基于FPGA和ARM的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)信號(hào)處理模塊的研制.pdf

1、分布式光纖振動(dòng)傳感技術(shù)通過光纖內(nèi)光信號(hào)特性的變化來傳感檢測(cè)外界被測(cè)信號(hào)，這種新型的傳感器克服了傳統(tǒng)點(diǎn)式傳感器的不足，具有體積小、抗干擾抗輻射、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。光纖振動(dòng)傳感技術(shù)運(yùn)用在安防領(lǐng)域，能夠遠(yuǎn)程、連續(xù)、實(shí)時(shí)的對(duì)較大范圍內(nèi)的目標(biāo)做入侵監(jiān)測(cè)，可廣泛應(yīng)用于一些基礎(chǔ)設(shè)施以及部分擁有特殊要求的安防系統(tǒng)中。
　　分布式光纖振動(dòng)傳感監(jiān)控系統(tǒng)是基于分布式光纖振動(dòng)傳感技術(shù)的一類新型周界安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本文研制了分布式光纖振動(dòng)傳感監(jiān)控系統(tǒng)中的信號(hào)采集

2、和處理模塊，實(shí)現(xiàn)傳感信號(hào)的采集、處理、振動(dòng)識(shí)別與預(yù)警、人機(jī)交互等功能。
　　根據(jù)分布式光纖振動(dòng)傳感信號(hào)的特點(diǎn)，采用了FPGA(EP4CE55)和ARM(S3C2440)協(xié)同采集處理的架構(gòu)，充分利用FPGA的實(shí)時(shí)性和并行性完成對(duì)光路系統(tǒng)的控制、傳感信號(hào)的采集、預(yù)處理和數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)通過移植在ARM上的linux操作系統(tǒng)完成對(duì)傳感信號(hào)的處理識(shí)別和人機(jī)交互等監(jiān)控平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)。本文的主要工作如下:
　　1.完成信號(hào)采集與處理系統(tǒng)的硬

3、件設(shè)計(jì)與制作。選用AD9233完成對(duì)脈沖波信號(hào)的采集，選用TLV2545完成對(duì)連續(xù)波信號(hào)的采集;采用FPGA信號(hào)采集底板+ARM核心板的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完成了包括電源系統(tǒng)、信號(hào)采集、FPGA/ARM及其外圍電路等部分的原理圖設(shè)計(jì)和PCB板的制作與調(diào)試。
　　2.完成了FPGA的邏輯設(shè)計(jì)。通過FPGA完成對(duì)光路系統(tǒng)的觸發(fā)、控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集兩路（脈沖波+連續(xù)波）傳感信號(hào)、對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理與緩存等功能，實(shí)現(xiàn)了FPGA與ARM通信

4、的接口。通過在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的配置寄存器組和FIFO緩存，將其虛擬化為ARM外部存儲(chǔ)總線上的設(shè)備，ARM能夠通過總線讀寫方式高效的完成對(duì)采集參數(shù)的配置、緩存數(shù)據(jù)的讀取等工作。
　　3.完成Linux驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。針對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用需求，開發(fā)了針對(duì)FPGA前端采集模塊的字符型驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)了ARM對(duì)FPGA控制信號(hào)的發(fā)送、傳感數(shù)據(jù)的讀取和緩存以及中斷的申請(qǐng)和處理，并提供簡(jiǎn)潔的調(diào)用接口給應(yīng)用程序。協(xié)助完成了基于Qt的應(yīng)用程序界面的