一種基于DSP的光纖監控網(wǎng)絡(luò )系統方案

　　中性束注入加速極電源是為國家大科學(xué)工程超導托克馬克聚變實(shí)驗裝置（EAST）研制的一套高壓大功率脈沖電源。此電源采用PulseStepModulation技術(shù)，用80個(gè)相同的1100v/100A輸出的電源模塊串聯(lián)而成，其額定輸出為：80kv/80A，最大脈寬1000s。由于該電源置于高壓、強電磁干擾環(huán)境下，因此，為保證該電源系統的安全和穩定，須對各電源模塊的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。通過(guò)對各種方案的比較，采用計算機RS232口和DSP（DigitalSignalProcessor，數字信號處理器）的RS232口通過(guò)光纖轉換器組建光纖環(huán)網(wǎng)。整個(gè)系統具有結構簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比高，易擴充等優(yōu)點(diǎn)。

1 光纖網(wǎng)絡(luò )結構

　　1.1 光纖網(wǎng)絡(luò )硬件

　　該光纖監控網(wǎng)絡(luò )采用RS485總線(xiàn)的單主多從結構，主站用PC機，從站用DSP，采用多模光纖連接，組建成帶雙環(huán)自愈功能的光纖環(huán)網(wǎng)。帶雙環(huán)自愈功能光纖環(huán)網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是：當網(wǎng)絡(luò )上某個(gè)節點(diǎn)的光纖轉換器出現故障時(shí)，其它節點(diǎn)仍能正常通訊。光纖轉換器采用武漢邁威公司生產(chǎn)的MWF5100P，它把RS232信號轉換成統一的光信號傳輸。DSP采用TI公司的TMS320LF2407A。

　　主站串口COM1與各從站通訊，主站發(fā)出信號，從站經(jīng)過(guò)判斷決定是否要發(fā)送數據給主控計算機。當遇到故障時(shí)主站可以發(fā)出信號使所有的電源模塊復位。網(wǎng)絡(luò )拓撲結構見(jiàn)（圖1）。

　　1.2 光纖網(wǎng)絡(luò )軟件

　　主站采用MSCOMM控件編寫(xiě)的WINDOWS系統的通訊界面，簡(jiǎn)單易用?？梢愿鶕枰O定不同的參數。從站采用TI公司針對TMS320C2XX開(kāi)發(fā)的一套集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CC（CODECOMPOSE）。CC采用圖形接口，提供編輯指令、參數修改工具，能對TMS320C2000系列DSP進(jìn)行指令級的仿真和進(jìn)行可視化的實(shí)時(shí)數據分析，可大大提高開(kāi)發(fā)者的工作效率，縮短應用系統開(kāi)發(fā)周期。

　　DSP多處理器通訊有兩種方法：空閑線(xiàn)模式和地址位模式。由于地址位模式在高的發(fā)送速度下，程序速度不足以避免在傳輸流中的一個(gè)10bit的空閑，且空閑線(xiàn)模式與RS232通訊兼容，因此該光纖網(wǎng)絡(luò )采用空閑線(xiàn)通訊模式。

　　主站通過(guò)COM1口與從站通訊，用軟件中斷的方法接收從站上傳的信息。主站不管是接收還是發(fā)送的數據都是NRZ（非歸零）格式的。NRZ的格式包括以下組成部分：一個(gè)起始位、1~8個(gè)數據位，一個(gè)奇偶校驗位（可選）、1或2個(gè)停止位。

　　從站接收到一幀數據時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷，并判斷是否與自己的虛擬地址一致。主站與從站的設定如下：從站虛擬地址從01到80，當從站接收到的數據與自己的地址一致時(shí)，發(fā)送信息給主站，否則處于等待接收狀態(tài)（圖2），各從站之間不通訊，同一時(shí)刻只有一個(gè)從站發(fā)送信息給主站。DSP有一個(gè)RS232通訊口，程序通過(guò)接收中斷、發(fā)送中斷，接收指令和發(fā)送指令進(jìn)行通訊。

　　從站能夠通過(guò)程序設定波特率、奇偶校驗位和數據位長(cháng)度等通訊參數。

2 模擬調試

　　用一臺PC機，2塊合眾達公司的SEED—DSK2407評估板，3個(gè)光纖轉換器和多模跳線(xiàn)組建了一個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)，對通訊時(shí)間進(jìn)行了測試。測試儀器是泰克公司的TDS3032B示波器。用PC機COM1通訊口的3號引腳的第一個(gè)上升沿為觸發(fā)信號，觸發(fā)電平為5V。通訊時(shí)間測試過(guò)程如下：

　　COM1通訊口3號引腳發(fā)送數據的第一個(gè)上升沿作為起始時(shí)間，到2號引腳接收到從站上傳數據的第一個(gè)上升沿為止，這個(gè)時(shí)間即為主站與從站一次通訊的時(shí)間。經(jīng)多次測試，通訊沒(méi)出現錯誤，一次通訊時(shí)間為560us（圖3），波動(dòng)在20us以?xún)?，數據的傳輸速度設定為9600bps。

　　圖3通訊時(shí)間波形圖（1為發(fā)送，4為接收）復位信號時(shí)間的測量如下：采用PC機COM1口的3號引腳的第一個(gè)上升沿為起始時(shí)間（觸發(fā)電平5V），到從站IOPF0引腳產(chǎn)生的第一個(gè)下降沿為止，這個(gè)時(shí)間即為從站復位的時(shí)間。經(jīng)多次測量，平均復位時(shí)間為3.24ms左右（圖4），波動(dòng)在80us以?xún)取?/FONT>

　　圖4復位信號時(shí)間（1為主站發(fā)出信號，4為復位信號）經(jīng)在9600bps，38400bps，115200bps三個(gè)不同傳輸速率下的測量，在程序調試成功的情況下，主站與從站之間的通訊一次就能建立，通訊不出現誤碼。之所以出現時(shí)間上的波動(dòng)，是因為數據傳輸的路徑和測量誤差決定的。

　　光纖轉換器的轉換延時(shí)測試，由COM1通訊口的3號引腳觸發(fā)信號，兩塊DSP的RS232口接收信號。測試結果是：經(jīng)過(guò)一個(gè)光纖轉換器延時(shí)為500ns。在以后實(shí)際的光纖網(wǎng)絡(luò )中接80個(gè)光纖轉換器，采用雙環(huán)自愈方式的光纖環(huán)網(wǎng)，最長(cháng)的一次通訊延時(shí)要經(jīng)過(guò)40個(gè)光纖轉換器，傳輸延時(shí)是20us，與一次通訊時(shí)間560us相比可以忽略。又因為采用的是異步串口通訊，所以20us的延時(shí)對網(wǎng)絡(luò )通訊的影響很小，從監控角度考慮可以忽略。

3 結語(yǔ)

　　通過(guò)對多次測試結果的分析，監控系統的主站與其中一個(gè)從站通訊的平均時(shí)間為42.3ms（從站發(fā)送31個(gè)字符）。在測試過(guò)程中沒(méi)有出現通訊故障，該光纖網(wǎng)絡(luò )滿(mǎn)足設計指標。與目前我們使用的基于PLC的光纖監控網(wǎng)絡(luò )相比，可靠性更高，成本大約節省了十幾萬(wàn)。我們開(kāi)發(fā)的這套光纖網(wǎng)絡(luò )也適用于其它高電壓隔離、強電磁干擾環(huán)境下的監控系統。