面向高温环境的快速、远程光纤传输系统与硬件实现

发布时间：2017-12-10 10:09

  本文关键词：面向高温环境的快速、远程光纤传输系统与硬件实现

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【摘要】：在各种通信与传感领域,光纤传输技术已得到广泛应用。首先,光纤的低损耗和高带宽特性允许长距离与大容量传输；其次光纤传输还具有抗电磁干扰的优势。但常规的光纤传输系统(尤其是光收发模块)都是工作在常温或者低于85℃下,难于应用在一些高温环境中(诸如油田测井)。因此,本论文设计并完成了能够工作在110℃高温环境下的光纤传输系统,实现了2MHz上行带宽、2km远程传输的全双工通信。首先,确定本系统的总体设计：在主从机之间构建非对称结构的常温、高温光电收发模块组成的全双工光纤上下行链路,主机通过发送指令经下行光纤链路到达从机,从机采集对应的数据参数经上行链路回传至主机(其间非对称光电模块完成电光和光电转换),从而完成主从机之间的指令和数据交互。进而,按照模块和功能对系统方案的任务进行分解,分步实施：选择ARM Cortex-M4内核系列的STM32F407芯片作为主从机的MCU；进行PCB硬件及电路设计：根据高温二极管特性量身定做了一套驱动发光二极管与光电二极管放大电路,包括前置放大、主放大等设计；通过更改运放选型,改善放大电路,使得常温光电探测器的带宽提升至2MHz；最后是系统功能模块(摄像头、音频、温度模块)设计及芯片选型,以及外围电路设计。同时,也进行了软件开发：根据STM32系列特点和现有的嵌入式操作系统的特性,选择了μC/OS-Ⅱ作为操作系统；对主从机通信协议进行诠释定义,然后对各个模块软件任务给予分析,包括设计思路、开发流程,还涉及到相关文件及函数。最后,则是系统测试与调试情况,包括软硬件测试,主要通过对比不同传输条件下的基本通信和系统应用功能来验证本系统的可行性。测试结果显示：在2km距离下,低速温度及音频信号可在125℃环境下正常传输,而高速视频信号可在110℃环境下能够正常传输,从而保证整个光纤传输系统能够运行在110℃高温环境下。综上所述,所设计和实现的光纤传输系统,通过非对称常温、高温光收发模块、上/下行光纤链路作为信号传输通道,然后结合ARM Cortex-M4系列微控制器和μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统等硬件、软件,可满足高温环境下快速通信需求与应用,比如实时环境参数、音频信号、视频信息的采集和传输等。该系统及成果对于油田、煤矿开采等需要高可靠性、实时性、大容量的工业控制及应用具有重要参考价值。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.11

【参考文献】

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3 王金辉;;VxWorks嵌入式实时操作系统的原理和实现[J];无线电工程;2007年01期

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本文编号：1274068