導(dǎo)語：船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:設(shè)計多通道的船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提高船舶數(shù)據(jù)的實(shí)時采集和信息處理能力，提出基于DSP技術(shù)的船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用聲吶傳感器進(jìn)行船舶的聲信息、振動數(shù)據(jù)以及混響數(shù)據(jù)采集，采用TMS320C50DSP芯片作為船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心處理芯片，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括傳感器模塊、濾波模塊、信號檢波模塊以及PCI總線傳輸模塊，在集成開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件模塊化設(shè)計。最后進(jìn)行系統(tǒng)測試，本文設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的增益放大倍數(shù)為12dB，數(shù)據(jù)采集的時鐘頻率為33MHz，總線傳輸速率可達(dá)到264MB/s，性能指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)越。

關(guān)鍵詞：DSP；高速信號處理；船舶數(shù)據(jù)采集；系統(tǒng)設(shè)計

船舶數(shù)據(jù)采集是通過傳感器等敏感元件對船舶的環(huán)境信息、自身信息以及海洋周邊信息進(jìn)行采集和信息處理的集成系統(tǒng)，船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的船舶數(shù)據(jù)主要包括船舶的振動噪聲數(shù)據(jù)、機(jī)械數(shù)據(jù)、電機(jī)數(shù)據(jù)、海洋混響數(shù)據(jù)以及目標(biāo)聲吶數(shù)據(jù)等，通過對船舶數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確實(shí)時采集，實(shí)現(xiàn)對船舶的運(yùn)行工況和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，提高船舶的穩(wěn)定運(yùn)行能力。同時，進(jìn)行船舶數(shù)據(jù)的優(yōu)化采集，在船舶目標(biāo)識別、水下探測識別、船舶故障診斷以及船舶工況評估等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用價值[1]。隨著高速信號處理芯片的運(yùn)用和發(fā)展，采用集成的DSP芯片進(jìn)行船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計具有可行性，DSP是專門用于信號處理的微處理器，通過敏感傳感器進(jìn)行船舶數(shù)據(jù)的原始信息采樣，對采樣的船舶數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)濾波和信息融合處理，利用DSP芯片進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)船舶采集數(shù)據(jù)的信號分析和濾波檢測，提高船舶數(shù)據(jù)的集成分析和處理能力[2]，本文提出基于DSP技術(shù)的船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案，采用TMS320C50DSP芯片作為船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心處理芯片，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括傳感器模塊、濾波模塊、信號檢波模塊以及PCI總線傳輸模塊，首先進(jìn)行系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計構(gòu)架，然后進(jìn)行船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能模塊化設(shè)計，最后進(jìn)行實(shí)驗分析，展示了本文方法在提高船舶數(shù)據(jù)采集能力方面的優(yōu)越性。

1系統(tǒng)總體設(shè)計構(gòu)架

1.1系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)及器件選擇。本文設(shè)計的船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)船舶回波檢測、水聲測量和信號濾波檢測功能，采集的船舶數(shù)據(jù)主要包括船舶的噪聲信息、振動數(shù)據(jù)以及混響數(shù)據(jù)，系統(tǒng)具有信號檢波濾波和頻譜分析功能，在船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計中，數(shù)據(jù)采集與信號處理系統(tǒng)設(shè)計是船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，在DSP中對接收的船舶數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT處理，分析船舶數(shù)據(jù)的頻譜信息，在原始數(shù)據(jù)采集中，采用水聲換能器基陣組成船舶傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器基陣采用均勻線列陣布置，傳感器分為振動傳感器、聲傳感器和壓電磁場傳感器，船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用前向和后向雙通道數(shù)據(jù)采集模式設(shè)計，最后通過PCI集成總線進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)傳輸和物理信息轉(zhuǎn)換，提高船舶數(shù)據(jù)的集成處理能力[3]。1.2系統(tǒng)總體設(shè)計構(gòu)架及功能模塊組成。本文設(shè)計的船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為3個主要模塊，分別為傳感器控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、船舶數(shù)據(jù)是輸出模塊，根據(jù)上述技術(shù)指標(biāo)和功能結(jié)構(gòu)分析，得到本文設(shè)計的船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和模塊組成如圖1所示。根據(jù)上述總體設(shè)計構(gòu)架，得出本文設(shè)計的船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能模塊主要包括傳感器模塊、濾波模塊、信號檢波模塊以及PCI總線傳輸模塊[4]。根據(jù)上述功能分析，得到本文設(shè)計的船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能模塊組成如圖2所示。

2系統(tǒng)硬件模塊化開發(fā)設(shè)計

本文設(shè)計的基于DSP技術(shù)的船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以TMS320C50DSP芯片作為船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心處理芯片[5]，在集成開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件模塊化設(shè)計，其中DSP信號處理器對船舶傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行合理采樣，設(shè)定合理的采樣率，本文設(shè)計的船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件模塊主要包括傳感器模塊、濾波模塊、信號檢波模塊以及PCI總線傳輸模塊，對各個功能模塊組件的硬件設(shè)計具體描述如下：1）傳感器模塊。傳感器模塊采用傳感器基陣接收船舶及周圍環(huán)境產(chǎn)生的噪聲信號和振動信號，并通過信號處理器進(jìn)行檢測和頻譜分析，通過PCI總線將采集的傳感器信息輸入到信號檢波器中進(jìn)行包絡(luò)放大和數(shù)據(jù)濾波處理，傳感器的輸出電壓信號在0～4.55V之間，寬帶阻抗匹配濾波增益為12dB，數(shù)據(jù)采集基陣的傳送率可達(dá)132MB/s，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率通過ISA,EISA及MCA總線實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，傳感器模塊的PCI9054LOCAL總線支持主模式（DirectMaster）和從模式（DirectSlave）的2種數(shù)據(jù)采集協(xié)議。2）濾波模塊。濾波模塊是船舶數(shù)據(jù)采集的噪聲濾波功能，由Mux101多路ADSP21160處理器對船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的濾波電路進(jìn)行單周期控制，采用自適應(yīng)均衡處理方法進(jìn)行船舶數(shù)據(jù)輸出通道的自適應(yīng)均衡處理，考慮到輸入信號的倍頻特征，在濾波器的末端加入阻抗電容進(jìn)行信號增益控制，使用一個5階開關(guān)電容低通濾波器進(jìn)行級聯(lián)濾波，用DSP控制PPI_CLK周期，降低電路之間的相互干擾。4）信號檢波模塊。信號檢波模塊采用通用PPI模式進(jìn)行船舶數(shù)據(jù)采集后的信號檢波和增益放大處理，采用DSP作為信號處理器進(jìn)行集成信號處理，采用并行外設(shè)接口（PPI）進(jìn)行交流耦合處理，實(shí)現(xiàn)信號檢波和時序邏輯控制，信號檢波模塊的電路設(shè)計如圖3所示。5）PCI總線傳輸模塊。PCI總線傳輸模塊利用PCI建立船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的橋接芯片，在每個功能模塊中進(jìn)行多通道的船舶數(shù)采集，船舶數(shù)據(jù)采樣的總線時鐘由CLKBUF給出，采用CAN總線驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)1.15～5.5V電平的自由轉(zhuǎn)換，得到船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總線傳輸模塊電路設(shè)計如圖4所示。根據(jù)上述設(shè)計，在PCB中進(jìn)行船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的集成開發(fā)設(shè)計。

3仿真實(shí)驗與結(jié)果分析

為了測試本文方法在實(shí)現(xiàn)船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)船舶數(shù)據(jù)優(yōu)化采集的性能，進(jìn)行仿真實(shí)驗，對船舶數(shù)據(jù)采集的實(shí)驗平臺建立在VisualDSP++開發(fā)環(huán)境基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)采集的初始采樣頻率設(shè)定為200kHz，采樣時間間隔為12ms，船舶數(shù)據(jù)采樣時長為1024，數(shù)據(jù)采樣轉(zhuǎn)換脈沖頻譜增益為24dB，得到數(shù)據(jù)采集輸出如圖5所示，分析可知，采用本文方法進(jìn)行船舶數(shù)據(jù)采集，接收信號具有較高的頻譜增益，輸出信噪比較高，測試結(jié)果表明，本文方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集增益放大倍數(shù)為12dB，數(shù)據(jù)采集的時鐘頻率為33MHz，總線傳輸速率可達(dá)到264MB/s，具有卓越的指標(biāo)性能表現(xiàn)。

4結(jié)　語

通過對船舶數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確實(shí)時采集，實(shí)現(xiàn)對船舶的運(yùn)行工況和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，提高船舶的穩(wěn)定運(yùn)行能力。本文提出基于DSP技術(shù)的船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案，采用TMS320C50DSP芯片作為船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心處理芯片，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括傳感器模塊、濾波模塊、信號檢波模塊以及PCI總線傳輸模塊。對船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計，研究表明，本文設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能準(zhǔn)確采集船舶數(shù)據(jù)，輸出信噪比較高，抗干擾能力較強(qiáng)。

作者:李欣 單位:南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院