專利名稱：基于dsp和arm9的雙核智能溫度監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于DSP和ARM9的雙核智能溫度監(jiān)測裝置，更具體地說是一種煤礦凍結(jié)法鑿井井壁溫度場遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
在煤礦凍結(jié)鑿井變頻、節(jié)能控制中，鹽水流量控制一直是鑿井控制的重中之重，如何有效地自動(dòng)調(diào)節(jié)鹽水流量，實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能控制是凍結(jié)法鑿井的主要技術(shù)難題。而有效的鹽水調(diào)控，必須以實(shí)時(shí)的井壁溫度場數(shù)據(jù)作為流量大小調(diào)節(jié)的判據(jù)。在現(xiàn)有的凍結(jié)法鑿井施工過程中，存在著兩方面的缺陷，一方面溫度測量裝置多采用單總線方式，其測溫距離短，傳遞速度慢，測量分布范圍窄，另一方面，對(duì)于溫度采集處理設(shè)備多采用傳統(tǒng)單片機(jī)控 制，其處理速度慢、精度低、網(wǎng)絡(luò)通信能力差，歷史查詢能力差等缺陷使其無法為凍結(jié)鑿井智能控制提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的溫度場數(shù)據(jù)。為此，必須對(duì)現(xiàn)有溫度采集和溫度場數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、監(jiān)控、歷史查詢技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)于光纖測溫技術(shù)，由于其具有測溫速度快、穩(wěn)定性、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以在許多領(lǐng)域已經(jīng)廣泛使用，如水庫的水溫測量、煤礦的瓦斯監(jiān)測均已運(yùn)用了分布式光纖傳感技術(shù)。在煤礦凍結(jié)鑿井施工過程中，由于鑿井施工的環(huán)境惡劣，光纖布設(shè)難度大，溫度參量配套監(jiān)測設(shè)備不齊備使得凍結(jié)鑿井溫度場遠(yuǎn)程智能監(jiān)測受到很大的局限，從而也嚴(yán)重影響了煤礦凍結(jié)法鑿井節(jié)能控制系統(tǒng)的實(shí)施。部分溫度場監(jiān)測系統(tǒng)主要采用高速的DSP芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)采集來的溫度參量進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，但由于DSP的主要核心是信號(hào)處理速度快，但相對(duì)來講其遠(yuǎn)程通信能力較弱，無法適應(yīng)溫度場遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要；現(xiàn)有部分監(jiān)控系統(tǒng)多采用ARM嵌入式系統(tǒng)作為下位機(jī)監(jiān)控終端，因?yàn)锳RM與各種現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)絡(luò)有著良好的通信接口，可編程通信能力強(qiáng)，但其與專業(yè)的數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP相比，在數(shù)據(jù)處理能力上相對(duì)較慢，因而又無法滿足實(shí)施要求高、數(shù)據(jù)量大的基于分布式光纖傳感的井壁測溫需求，為此將二者有效結(jié)合是實(shí)現(xiàn)溫度場數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)換、處理和快速遠(yuǎn)程通信的必然趨勢。隨著基于高速的DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和具有強(qiáng)大通信和觸屏顯示功能的ARM嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的不斷推進(jìn)，它易學(xué)、易用、結(jié)構(gòu)簡單、功能齊全、簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減小了系統(tǒng)規(guī)模，縮短設(shè)計(jì)周期，降低了生產(chǎn)設(shè)計(jì)成本，而且它還具有運(yùn)算速度快、功耗低、網(wǎng)絡(luò)通信方便的優(yōu)點(diǎn)，這也為溫度場數(shù)據(jù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持，為凍結(jié)鑿井節(jié)能控制提供了有力的溫度參考。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種基于DSP和ARM9的雙核智能溫度場監(jiān)測裝置，利用基于TMS320C6474 MCU的高速DSP芯片，利用高速的數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)了凍結(jié)井壁溫度場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集；利用快速的16位并行接口 HPI16實(shí)現(xiàn)DSP與ARM9嵌入式系統(tǒng)相連，將TMS320C6474實(shí)時(shí)處理后的溫度場數(shù)據(jù)通過HPI16傳遞給監(jiān)控平臺(tái)基于ARM9的嵌入式系統(tǒng)，完成DSP與ARM9的高速數(shù)據(jù)交換；另一方面，利用ARM9攜帶的以太網(wǎng)接入設(shè)備RTL8019，采用套接字技術(shù)實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)的嵌入式以太網(wǎng)連接，將溫度場數(shù)據(jù)源源不斷地上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)，利用其實(shí)現(xiàn)溫度場數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示和歷史查詢，以及曲線繪制。本實(shí)用新型解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案基于DSP和ARM9的雙核智能溫度監(jiān)測裝置，其特征在于包括有溫度傳感設(shè)備、DSP和ARM9嵌入式系統(tǒng)，所述的溫度傳感設(shè)備包括有多根傳感光纖，所述的DSP控制連接有一個(gè)激光源，DSP控制激光源分時(shí)向傳感光纖注入激光脈沖，傳感光纖回路反射回的后向瑞利散射光和后向反斯托克斯拉曼散射光被雙向光耦合器接收并耦合進(jìn)光纖的接收通道，雙向光耦合器的三路輸出通道外設(shè)有分光器，濾出后得到后向瑞利散射光和后向反斯托克斯散射光，分光器的后續(xù)光路上設(shè)有一個(gè)光電接收器，光電接收器分別將后向瑞利散射光和后向反斯托克斯散射光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，兩路電信號(hào)分別經(jīng)過濾波電路、放大電路濾波、放大 后接入DSP的A/D轉(zhuǎn)換通道，DSP內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，DSP將兩路數(shù)字信號(hào)融合處理后得到溫度信息，DSP按照固定的采樣間隔利用HPI16接口將溫度參量打包上傳給ARM9嵌入式系統(tǒng)，ARM9嵌入式系統(tǒng)利用基于TCP/IP的SOCKET通信接口將溫度參量上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)。所述的傳感光纖的纖芯為9/125um的單模石英光纖，采用每孔雙芯而且每芯首尾相連方式布設(shè)到礦井井壁測溫孔內(nèi)。所述的HPI16接口是將DSP作為HPI16從方，ARM9嵌入式系統(tǒng)作為HPI主方，主方可以通過HPI訪問DSP，分時(shí)獲取DSP處理后的溫度參數(shù)。所述的DSP采用TMS320C6474 MCU的高速數(shù)字信號(hào)處理芯片。所述的ARM9嵌入式系統(tǒng)采用基于ARM9T20內(nèi)核的S3C2440作為主控芯片。所述的ARM9嵌入式系統(tǒng)自身攜帶有以太網(wǎng)接入設(shè)備RTL8019，利用RTL8019實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)的服務(wù)器的通信連接。本實(shí)用新型的有益效果為I、本實(shí)用新型以DSP數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)構(gòu)建井壁溫度實(shí)時(shí)采集處理裝置，利用DSP的高效的運(yùn)算處理能力降低了溫度采集實(shí)時(shí)處理算法的耗時(shí)問題，提高了實(shí)時(shí)溫度控制系統(tǒng)的運(yùn)算速度和精度，利用HPI16實(shí)現(xiàn)了雙核系統(tǒng)的高速交互，完成了溫度數(shù)據(jù)的采集處理到溫度數(shù)據(jù)的監(jiān)控轉(zhuǎn)換，利用ARM9嵌入式系統(tǒng)多進(jìn)程、遠(yuǎn)程通信能力強(qiáng)等性能提高了溫度場數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控的可操作性，性能明顯優(yōu)于常規(guī)單核處理系統(tǒng)；提高了溫度場的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控水平，可隨時(shí)查詢實(shí)時(shí)溫度，實(shí)時(shí)調(diào)整鹽水供給。2、本實(shí)用新型系統(tǒng)采用模塊化、單元化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)連線直觀簡便，系統(tǒng)的安裝、調(diào)試與維護(hù)變得極為簡便，通過編程控制可以實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)控、溫度場數(shù)據(jù)查詢和歷史曲線的繪制。

圖I為本實(shí)用新型的原理框圖。圖2為本實(shí)用新型的DSP與ARM9的雙核HPI通信原理框圖。圖3為本實(shí)用新型ARM9本地監(jiān)視和以太遠(yuǎn)程監(jiān)控原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，基于DSP和ARM9的雙核智能溫度監(jiān)測裝置，其特征在于包括有溫度傳感設(shè)備、DSPl和ARM9嵌入式系統(tǒng)2，溫度傳感設(shè)備包括有多根傳感光纖3，DSPl控制連接有一個(gè)激光源4，DSPl控制激光源4分時(shí)向傳感光纖3注入激光脈沖，傳感光纖3回路反射回的后向瑞利散射光6和后向反斯托克斯拉曼散射光7被雙向光耦合器12接收并耦合進(jìn)光纖的接收通道，雙向光耦合器12的三路輸出通道外設(shè)有分光器5，濾出后得到后向瑞利散射光6和后向反斯托克斯散射光7,分光器5的后續(xù)光路上設(shè)有一個(gè)光電接收器8,光電接收器8分別將后向瑞利散射光6和后向反斯托克斯散射光7轉(zhuǎn)換為電信號(hào),兩路電信號(hào)分別經(jīng)過濾波電路9、放大電路10濾波、放大后接入DSPl的A/D轉(zhuǎn)換通道，DSPl內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，DSPl將兩路數(shù)字信號(hào)融合處理后得到溫度信息，DSPl按照固定的采樣間隔利用HPI16接口將溫度參量打包上傳給ARM9嵌入式系統(tǒng)2，ARM9嵌入式系統(tǒng)2利用基于TCP/IP的SOCKET通信接口將溫度參量上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)11，完 成溫度參量的遠(yuǎn)程監(jiān)控。傳感光纖3 的纖芯為 9/125um,,數(shù)值孔徑(Numerical Aperture (N. A·))在 O. 27到O. 28之間，在1550nm附近的傳輸損耗為O. 3^0. 5dB/km，采用每孔雙芯而且每芯首尾相連方式布設(shè)到礦井井壁測溫孔內(nèi)。HPI16接口是將DSP作為HPI16從方，ARM9嵌入式系統(tǒng)2作為HPI主方，主方可以通過HPI訪問DSP，分時(shí)獲取DSP處理后的溫度參數(shù)。DSP采用TMS320C6474 MCU的高速數(shù)字信號(hào)處理芯片。ARM9嵌入式系統(tǒng)2采用基于ARM9T20內(nèi)核的S3C2440作為主控芯片。ARM9嵌入式系統(tǒng)2自身攜帶有以太網(wǎng)接入設(shè)備RTL8019，利用RTL8019實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)的服務(wù)器的通信連接。具體歸納為以下幾點(diǎn)I)首先現(xiàn)場調(diào)研，分析總結(jié)凍結(jié)鑿井的井壁溫度測量和施工特點(diǎn)，有效實(shí)現(xiàn)分布式光纖的布設(shè)，利用光纖測溫裝置、A/D轉(zhuǎn)換芯片、DSP高速處理芯片完成溫度場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理；2)利用16位并行接口 HPI16建立起DSP和ARM9嵌入式系統(tǒng)之間的并行傳輸通道，主設(shè)備ARM9利用查詢方式獲取DSP實(shí)時(shí)處理的溫度場數(shù)據(jù)，利用液晶模塊顯示相應(yīng)深度溫度 η息；3)利用嵌入式Ethernet技術(shù)將監(jiān)測終端ARM9接入以太網(wǎng)，采用套接字技術(shù)與監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，完成溫度場數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，在監(jiān)控主機(jī)端實(shí)現(xiàn)井壁溫度場的遠(yuǎn)程監(jiān)測。如圖2所示，S3C2440的兩根地址線A3和A2接TMS320C6474的HPI 口的HCNTLl和HCNTLl,以實(shí)現(xiàn)ARM9對(duì)HPI 口 3個(gè)寄存器的訪問。S3C2440用A4代替讀寫選通信號(hào)連接HPI口的HR/W。S3C2410片選信號(hào)CSl接到HPI片選HCS上，將DSP的HPI接口作為外部物理地址映射到S3C2440相應(yīng)的內(nèi)核空間，位于外部I/O接口 BANKl地址0x0800000(T0x0FFFFFFF上，利用定時(shí)方式實(shí)現(xiàn)S3C2440對(duì)HPI各寄存器的定時(shí)訪問，從而實(shí)時(shí)獲取DSP采集來的實(shí)時(shí)溫度 η息。圖3所示為本實(shí)用新型ARM9本地監(jiān)視和以太遠(yuǎn)程監(jiān)控原理框圖。利用基于ARM9的S3C2440芯片，一方面可以實(shí)現(xiàn)將并行接口 HPI獲取的實(shí)時(shí)溫度場信息通過IXD模塊顯示，供現(xiàn)場人員監(jiān)控井壁溫度場信息，以便為施工人員提供準(zhǔn)確可靠的操控參考；另一方面，利用RTL8019網(wǎng)絡(luò)接口芯片，利用套接字方式實(shí)現(xiàn)與管理層網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控主機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn) 井壁溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)控顯示，不同時(shí)間、不同深度、位置的溫度參量的信息存儲(chǔ)，歷史曲線的繪制，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)井壁溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)測。
權(quán)利要求1.一種基于DSP和ARM9的雙核智能溫度監(jiān)測裝置，其特征在于包括有溫度傳感設(shè)備、DSP和ARM9嵌入式系統(tǒng)，所述的溫度傳感設(shè)備包括有多根傳感光纖，所述的DSP控制連接有一個(gè)激光源，DSP控制激光源分時(shí)向傳感光纖注入激光脈沖，傳感光纖回路反射回的后向瑞利散射光和后向反斯托克斯拉曼散射光被雙向光耦合器接收并耦合進(jìn)光纖的接收通道，雙向光耦合器的三路輸出通道外設(shè)有分光器，濾出后得到后向瑞利散射光和后向反斯托克斯散射光，分光器的后續(xù)光路上設(shè)有一個(gè)光電接收器，光電接收器分別將后向瑞利散射光和后向反斯托克斯散射光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，兩路電信號(hào)分別經(jīng)過濾波電路、放大電路濾波、放大后接入DSP的A/D轉(zhuǎn)換通道，DSP內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，DSP將兩路數(shù)字信號(hào)融合處理后得到溫度信息，DSP按照固定的采樣間隔利用HPI16接口將溫度參量打包上傳給ARM9嵌入式系統(tǒng)，ARM9嵌入式系統(tǒng)利用基于TCP/IP的SOCKET通信接口將溫度參量上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于DSP和ARM9的雙核智能溫度監(jiān)測裝置，其特征在于所述的傳感光纖的纖芯為9/125um的單模石英光纖，采用每孔雙芯而且每芯首尾相連方式布設(shè)到礦井井壁測溫孔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于DSP和ARM9的雙核智能溫度監(jiān)測裝置，其特征在于所述的HPI16接口是將DSP作為HPI16從方，ARM9嵌入式系統(tǒng)作為HPI主方，主方可以通過HPI訪問DSP，分時(shí)獲取DSP處理后的溫度參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于DSP和ARM9的雙核智能溫度監(jiān)測裝置，其特征在于所述的DSP采用TMS320C6474 MCU的高速數(shù)字信號(hào)處理芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于DSP和ARM9的雙核智能溫度監(jiān)測裝置，其特征在于所述的ARM9嵌入式系統(tǒng)采用基于ARM9T20內(nèi)核的S3C2440作為主控芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于DSP和ARM9的雙核智能溫度監(jiān)測裝置，其特征在于所述的ARM9嵌入式系統(tǒng)自身攜帶有以太網(wǎng)接入設(shè)備RTL8019，利用RTL8019實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)的服務(wù)器的通信連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于DSP和ARM9的雙核智能溫度監(jiān)測裝置，包括有溫度傳感設(shè)備、DSP和ARM9嵌入式系統(tǒng)，溫度傳感設(shè)備包括有多根傳感光纖，DSP控制連接有一個(gè)激光源，利用DSP高速處理芯片完成溫度場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理，利用16位并行接口HPI16建立起DSP和ARM9嵌入式系統(tǒng)之間的并行傳輸通道，利用嵌入式Ethernet技術(shù)將監(jiān)測終端ARM9接入以太網(wǎng)，采用套接字技術(shù)與遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，完成溫度場數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，在監(jiān)控主機(jī)端實(shí)現(xiàn)井壁溫度場的遠(yuǎn)程監(jiān)測。本實(shí)用新型使系統(tǒng)連線直觀簡便，系統(tǒng)的安裝、調(diào)試與維護(hù)變得極為簡便，通過編程控制可以實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)控、溫度場數(shù)據(jù)查詢和歷史曲線的繪制。
文檔編號(hào)G05B19/042GK202631154SQ201220238848
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者洪炎, 蘇靜明 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)