測控系統(tǒng)中數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用研究

何成

（長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000）

近幾年來，由于我國社會經(jīng)濟效益的不斷提高，數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，在設(shè)備測控系統(tǒng)當(dāng)中，通過妥善應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)，不但能夠提高設(shè)備測控系統(tǒng)的整體運行效率，而且有效降低了設(shè)備測控系統(tǒng)發(fā)生運行故障的概率。鑒于此，本文主要分析數(shù)字信號處理技術(shù)在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 測控系統(tǒng)中妥善應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)的現(xiàn)實意義

所謂數(shù)字信號處理技術(shù)，主要指的是將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息的一種處理技術(shù)，采用視頻信號作為數(shù)字信號進(jìn)行相應(yīng)的傳輸，將計算機技術(shù)與先進(jìn)的處理方式進(jìn)行有效結(jié)合，最終將信號轉(zhuǎn)換成不同類型數(shù)據(jù)信息。在供配電系統(tǒng)中，通過合理應(yīng)用數(shù)字信號處理系統(tǒng)，能夠保障供配電系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，提高水面測控系統(tǒng)的安全性能。

數(shù)字信號處理技術(shù)具有以下特點：第一，定點計算公式的大量應(yīng)用，能夠保證數(shù)字信息處理成本不斷下降，進(jìn)一步提高信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。第二，該技術(shù)具有零開銷循環(huán)的特點，在執(zhí)行命令時，控制人員不必耗費大量的檢測循環(huán)計數(shù)數(shù)值，保證信號的執(zhí)行效率得到更好的提升。第三，合理預(yù)測測控系統(tǒng)的具體執(zhí)行時間，控制人員通過妥善應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)，能夠更好的預(yù)測系統(tǒng)故障位置，并制定科學(xué)的解決對策方案。

2 數(shù)字信號處理技術(shù)在測控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

2.1 測控系統(tǒng)的組成

海底采礦車測控系統(tǒng)主要采用上-下位機控制方法進(jìn)行控制，將以太網(wǎng)進(jìn)行合理連接，提高雙向數(shù)據(jù)的通信效率，控制人員可以根據(jù)上位機顯示的數(shù)據(jù)，對操作臺與集礦作業(yè)車的運行方向與速度進(jìn)行妥善控制。測控系統(tǒng)主要包括水上測控站、水下測控站等兩部分，其中，水上測控站包括顯示器及有關(guān)設(shè)備、主控制器與主操作平臺、電控柜控制設(shè)備等。而水下測控站則包括車載控制器、傳感器與執(zhí)行設(shè)備等。在測控系統(tǒng)當(dāng)中，數(shù)字信號處理技術(shù)不但能夠?qū)⑾到y(tǒng)中的各項信息進(jìn)行實時處理，而且有效提升信號的傳輸效率。在測控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理設(shè)備與數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)為系統(tǒng)核心，為了進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)信號的轉(zhuǎn)化效率，操作人員可以將數(shù)據(jù)處理流程與數(shù)據(jù)通信流程進(jìn)行簡化。

2.2 在水上測控站中的應(yīng)用

水上測控站當(dāng)中的監(jiān)控控制系統(tǒng)能夠為工作人員提供良好的操控人機界面，各項數(shù)據(jù)的存儲、顯示、回放與答應(yīng)等，包括集礦作業(yè)車和船舶的運行位置，控制集礦作業(yè)車與船舶的行走軌跡等。監(jiān)控計算機內(nèi)部則采用研華工控系統(tǒng)，利用Windows10操作系統(tǒng)進(jìn)行全面控制，在Labview軟件開發(fā)的基礎(chǔ)上，監(jiān)控計算機和顯示器，表現(xiàn)形式見圖1。

圖1 監(jiān)控計算機

在主控控制系統(tǒng)當(dāng)中，操作人員通過收集操縱平臺上的各項操作信號，并結(jié)合水下集礦作業(yè)車測控站的通信要求，對控制器進(jìn)行實時控制，在提升主控控制系統(tǒng)安全性能與可靠性能的同時，有效提高其數(shù)據(jù)的處理運算能力。由于主控控制系統(tǒng)中包括PXI系列模塊以及相關(guān)附件、操作系統(tǒng)與軟件開發(fā)工具包等，操作人員也可以運用Labview對FPGA模塊進(jìn)行合理編程，并根據(jù)太網(wǎng)口與聲學(xué)定位系統(tǒng)的運行情況，將各項數(shù)據(jù)進(jìn)行交換處理。

2.3 在水下測控站中的應(yīng)用

水下測控站包括車載控制系統(tǒng)、各類傳感器、光纖通訊系統(tǒng)。測控系統(tǒng)中的水下測控站主要包括以下分系統(tǒng)，分別是車載控制系統(tǒng)、傳感器與光纖通訊系統(tǒng)等，車載控制系統(tǒng)集中安裝于行走擾動的試驗裝置之上，并在電子密封箱當(dāng)中，分為CompactRIO系列控制器和控制模塊。由于車載控制系統(tǒng)的控制器運行性能比較高，將1.33 GHz Intel Atom雙核處理器和Xilinx Kintex-7 FPGA、C系列I/O模塊的插槽進(jìn)行有效集成，即使在特別惡劣的環(huán)境下，仍然能夠安全運行。

將數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用到車載控制系統(tǒng)當(dāng)中，能夠保證嵌入式用戶平臺功能更加完善，程序開發(fā)更加科學(xué)，不但能夠有效縮短程序的開發(fā)周期，而且提高系統(tǒng)的整體控制效率。在應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)時，操作人員要妥善選擇通信板塊與模擬量輸入、輸出卡。

水下測控站中的傳感器與作業(yè)車感知系統(tǒng)聯(lián)系緊密，通常情況下，水下測控站當(dāng)中的傳感器主要分為3種，分別是數(shù)字量、模擬量與串口等。車載慣導(dǎo)能夠與DVL多普勒測速系統(tǒng)形成良好的車載導(dǎo)航定位部件，對車載的航向與速度進(jìn)行實時監(jiān)控。

在光纖通訊系統(tǒng)當(dāng)中，光纖作為信息傳遞的媒介，信息主要以激光為載體，有效實現(xiàn)了長距離的通訊。信號發(fā)射端通過發(fā)射電信號，并將該信號調(diào)制加載到激光源上發(fā)射，最終由光纖進(jìn)行傳遞。在信號接收端，接收光端機能夠?qū)⒔邮盏焦庑盘柛玫霓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，進(jìn)一步調(diào)解成初始信息。通常情況下，食品光端機內(nèi)部還要配置多路RS232/485/422串口，能夠真正實現(xiàn)水下與水下串口信號的完美傳輸，并以太網(wǎng)光端機上部的太網(wǎng)口為接收電，為以后的信號測試提供方便。光纖線路通過鎧裝纜內(nèi)，能夠?qū)饫w起到良好的保護(hù)作用。車載測控站、比例閥控制器、分線箱及傳感器見圖2。

對于測控系統(tǒng),操作人員通過全面檢測電壓值，并對電壓傳感器波紋進(jìn)行合理檢測，能夠更好的了解電流電壓的運行情況，系統(tǒng)當(dāng)中的電流電壓信號經(jīng)過轉(zhuǎn)化后，系統(tǒng)能夠?qū)⒏黜椥畔⑦M(jìn)行傳輸。如果測控系統(tǒng)當(dāng)中的信號轉(zhuǎn)化效率下降，操作人員需要對數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行全面檢查，在提升數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)化效率的同時，有效保證測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的安全性與時效性。

3 結(jié)語

圖2 車載測控站、比例閥控制器、分線箱及傳感器

綜上所述，通過詳細(xì)介紹數(shù)字信號處理技術(shù)在海底采礦車測控系統(tǒng)中的應(yīng)用，并提出該技術(shù)的應(yīng)用要點，能夠幫助有關(guān)測控人員更加全面的了解系統(tǒng)特點，有效提高數(shù)字信號處理的水平與效率。