基于POTDR的分布式光纤传感周界安全监测系统的硬件设计

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随着文化和经济的不断发展，长远距离周界的公共安全防范工程越来越受到人们的重视。偏振敏感光时域反射技术（POTDR）是分布式光纤传感技术（DOFS）中灵敏度最高的一种技术，再加上有较高分辨率、耐高温、不易受电磁干扰等优点，已经成为大型土木工程、石油管道、高压电力工程等场合周界安全监控的主要方法之一。目前的POTDR分布式光纤传感系统主要依靠工控机和数据采集卡完成任务，其系统结构复杂、成本高昂，在诸多领域的实际应用受到限制。本文基于POTDR分布式光纤传感器在长远周界安全监测的应用，设计了一种FPGA+DSP架构的嵌入式安全监测系统方案，并完成了方案中系统控制和传感信号采集处理的硬件设计。本设计将传统 POTDR系统的工控机和数据采集卡设计在一起，降低了系统成本，简化了结构，提高了效率，对系统在各领域的大规模应用有着一定的助推作用。本文主要研究工作包括：
　　（1）完成了系统整体方案和硬件设计。以POTDR分布式光纤传感器可检测光纤沿途异常扰动和入侵信息为原理设计了系统方案，并采用FPGA+DSP的硬件架构设计了系统控制和数据采集的硬件板卡。其中，分别选取 EP4CE6F17C8和TMS320F28335芯片作为数据采集核心和系统控制核心，完成了FPGA最小系统电路、DSP最小系统电路、相关通信电路、供电电路等原理图设计和板卡PCB设计。
　　（2）完成了硬件电路中 FPGA和 DSP的软件设计，并通过实验对设计的硬件功能进行了测试验证。首先在QuartusⅡ软件开发环境中编写Verilog语言，辅以ModelSim软件进行仿真分析，实现FPGA控制AD芯片采集传感信号和信号数据的缓存；其次在 CCS开发环境中编写程序实现了 DSP对整个硬件电路的控制和提升小波变换降噪处理算法，以及入侵事件判断和WiFi串行接口通信程序；最后通过实际搭建测试平台和环境，在常规无干扰、攀爬入侵事件、扰动干扰三种场景下对整个硬件板卡电路进行了测试和验证，验证结果表明，本文设计的硬件电路板卡能够可靠、快速、有效地采集光纤传感沿途异常入侵和扰动信号。

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作者
张健;
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作者单位

中南民族大学;

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授予单位中南民族大学;
学科电子与通信工程
授予学位硕士
导师姓名张华;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类监视、报警、故障诊断系统;
关键词
分布式光纤传感; 安全监测系统; 偏振敏感光时域反射; FPGA控制; AD芯片;

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