基于FPGA和ARM的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)信號處理模塊的研制.pdf

1、分布式光纖振動傳感技術通過光纖內光信號特性的變化來傳感檢測外界被測信號，這種新型的傳感器克服了傳統(tǒng)點式傳感器的不足，具有體積小、抗干擾抗輻射、耐腐蝕等優(yōu)點。光纖振動傳感技術運用在安防領域，能夠遠程、連續(xù)、實時的對較大范圍內的目標做入侵監(jiān)測，可廣泛應用于一些基礎設施以及部分擁有特殊要求的安防系統(tǒng)中。
　　分布式光纖振動傳感監(jiān)控系統(tǒng)是基于分布式光纖振動傳感技術的一類新型周界安防監(jiān)測系統(tǒng)。本文研制了分布式光纖振動傳感監(jiān)控系統(tǒng)中的信號采集

2、和處理模塊，實現(xiàn)傳感信號的采集、處理、振動識別與預警、人機交互等功能。
　　根據分布式光纖振動傳感信號的特點，采用了FPGA(EP4CE55)和ARM(S3C2440)協(xié)同采集處理的架構，充分利用FPGA的實時性和并行性完成對光路系統(tǒng)的控制、傳感信號的采集、預處理和數(shù)據傳輸，同時通過移植在ARM上的linux操作系統(tǒng)完成對傳感信號的處理識別和人機交互等監(jiān)控平臺軟件設計。本文的主要工作如下:
　　1.完成信號采集與處理系統(tǒng)的硬

3、件設計與制作。選用AD9233完成對脈沖波信號的采集，選用TLV2545完成對連續(xù)波信號的采集;采用FPGA信號采集底板+ARM核心板的硬件系統(tǒng)結構，完成了包括電源系統(tǒng)、信號采集、FPGA/ARM及其外圍電路等部分的原理圖設計和PCB板的制作與調試。
　　2.完成了FPGA的邏輯設計。通過FPGA完成對光路系統(tǒng)的觸發(fā)、控制模數(shù)轉換器采集兩路（脈沖波+連續(xù)波）傳感信號、對采集到的數(shù)據進行預處理與緩存等功能，實現(xiàn)了FPGA與ARM通信

4、的接口。通過在FPGA內部實現(xiàn)相應的配置寄存器組和FIFO緩存，將其虛擬化為ARM外部存儲總線上的設備，ARM能夠通過總線讀寫方式高效的完成對采集參數(shù)的配置、緩存數(shù)據的讀取等工作。
　　3.完成Linux驅動程序的設計。針對系統(tǒng)的應用需求，開發(fā)了針對FPGA前端采集模塊的字符型驅動程序，實現(xiàn)了ARM對FPGA控制信號的發(fā)送、傳感數(shù)據的讀取和緩存以及中斷的申請和處理，并提供簡潔的調用接口給應用程序。協(xié)助完成了基于Qt的應用程序界面的