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

1、隨著文化和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，長(zhǎng)遠(yuǎn)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(shí)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(diǎn)，已經(jīng)成為大型土木工程、石油管道、高壓電力工程等場(chǎng)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(jī)和數(shù)據(jù)采集卡完成任務(wù)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂，在諸多領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用受到限制。本文基于POTD

2、R分布式光纖傳感器在長(zhǎng)遠(yuǎn)周界安全監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一種FPGA+DSP架構(gòu)的嵌入式安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案，并完成了方案中系統(tǒng)控制和傳感信號(hào)采集處理的硬件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)將傳統(tǒng) POTDR系統(tǒng)的工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)在一起，降低了系統(tǒng)成本，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，提高了效率，對(duì)系統(tǒng)在各領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)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(jì)。以POTDR分布式光纖傳感器可檢測(cè)光纖沿途異常擾動(dòng)和入侵信息為原理設(shè)計(jì)了

3、系統(tǒng)方案，并采用FPGA+DSP的硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)和板卡PCB設(shè)計(jì)。
　　（2）完成了硬件電路中 FPGA和 DSP的軟件設(shè)計(jì)，并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)的硬件功能進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)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(jìn)行仿真分析，實(shí)現(xiàn)FPGA控制AD芯片采集傳感信號(hào)和信號(hào)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(duì)整個(gè)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(shí)際搭建測(cè)試平臺(tái)和環(huán)境，在常規(guī)無干擾、攀爬入侵事件、擾動(dòng)干擾三種場(chǎng)景下對(duì)整個(gè)硬件板卡電路進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)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(dòng)信