面向高溫環(huán)境的快速、遠(yuǎn)程光纖傳輸系統(tǒng)與硬件實(shí)現(xiàn).pdf

1、在各種通信與傳感領(lǐng)域，光纖傳輸技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。首先，光纖的低損耗和高帶寬特性允許長距離與大容量傳輸;其次光纖傳輸還具有抗電磁干擾的優(yōu)勢。但常規(guī)的光纖傳輸系統(tǒng)（尤其是光收發(fā)模塊）都是工作在常溫或者低于85℃下，難于應(yīng)用在一些高溫環(huán)境中（諸如油田測井）。因此，本論文設(shè)計(jì)并完成了能夠工作在110℃高溫環(huán)境下的光纖傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了2MHz上行帶寬、2km遠(yuǎn)程傳輸?shù)娜p工通信。
　　首先，確定本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì):在主從機(jī)之間構(gòu)建非對稱結(jié)構(gòu)

2、的常溫、高溫光電收發(fā)模塊組成的全雙工光纖上下行鏈路，主機(jī)通過發(fā)送指令經(jīng)下行光纖鏈路到達(dá)從機(jī)，從機(jī)采集對應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)經(jīng)上行鏈路回傳至主機(jī)（其間非對稱光電模塊完成電光和光電轉(zhuǎn)換），從而完成主從機(jī)之間的指令和數(shù)據(jù)交互。進(jìn)而，按照模塊和功能對系統(tǒng)方案的任務(wù)進(jìn)行分解，分步實(shí)施:選擇ARM Cortex-M4內(nèi)核系列的STM32F407芯片作為主從機(jī)的MCU;進(jìn)行PCB硬件及電路設(shè)計(jì):根據(jù)高溫二極管特性量身定做了一套驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管與光電二極管放大電

3、路，包括前置放大、主放大等設(shè)計(jì);通過更改運(yùn)放選型，改善放大電路，使得常溫光電探測器的帶寬提升至2MHz;最后是系統(tǒng)功能模塊（攝像頭、音頻、溫度模塊）設(shè)計(jì)及芯片選型，以及外圍電路設(shè)計(jì)。同時(shí)，也進(jìn)行了軟件開發(fā):根據(jù)STM32系列特點(diǎn)和現(xiàn)有的嵌入式操作系統(tǒng)的特性，選擇了μC/OS-Ⅱ作為操作系統(tǒng);對主從機(jī)通信協(xié)議進(jìn)行詮釋定義，然后對各個(gè)模塊軟件任務(wù)給予分析，包括設(shè)計(jì)思路、開發(fā)流程，還涉及到相關(guān)文件及函數(shù)。最后，則是系統(tǒng)測試與調(diào)試情況，包括軟硬

4、件測試，主要通過對比不同傳輸條件下的基本通信和系統(tǒng)應(yīng)用功能來驗(yàn)證本系統(tǒng)的可行性。測試結(jié)果顯示:在2km距離下，低速溫度及音頻信號可在125℃環(huán)境下正常傳輸，而高速視頻信號可在110℃環(huán)境下能夠正常傳輸，從而保證整個(gè)光纖傳輸系統(tǒng)能夠運(yùn)行在110℃高溫環(huán)境下。
　　綜上所述，所設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的光纖傳輸系統(tǒng)，通過非對稱常溫、高溫光收發(fā)模塊、上/下行光纖鏈路作為信號傳輸通道，然后結(jié)合ARM Cortex-M4系列微控制器和μC/OS-Ⅱ嵌入式