現(xiàn)的，智能數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)數(shù)據(jù)的反饋和相關(guān)控制命令的執(zhí)行過程都相對(duì)比較復(fù)雜。不僅需要對(duì)下位裝置進(jìn)行逐個(gè)輪詢，而且需要在下位裝置的相關(guān)數(shù)據(jù)交換完成之后，才能進(jìn)行下一個(gè)數(shù)據(jù)的交換，不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程中的異常。

?將光纖以太網(wǎng)應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集裝置中，能夠?qū)刂撇呗赃M(jìn)行相應(yīng)的提升和優(yōu)化。當(dāng)智能數(shù)據(jù)采集裝置在數(shù)據(jù)和信息的采集過程中發(fā)生問題，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)主動(dòng)上傳，并且對(duì)其他數(shù)據(jù)沒有影響。

如果出現(xiàn)故障，能夠及時(shí)將故障信息反饋給相關(guān)的監(jiān)控裝置。然后監(jiān)控裝置結(jié)合數(shù)據(jù)采集的具體情況對(duì)實(shí)時(shí)控制處理信息進(jìn)行下放。

3.2 ?流程設(shè)計(jì)

軟件流程設(shè)計(jì)由數(shù)據(jù)處理、采樣和監(jiān)控裝置通信交互三部分組成。技術(shù)人員可以通過定時(shí)中斷對(duì)開關(guān)狀態(tài)量進(jìn)行采集。并根據(jù)相關(guān)的采集數(shù)據(jù)和通信信息對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，嚴(yán)格按照相關(guān)要求和流程進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃，從根本上提升整體設(shè)計(jì)質(zhì)量[5]。

4 ?結(jié) ?語(yǔ)

?以光纖以太網(wǎng)為前提的智能數(shù)據(jù)采集裝置不僅能夠避免復(fù)雜電磁環(huán)境中受到干擾，而且能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集和顯示以及故障處理的實(shí)效性，有利于監(jiān)控裝置和采集裝置進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)交流，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交換方式的多樣化。

技術(shù)人員要充分認(rèn)識(shí)到以光纖以太網(wǎng)為前提的智能數(shù)據(jù)采集裝置在航空航天設(shè)計(jì)過程中的重要作用，從根本上對(duì)智能數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行優(yōu)化，以提高我國(guó)航空航天設(shè)計(jì)水平。

參考文獻(xiàn)：

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