基于DSP的光纖數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡的研制

時間：2018-12-24 11:20:01

關鍵字： DSP 光纖嵌入式處理器數(shù)據(jù)采集

手機看文章

掃描二維碼
隨時隨地手機看文章

來源：微計算機信息作者：潘圣民劉小寧楊雷
摘要：在高電壓、強電磁干擾的環(huán)境中，采用光纖網(wǎng)絡是最理想的通訊手段。超導托克馬克聚變實驗裝置的加速極電源系統(tǒng)，工作在高電壓、強電磁干擾的環(huán)境中，為了保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，必須對電源模塊的狀態(tài)進行實時監(jiān)控。經(jīng)過軟、硬件設計，并制作硬件電路，通過調試，給出了系統(tǒng)在傳輸速度為115200bps時的數(shù)據(jù)采集波，證實了該方法的可行性。
關鍵字：DSP光纖數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡

1. 引言
中性束注入加速極電源是為國家大科學工程超導托克馬克聚變實驗裝置（EAST）研制的一套高壓大功率脈沖電源。此電源采用Pulse Step Modulation[1]技術，用80個相同的1100v/100A輸出的電源模塊串聯(lián)而成（圖1），其額定輸出為：80kv/80A，最大脈寬1000s。由于該電源置于高壓、強電磁干擾環(huán)境下，因此，必須對各電源模塊的狀態(tài)進行實時監(jiān)控，以確保該電源系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。通過對各種方案的比較，采用計算機RS232口和DSP(Digital Signal Processor，數(shù)字信號處理器)的RS232口通過光纖轉換器組建光纖網(wǎng)絡。整個系統(tǒng)具有結構簡單，性價比高，易擴充，抗干擾性強等優(yōu)點。

圖1加速極電源框圖及電壓輸出波形
1. 光纖網(wǎng)絡結構
2.1光纖網(wǎng)絡硬件
該光纖數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡采用RS232總線的單主多從結構，主站用PC機，從站用DSP，采用多模光纖連接，組建成總線型的光纖網(wǎng)。光纖轉換器是自己制作的1分2轉換器，把計算機的RS232口數(shù)據(jù)轉換成光信號。DSP采用TI公司的LF2407A。
該光纖網(wǎng)絡包括：主站計算機、單路光纖轉換器、1分8光纖轉換器和DSP組成。網(wǎng)絡拓撲結構見（圖2）。

圖2 網(wǎng)絡結構拓撲圖
DSP硬件系統(tǒng)結構包括：A/D轉換部分、SCI接口、I/O口等如圖3所示。DSP需要實現(xiàn)的功能有,對電源模塊8個開關量狀態(tài)的監(jiān)控;對電源模塊輸入端電壓的監(jiān)測,以決定是否可以閉合IGBT;控制IGBT、CKJ的分合；與主站計算機進行通訊。

圖3 DSP硬件系統(tǒng)結構
2.2光纖網(wǎng)絡軟件
主站采用LabVIEW編寫的Windows系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集界面[2](圖4)，簡單易用。可以根據(jù)需要設定不同的參數(shù)。從站采用TI公司針對TMS320C2XX開發(fā)的一套集成開發(fā)環(huán)境CC（CODE COMPOSE）[3]。CC采用圖形接口，提供編輯指令、參數(shù)修改工具，能對TMS320C2000系列DSP進行指令級的仿真和進行可視化的實時數(shù)據(jù)分析，可大大提高開發(fā)者的工作效率，縮短系統(tǒng)開發(fā)周期。
DSP多處理器通訊有兩種方法：空閑線模式和地址位模式[4]。由于地址位模式在高發(fā)送速度下，程序速度不足以避免在傳輸流中的一個10bit的空閑，且空閑線模式與RS232通訊兼容，因此該光纖網(wǎng)絡采用空閑線通訊模式。

圖4 數(shù)據(jù)采集界面
主站通過COM1口與從站通訊，用軟件中斷的方法接收從站上傳的信息。主站接收與發(fā)送的數(shù)據(jù)都是NRZ（非歸零）格式，NRZ的格式包括以下組成部分：一個起始位、1~8個數(shù)據(jù)位，一個奇偶校驗位（可選）、1或2個停止位。
從站接收到一幀數(shù)據(jù)時，產(chǎn)生一個中斷，并判斷是否與自己的虛擬地址一致。主站與從站的設定如下：從站虛擬地址從01到80，當從站接收到的數(shù)據(jù)與自己的地址一致時，發(fā)送信息給主站，否則處于等待接收狀態(tài)(圖5)，各從站之間不通訊，同一時刻只有一個從站發(fā)送信息給主站。

;
圖5程序流程圖
3.模擬調試
用一臺PC機，2塊自己設計制作的DSP開發(fā)板，1分2光纖轉換器組建了一個光纖網(wǎng)（圖6），對數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡進行模擬調試。測試儀器采用泰克公司的TDS 3032B示波器。用PC機COM1通訊口的3號引腳的第一個上升沿為觸發(fā)信號，觸發(fā)電平為5V。通訊時間測試過程如下：COM1通訊口3號引腳發(fā)送數(shù)據(jù)的第一個上升沿作為起始時間，到2號引腳接收到從站上傳數(shù)據(jù)的第一個上升沿為止，這個時間即為主站與從站一次通訊的時間。經(jīng)多次測試，通訊沒出現(xiàn)錯誤，一次通訊時間為560us（圖7），波動在20us以內，數(shù)據(jù)的傳輸速度設定為115200bps。
欲知詳情，請下載word文檔下載文檔