基于光纖以太網的智能數據采集裝置分析

陳瑩+江燕+晏傳銀

摘 ?要：近年來，隨著社會的發展和科學技術的進步，我國的航空技術也取得了快速的發展。將光纖以太網技術應用于航空航天設計過程中的數據采集中，不僅能夠改變傳統航空設計中的數據采集模式，而且能夠通過對智能數據采集裝置進行優化配置，實現數據采集裝置與系統監控裝置之間的通信，有利于縮短通信時間，提升航空航天日常工作過程中的數據通信質量和效率。文章通過對航空設計過程中涉及到的基于光纖以太網的智能數據采集裝置進行分析，提出意見和建議。

關鍵詞：航空;設計光纖;以太網;智能數據;采集裝置

中圖分類號：TP212;TP274 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2016）03-0070-02

1 ?背景概述

近年來，我國航空航天技術取得了快速的發展，智能數據采集裝置也越來越多被應用于航空設計中，滿足了我國航空航天發展的需要。智能數據采集裝置是整個航空航天系統中的重要裝置，它直接影響了我國航空航天設計的整體性能。將基于光纖以太網的智能數據采集裝置應用于我國航空航天設計中，有利于我國航天設計整體性能的優化。

?智能數據采集裝置在航空航天設計中一般被應用于對相關直流電壓及各種開關量進行采集，實現監控系統及告警節點的通信功能。監控系統對它們進行統一的監控和控制。但是，由于相關因素的制約，通信效率相對比較低，帶寬也比較小，無論是監控策略還是相關裝置的數字化都不夠靈活。光纖的通信性能體積比較小，相對比較優越，帶寬容量大，抗干擾能力很強。同時其改造成本相對比較低，有利于社會效益和經濟效益的同步實現，能夠從根本上提升通信質量。

2 ?智能數據采集裝置的硬件設計

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相關電路進行選擇，然后對直流控制母線和合閘母線進行相應的電壓采集。蓄電池組電壓和霍爾線圈剩余電流所轉換的電壓采集電路都可以用這種方式進行電壓采集。將其應用于航空航天設計過程中，能夠保證其整體采集裝置性能的優化，從根本上提高我國航空航天設計水平，實現航空設計過程中各項基礎設備的優化[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，能夠對進線電源的電壓、電流、有功和無功信息進行監控。交流采集電路的原理是在主備二路進線三相交流電壓采集通過互感器降壓和隔離之后，用AC/DC的有效值將芯片轉換成直流電壓，然后將相關結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的芯片來實現，通過對輸出管腳進行配置來選擇合適的采樣通道。降壓與隔離電路對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行隔離，然后通過多路通道復用芯片CD4051實現的。有效值芯片AD736將交流電壓轉換成直流電壓輸出，然后經過電阻進行分壓和電容濾波，進行相關采樣。依據相關的采樣數據能夠進行相應的數據信息處理和有功無功的相關計算[3]。

2.3 ?開關量采集電路

?開關量采集電路主要對各種開關的狀態量、控制母線出線開關量、合閘母線出線開關量等狀態量進行采集。在航空設計過程中，相關設計人員要認識到開關量采集電路系統的重要作用，結合開關量采集電路的實際發展情況和性能，對其進行優化設計。技術人員可以對開關量采集電路進行設計，依據不同的需求對路數進行不同的設置。

線路數量隨著性能的需求變化而變化。設計人員在開關量采集電路的設計過程中要針對實際的航空需求來開展，避免線路設置的盲目性和不合理等。開關量輸入的公共端都是相同的，其開入電源都是由內部電路依據相關情況提供的。

2.4 ?開出量控制電路

?開出量控制電路是航空設計過程中的重要組成部分。它直接影響了設備的總體性能。開出量控制電路是結合相應的控制策略，對繼電器的動作進行自動控制，以滿足其告警、控制和狀態等相關需求。可以對TLP521芯片的輸入端引腳的高低電平進行控制，來實現繼電器的相關動作，低電平控制繼電器開出。設計人員在對開出量控制電路進行設計的過程中要結合設備的具體運行情況進行合理的規劃和安排。

2.5 ?光纖以太網線路

本文通過對傳統的串口通信模式進行改變，并將光纖通信應用于以太網線路中，提高整體通信質量。這些通信過程中，采用以太網數據報送文件對傳輸數據進行封裝，以提高數據的傳輸質量和效率，并結合直流電源系統對數據吞吐量進行相應的要求。

?光纖以太網線路主要由網絡隔離變壓器、光纖收發器、光電轉換和收發一體化模塊組成。通過相關的硬件電路實現以太網和光纖的橋接。網絡隔離變壓器采用的是TS6121C芯片，光纖收發器則是采用傳輸容量為的IP113A芯片[4]。

3 ?智能數據采集裝置的軟件設計

3.1 ?改進的控制策略

由于發展水平的制約，傳統的智能數據采集裝置不能滿足相關的軟件設計要求，通過監控裝置實現的，智能數據采集裝置對數據的反饋和相關控制命令的執行過程都相對比較復雜。不僅需要對下位裝置進行逐個輪詢，而且需要在下位裝置的相關數據交換完成之后，才能進行下一個數據的交換，不僅浪費時間，而且不利于及時發現數據傳輸過程中的異常。

?將光纖以太網應用于數據采集裝置中，能夠對控制策略進行相應的提升和優化。當智能數據采集裝置在數據和信息的采集過程中發生問題，可以實現實時主動上傳，并且對其他數據沒有影響。

如果出現故障，能夠及時將故障信息反饋給相關的監控裝置。然后監控裝置結合數據采集的具體情況對實時控制處理信息進行下放。

3.2 ?流程設計

軟件流程設計由數據處理、采樣和監控裝置通信交互三部分組成。技術人員可以通過定時中斷對開關狀態量進行采集。并根據相關的采集數據和通信信息對相關數據進行解碼，嚴格按照相關要求和流程進行相應的規劃，從根本上提升整體設計質量[5]。

4 ?結 ?語

?以光纖以太網為前提的智能數據采集裝置不僅能夠避免復雜電磁環境中受到干擾，而且能夠實現數據采集和顯示以及故障處理的實效性，有利于監控裝置和采集裝置進行相關的數據交流，實現了數據交換方式的多樣化。

技術人員要充分認識到以光纖以太網為前提的智能數據采集裝置在航空航天設計過程中的重要作用，從根本上對智能數據采集裝置進行優化，以提高我國航空航天設計水平。

參考文獻：

[1] 梁彩云，謝業平，李泳凡，等.飛/發性能一體化技術在航空發動機設計 ? 中的應用[J].航空發動機，2015，（3）.

[2] 陳起磊，王志新.基于DSP永磁智能斷路器數據采集系統的分析與設 ? 計[J].低壓電器，2012，（1）.

[3] 蔣瑩瑩，毛乃虎，張雷，等.基于光纖以太網的智能數據采集裝置[J].低壓 ? 電器，2013，（18）.

[4] 陳起磊，王志新.基于DSP永磁智能斷路器數據采集系統的分析與設 ? 計[J].低壓電器，2012，（1）.

[5] 李玨，馬曉東，張果謀，等.大數據分析在用電采集數據分析與智能監測 ? 系統的設計與實現[J].電氣應用，2015，（1）.