基于POTDR的分布式光纖傳感周界安全監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計.pdf

1、隨著文化和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，長遠距離周界的公共安全防范工程越來越受到人們的重視。偏振敏感光時域反射技術(shù)（POTDR）是分布式光纖傳感技術(shù)（DOFS）中靈敏度最高的一種技術(shù)，再加上有較高分辨率、耐高溫、不易受電磁干擾等優(yōu)點，已經(jīng)成為大型土木工程、石油管道、高壓電力工程等場合周界安全監(jiān)控的主要方法之一。目前的POTDR分布式光纖傳感系統(tǒng)主要依靠工控機和數(shù)據(jù)采集卡完成任務(wù)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、成本高昂，在諸多領(lǐng)域的實際應用受到限制。本文基于POTD

2、R分布式光纖傳感器在長遠周界安全監(jiān)測的應用，設(shè)計了一種FPGA+DSP架構(gòu)的嵌入式安全監(jiān)測系統(tǒng)方案，并完成了方案中系統(tǒng)控制和傳感信號采集處理的硬件設(shè)計。本設(shè)計將傳統(tǒng) POTDR系統(tǒng)的工控機和數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計在一起，降低了系統(tǒng)成本，簡化了結(jié)構(gòu)，提高了效率，對系統(tǒng)在各領(lǐng)域的大規(guī)模應用有著一定的助推作用。本文主要研究工作包括：
　　（1）完成了系統(tǒng)整體方案和硬件設(shè)計。以POTDR分布式光纖傳感器可檢測光纖沿途異常擾動和入侵信息為原理設(shè)計了

3、系統(tǒng)方案，并采用FPGA+DSP的硬件架構(gòu)設(shè)計了系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)采集的硬件板卡。其中，分別選取 EP4CE6F17C8和TMS320F28335芯片作為數(shù)據(jù)采集核心和系統(tǒng)控制核心，完成了FPGA最小系統(tǒng)電路、DSP最小系統(tǒng)電路、相關(guān)通信電路、供電電路等原理圖設(shè)計和板卡PCB設(shè)計。
　?。?）完成了硬件電路中 FPGA和 DSP的軟件設(shè)計，并通過實驗對設(shè)計的硬件功能進行了測試驗證。首先在QuartusⅡ軟件開發(fā)環(huán)境中編寫Verilog

4、語言，輔以ModelSim軟件進行仿真分析，實現(xiàn)FPGA控制AD芯片采集傳感信號和信號數(shù)據(jù)的緩存；其次在 CCS開發(fā)環(huán)境中編寫程序?qū)崿F(xiàn)了 DSP對整個硬件電路的控制和提升小波變換降噪處理算法，以及入侵事件判斷和WiFi串行接口通信程序；最后通過實際搭建測試平臺和環(huán)境，在常規(guī)無干擾、攀爬入侵事件、擾動干擾三種場景下對整個硬件板卡電路進行了測試和驗證，驗證結(jié)果表明，本文設(shè)計的硬件電路板卡能夠可靠、快速、有效地采集光纖傳感沿途異常入侵和擾動信