基于光纖布拉格光柵的實時測溫系統的設計-資料下載頁

　　

【正文】 1. 獨立并行運算單元 算數 /邏輯單元（ ALU）、乘法器和移位器都可以再單周期里執行指令，它們并列排列，大大提高了數據吞吐率。對于單個乘、累加指令，能同時并行的在乘法器和 ALU 中執行。運算單元支持 IEEE32 位單精度浮點、 40 位擴展精度浮點和 32位定點數據格式。 2. 通用數據寄存器 通用數據寄存器在運算單元和數據總線之間傳遞數據，能同時保存中間運算結果。 32 個 I/O 端口的數據寄存器與處理器的超級哈弗結構相結合，能實現運算單元與儲存器之間無限制的數據流動。 3. 單周期同時取 1 條指令和 2 個操作數 ADSP SHARC 系列處理器超級哈 弗結構內有 2 條數據總線：數據儲存總線（ DM）和程序儲存器總線（ PM）。 DM 總線主要傳遞數據， PM 總線既可以傳送指令又可以傳輸數據，而且 DM總線和 PM 總線分開。這樣， ADSP SHARC 系列處理器利用指令緩存，就能在單周期內實現同時取 2 個操作數和 1條指令。 4. 指令緩存 ADSP ＳＨＡＲＣ系列處理器內部有一個高效的３２級指令緩存，允許３條總線同時取１條指令和２個操作數。指令緩存是否使用，也可以通過編程加以控制。 有了指令緩存，處理器就能高速執行循環操作，比如數字濾波的乘、累加操作和 FFT 碟性運算等。 畢業設計 /論文 21 5． 產生器 ADSP SHARC 系列處理器內部有 2 個數據地址產生器（ DAGS），在硬件上能實現環形數據緩沖尋址，這樣就能夠有效的執行延遲線操作，這對于高速高效的實現數字濾波和傅里葉變換非常有用。 ADSP SHARC 系列處理器數據地址產生器能自動處理環形地址指針，這樣就能降低程序開銷，提高程序的執行效率并簡化程序代碼。環形緩沖區可以從儲存器的任一一地址單元開始，也可以再任一地址單元結束，處理器對此沒有任何限制。 6． 內有 位可配置的雙端口 SRAM 雙端口 SRAM 可以被處理器核和 DMA 同時獨立訪問，根 據不同型號芯片 SRAM容量的大小，可以分別配置為不同容量的 32 位數據存儲區、 48 位的程序儲存區以及混合 32 位或者 48 位進行配置。 7． 有豐富的外部接口 片外存儲器尋址空間可達到 4G 字，支持可編程的等待模式與 DRAM 頁控制； 2套串行口可以用多種操作模式進行工作； 6個 4/8 位的鏈路口可以實現松耦合方式的處理器連接。 DMA 控制器支持 1014 個 DMA 通道的無干預后臺傳輸， DSP 核與 I/O 處理器可以同時并行訪問內部儲存器。 8. 串行掃描與仿真特性 ADSP SHARC 系列處理器支持標準的 IEEEP1149JTAG 系統測試，該標準為串行掃描系統中元件的 I/O 狀態定義了有效的測試方法。 JTAG 串行口也能訪問ＡＤＳＰ ＳＨＡＲＣ系列處理器片內的仿真資源。 9. 支持靈活的指令集 ADSP SHARC 系列處理器 48位指令字適用于不同的并行操作，能實現高精度計算。例如，在單指令內，可以有條件的執行 1次加、一次減和 1次分支跳轉操作。 選用的第三代 ADSPSHARC 處理器提供了更高的性能、以工程應用為重點的外設和新的儲存器配置。芯片速度為 400MHz。同時簡化了算法開發并集成了高帶寬和非常靈活的外部儲存器接口。芯片基于一 個單指令多數據（ SIMD）內核，支持32 位定點和 3240 位浮點運算格式，與以前的所有 SHARC 處理器代碼完全兼容，可最大化地復用已有代碼。片上儲存器總數為 2MB 的 SRAM 和 6M 的 ROM，同時集成了各種音頻專用和通用外設。 其中電壓轉換電路如圖 46， SRAM 接口如圖 47。 畢業設計 /論文 22 圖 46 電壓轉換電路 圖 47 SRAM 接口原理圖 畢業設計 /論文 23 參考光纖光柵的標定 本系統要求為每一個參考光柵進行溫度標定，即找出每個光柵在不同溫度下的對應波長值，由此形成了一組溫度 波長數據對，使用這組數據對擬合 該光柵的溫度 波長對應關系 cbxaxy ??? 2 具體擬合算法是采用多項式擬合。 如表41。 表 41 五個光柵進行溫度定標的實驗數據 1528nm 1532nm 1534nm 1537nm 1544nm 第 1 次 0． 88 第 2 次 第 3 次 第 4 次 第 5 次 5 次平均 服務器端軟件設計 本文根據光線光柵測溫系統與服務器之間的通信方式和數據格式，設計了服務器端的軟件，實現了光纖溫度火災報警系統數據的傳輸、處理、存儲和顯示，軟件流程框圖如 圖 48。 圖 48 數據的傳輸與顯示流程圖 光纖光柵測溫系統服務器端軟件主要由波長監控、設置、以及溫度監控三部分組成，如圖 49所示。 在光柵測溫設置標簽中（如圖 410），可以設置光柵 波長范圍，光柵的編號等信息，然后根據各個溫度下波長的觀測值可以得到一組波長溫度的對應參數，點擊添加可以發送到 DSP 處理模塊中，進行波長溫度的轉換，從而計算出溫度。點光纖光柵測溫系統 RS232 接口 鏈路 服務器 數據處理 高精圖形顯示 告警列表顯示 樹狀目錄顯示 畢業設計 /論文 24 擊寫入 FLASH 按鈕可以將這些參數固化到 DSP 處理模塊中，以后使用就可以不必再進行一次配置。 圖 49 波長監控界面圖 圖 410 系統設置界面圖 在光柵溫度監控標簽頁里面，可以監控各個光柵的溫度值，并且能設定和顯示報警狀態，如圖 411 是設置警戒值為 40 攝氏度在 10 秒內升溫不超過 20 度。此時不報警。當有光柵溫度升高到 40 攝氏度以上，或者溫 度在 10 秒內升溫超過20 度是產生報警，警燈變紅，并且提示光柵告警信息（如圖 412）。點擊確認按畢業設計 /論文 25 鈕確定該報警信息，清楚報警狀態。 411 溫度監控界面圖 圖 412 溫度監控界面圖 畢業設計 /論文 26 第 5 章 系統測試 測試過程及數據 上述的工作完成后，我們將傳感光柵放入另一個恒溫箱內，然后對恒溫箱內的傳感光柵進行測試 。 測試內容是在一套光纖光柵測溫系統的一個通道上串接 7個光柵，將這些光柵放入恒溫箱中進行溫度控制，實驗中，在 0~100 度范圍內選取 3 個溫度值（ 5 度、 25 度、 65 度）分別設定為測溫光柵的環境溫度（即 恒溫箱內的溫度），觀測記錄 恒溫箱內的這 7個系統測溫探頭所測得的溫度值以及相應的波長值，同時記錄下相應恒溫箱的標準溫度（如表 51,52,53），最終通過系統測量溫度與標準溫度之間的對比技術出系統測溫精度 ，平均測量偏差如表 54。 表 51 標準溫度 5 攝氏度時系統測量結果 光柵 測量波長 測量溫度 溫度偏差 1525 + 1527 + 1529 + 1534 + 1537 + 1544 + 1553 + 表 52 標準溫度 25 攝氏度時系統測量結果 光柵 測量波長 測量溫度 溫度偏差 1525 + 1527 + 1529 + 1534 + 1537 + 1544 + 1553 + 表 53 標準溫度 65 攝氏度系統測量結果 光柵 測量波長 測量溫度 溫度偏差 1525 + 1527 +1 1529 + 1534 + 1537 + 1544 + 1553 + 畢業設計 /論文 27 表 54 平均測量偏差 光柵 5 度測量偏差 25 度測量偏差 65 度測量偏差 平均偏差 1525 + + + 1527 + + + 1529 + + + 1534 + + + 1537 + + + 1544 + + + 1553 + + + 畢業設計 /論文 28 結論 光纖布拉格光柵從誕生到廣泛的研究和應用，短短幾十年的飛速發展，現已成為 非常重要且不可替代的光子器件。它涉及光纖傳感和光纖通信的各個領域，因為其自身具備的諸多優點，所以它有著廣闊的發展前景和應用價值。本文從光纖光柵的基礎理論出發，根據溫度傳感模型，重點研究 Bragg 光纖光柵的傳感特性及其在測溫方面的應用。本文設計了一種基于 FP 濾波器解調的光纖光柵測溫系統解調的裝置，本系統的特點就是將電學方面的知識、信號處理方面的知識和光纖傳感方面的知識結合起來，設計了一個便于使用者操作的一個系統，使利用光纖光柵測溫更加直觀，測量精度更加精確。 畢業設計 /論文 29 致謝 通過這三個月來的忙碌和學習，本次畢業論文 設計已接近尾聲，作為一個大專生的畢業設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，在這里衷心感謝指導老師的督促指導，以及一起學習的同學們的支持，讓我按時完成了這次畢業設計。 感謝大學三年傳授我們專業知識的所有老師。謝謝你們嘔心瀝血的教導。還有謝謝我周圍的同窗朋友，他們給了我無數的關心和鼓勵，也讓我的大學生活充滿了溫暖和歡樂。如果沒有他們的幫助，此次畢業論文的完成將變得困難。他們在我設計中給了我許多寶貴的意見和建議。同時也要感謝自己遇到困難的時候沒有一蹶不振，取而代之的是找到了最好的方法來解決問題。最后， 感謝生我養我的父母。謝謝他們給了我無私的愛，為我求學所付出的巨大犧牲和努力。 畢業設計 /論文 30 參考文獻 1. 李川，張以謨等 .光纖光柵原理技術與傳感應用 .科學出版社， 20xx:12— 14 2. 賈宏志，李育林，忽滿利 .光纖光柵的制作方法 .激光技術， 20xx,25（ 1）： 2326 3. 廖延彪：光纖光學 .北京 .:清華大學出版社， 20xx 年 3 月 4. Cheng Guanghui,Liu Liying,Jia Hongzhi, Strain and Temperature Measurements with Fiber Brating Written in Novel HiBi Optical Fiber[J].IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,20xx,16(1): 221223 5. 張昕明，余有龍，朱勇 .光纖光柵傳感系統信號解調技術 [J].光電子技術與信息，20xx,15（ 4）： 1720 6. 李志全，蔡璐璐，高慶等 .基于光纖 Bragg光柵移位測量的研究 [J].應用光學， 20xx,25（ 6）： 2630 7. Reflectors in Optic fibers[j].Opt. Lett,1978,33(2):6668 8. 許儒泉 .新型光纖 Bragg 光柵解調系統研究 .武漢理工大學， 20xx,5:2324 9. 張興周 .Bragg 光纖光柵與光纖傳感技術 .光學技術 .1998；（ 4）： 1820 10. 苑立波 .光纖光柵原理與應用（一）光纖光柵原理 .桂林：光通信技術， 1998,22（ 1） :6978