基于光纖通信網絡高速數據采集系統的設計

摘 要：應用光纖通信網絡設計了一種高速數據采集系統，采用多路數據采集的方式結合光纖通信網絡，大幅提高了采集能力。系統由采集模塊、處理系統以及光纖網絡構成，前端采集模塊完成模擬信號采樣、濾波，然后通過處理器完成信號傳輸與分析。

關鍵詞：光纖網絡 數據采集系統 高速采集 多路通道

中圖分類號：TN818 文獻標識碼：A 文章編號：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將光信息傳至需要的數據處理端。1966年高錕發表的光纖論文，提出了石英玻璃光學纖維通信材料，此后，開創了光纖通信的先河。1977年，美國首次用多模光纖在芝加哥完成了兩個電話局之間的通信。0.85 μm的多模光纖成為第一代光纖材料。隨著科技的發展，技術和材料的不斷更新，光纖相繼發展出了第二代、第三代、第四代以及目前的第五代產品。采用光波復用的方法可以提高傳輸速率，而光波放大可以增長傳輸距離。瞬態信號的采集在測量工程中經常被應用，一般要求檢測設備可以滿足高速數據采集的要求，且被測信號應在一定范圍內。

要求檢測設備可以執行多路的采集和傳輸功能。每個單獨的采集部分互相獨立，彼此不影響，單個探測器處的采集模塊也支持多路數據采集。該文設計的就是基于光纖通信網絡的高速數據采集系統。

1 光纖通信網絡

本系統由高速數據采集模塊和光纖通信網絡組成，高速數據采集模塊用于完成數據的高速采集，而光纖通信網絡用于對采集得到的數據信息實時的傳輸給上位機。采樣多路通道分布的形式，每個采集模塊有8組通道，每個通道可以完成32位的AD數據采集與轉換，速度可達4 mSPS，總數據量可達80 mB/s。高速的數據傳輸，要求傳輸總線容量大，同時還要保障外界噪聲對系統的影響最小。本設計應用多路式采集既能滿足高帶寬的需要，又能滿足光信號不受外界噪聲的特點，從而高速地完成數據傳輸的功能。

2 高速采集模塊

系統的主控制器采用ATmega168芯片，CPLD產生時鐘時序，共同完成對數據的高速采集與控制，采集模塊方案如圖1所示。

圖1 高速采集模塊方案

高速數據采集系統的基本原理是將模擬量信號通過傳感器將攜帶信息的物理量轉化成電壓量，然后由ADC轉換模塊將模擬電壓量變為數字電壓量，最終進行數據的傳輸、存儲以及相應的處理。在本高速采集系統中，由AVR與CPLD共同控制完成，對采集的模擬信號進行模數轉換后，結果緩存到FIFO中，最后，轉存到FLASH陣列保存。FIFO在整個工作過程中不但完成緩存的功能，還解決了A/D轉換數據位數的匹配問題，為與FLASH存儲器相應數據線位數作出調整。

3 控制程序設計

編程實現相應的的采集功能，選擇兩條通道進行時鐘分析，當控制信號為低電平時，引腳工作，觸發采集，EOC電平變低，8路數據通道將數據存儲下來。整個采集過程中，每個通道的工作原理是相同的，最終將數據存入存儲區。

在此基礎上，將程序載入CPLD中，對電路調試，控制8個通道模數轉換同時進行，產生的波形如圖2所示，可以看出，1、3、4、5路分別產生8個連續的脈沖，并且其時序位置準確，就是控制器控制8路信號采集可以同時進行，沒有邏輯或時序的錯誤。所以可知，本系統設計的高速采集程序能滿足設計要求，根據采集脈沖寬度可以計算系統的最高采集速度達到10 mb/s。

圖2 8路數據高速采集波形圖

采集得到數字信號再通過電光調制轉換成光信號，加載到光纖通信網絡中，最終通過光纖通信網絡傳輸回主控制系統中。

4 結語

設計了一種高速數據采集系統，給出了硬件結構框圖，實驗分析了高速采集下8路通道的數據采集結果，結果顯示，本系統可以高速的完成多通道的數據采集，同時經過光纖通信網絡完成數據對上位機的最終傳輸。

參考文獻

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