發(fā)布時間：2017-12-10 10:09

  本文關鍵詞：面向高溫環(huán)境的快速、遠程光纖傳輸系統(tǒng)與硬件實現

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【摘要】：在各種通信與傳感領域,光纖傳輸技術已得到廣泛應用。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,難于應用在一些高溫環(huán)境中(諸如油田測井)。因此,本論文設計并完成了能夠工作在110℃高溫環(huán)境下的光纖傳輸系統(tǒng),實現了2MHz上行帶寬、2km遠程傳輸的全雙工通信。首先,確定本系統(tǒng)的總體設計：在主從機之間構建非對稱結構的常溫、高溫光電收發(fā)模塊組成的全雙工光纖上下行鏈路,主機通過發(fā)送指令經下行光纖鏈路到達從機,從機采集對應的數據參數經上行鏈路回傳至主機(其間非對稱光電模塊完成電光和光電轉換),從而完成主從機之間的指令和數據交互。進而,按照模塊和功能對系統(tǒng)方案的任務進行分解,分步實施：選擇ARM Cortex-M4內核系列的STM32F407芯片作為主從機的MCU；進行PCB硬件及電路設計：根據高溫二極管特性量身定做了一套驅動發(fā)光二極管與光電二極管放大電路,包括前置放大、主放大等設計；通過更改運放選型,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)設計及芯片選型,以及外圍電路設計。同時,也進行了軟件開發(fā)：根據STM32系列特點和現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)；對主從機通信協(xié)議進行詮釋定義,然后對各個模塊軟件任務給予分析,包括設計思路、開發(fā)流程,還涉及到相關文件及函數。最后,則是系統(tǒng)測試與調試情況,包括軟硬件測試,主要通過對比不同傳輸條件下的基本通信和系統(tǒng)應用功能來驗證本系統(tǒng)的可行性。測試結果顯示：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,從而保證整個光纖傳輸系統(tǒng)能夠運行在110℃高溫環(huán)境下。綜上所述,所設計和實現的光纖傳輸系統(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,然后結合ARM Cortex-M4系列微控制器和μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)等硬件、軟件,可滿足高溫環(huán)境下快速通信需求與應用,比如實時環(huán)境參數、音頻信號、視頻信息的采集和傳輸等。該系統(tǒng)及成果對于油田、煤礦開采等需要高可靠性、實時性、大容量的工業(yè)控制及應用具有重要參考價值。
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.11

【參考文獻】

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本文編號：1274068