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基于DSP和FPGA的光纤周界报警系统

作　者: 罗凉臣
导　师: 胡业林
学　校: 安徽理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 光纤传感器 DSP FPGA Mach-Zehnder 干涉 数据采集 周界报警
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着科技的进步和社会经济水平的提高,人们对生活安全和社会安全性提出了更高的要求,在一些重要的场合和区域采用周界安防措施必不可少。传统的周界安防方案如视频监控、红外对射、微波探测等,都存在着许多缺陷和不足,已经满足不了现在人们对周界报警系统的要求。基于光纤传感器具有灵敏度高、能够连续测量、抗电磁干扰和耐高温腐蚀等许多突出优点,本文提出来一种基于DSP和FPGA的光纤周界报警系统,通过光纤传感器来探测监控区域的振动信号,判断监控区域是否存在异常入侵,并能对异常事件进行定性和定位,可以对监控区域实现全天候实时监控。本系统具有结构简单、便于安装和集成度高等特点,不需要外加工控机和数据采集卡,不但简化了系统结构,而且大大降低系统成本,解决了光纤周界报警系统因价格昂贵限制其推广应用这一瓶颈,具有很好的应用前景。本文首先对光纤周界报警系统的研究现状和几种应用比较成熟的理论进行了介绍,选择了马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉传感技术作为系统设计原理,并对Mach-Zehnder传感原理和相位调制理论进行了论述。其次,从系统的前端光纤传感模块、FPGA+ADC数据采集模块和DSP数据处理模块三个部分将系统的整体结构、各模块硬件电路结构和芯片选型、系统的软件设计等部分对基于DSP和FPGA的光纤周界报警系统进行了详细的介绍,并将本系统通过模拟几种典型入侵事件,和现有系统进行对比试验,本系统能够在有异常事件发生的时候,进行声光报警操作,并且通过LCD模块显示监控信息,通过GSM模块将报警信息发送给监控人员,从而实现远程监控。在论文最后对本系统存在的一些问题和缺陷提出了改进方向,对下一步工作做了进一步展望。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
Contents  10-12
1 绪论  12-24
  1.1 课题背景  12-14
  1.2 分布式光纤传感器  14-16
    1.2.1 光纤传感器的特点  14-15
    1.2.2 光纤传感器的分类  15-16
  1.3 光纤周界报警研究现状  16-21
    1.3.1 光纤传感器的发展概况  16-18
    1.3.2 光纤传感器在周界报警系统中的应用方案  18-21
  1.4 DSP+FPGA系统的结构及特点  21
  1.5 课题的研究意义及研究内容  21-23
  1.6 本章小结  23-24
2 基于DSP和FPGA的光纤周界报警系统的基本原理  24-34
  2.1 光纤传感器的基本原理  24-25
  2.2 分布式M-Z振动传感的工作原理  25-27
  2.3 相位调制型光纤传感器解调原理  27-30
    2.3.1 相位调制原理  27-28
    2.3.2 干涉仪的信号解调  28-30
  2.4 分布式M-Z振动传感的定位原理  30-32
  2.5 影响系统空间分辨率的主要参数  32-33
  2.6 本章小结  33-34
3 基于DSP和FPGA的光纤周界报警系统的硬件设计  34-50
  3.1 前端传感模块  35-42
    3.1.1 传感光纤  35-36
    3.1.2 光纤激光器  36-37
    3.1.3 光隔离器  37-38
    3.1.4 光纤耦合器  38
    3.1.5 光电转换模块  38-40
    3.1.6 信号调理电路  40-42
  3.2 ADC+FPGA数据采集模块  42-47
    3.2.1 ADC芯片的选择  43-45
    3.2.2 FPGA与AD7656的接口电路设计  45-47
  3.3 DSP芯片及其外设  47-49
    3.3.1 GSM模块  48
    3.3.2 LCD模块  48-49
  3.4 本章小结  49-50
4 系统软件设计  50-62
  4.1 DSP的软件设计  50-56
    4.1.1 DSP主程序设计  51-52
    4.1.2 事件判断程序  52-54
    4.1.3 串行通信模块程序  54-56
  4.2 FPGA程序设计  56-58
  4.3 FPGA与DSP的接口设计  58-60
  4.4 AD7656的控制  60-61
  4.5 本章小结  61-62
5 系统测试分析  62-68
  5.1 实验系统的组成及连接  62
  5.2 实验过程  62-67
  5.3 实验结果  67-68
6 总结与展望  68-70
参考文献  70-72
致谢  72-73
作者简介及读研期间主要科研成果  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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