功率电感:开关电源中的EMC技术应 4 开关电源产生干扰的原因 开关电源首先将工频交流整流为直流一体电感器制造商,再逆变为高频,最后经过整流滤波电路输出,得到稳定的直流电压,因此自身含有大量电感器生产厂家的谐波干扰。同时,由于功率电感
摘 要: 针对地震勘探的需求,设计了一种通用、可靠的长距离无线远程遥控爆炸系统。该系统基于FPGA+STM32架构,不仅效率高、功耗低、体积小,并具有很强的系统稳定性。系统收发电感器的作用是什么数据时,首先对数据进行卷积编码、Viterbi译码,能够有效地降低系统的误码率。利用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)作为主控制器,系统能够有效地处理数据,实现了远距离可靠引爆、控制和采集。
关键词: 无线传输;卷积编码;Viterbi译码;同步;FPGA
0 引言
随着无线通信技术的进步,在各个领域中对于无线触发和控制技术的需求在逐步提高。在某些特定领域,不能采用“检错-重传”机制[1],例如在陆地地震勘探工作中,无线控制下爆炸机的同插件电感步激发将直接关系到地层反射回波接收时刻的准确性和地震资料的质量,同时数据传输中的可靠性将不仅涉及炸药等物质的浪费,更涉及人身安全。
现有的无线触发控制系统中,往往使用单片机、DSP等作为遥控系统的控制单元。但是由于其自身工作特点,往往对于精确的定时控制以及并行处理能力上比FPGA弱。FPGA适用于时序、组合等各种逻辑电路的应用场合,其内部时钟延迟可达纳秒级,具有速度快、集成度高、可靠性高等优点[2]。
为此,本文基于FPGA设计了一种新型的无线触发控制系统,实现了数据的高可靠和同步传输。本文无线远程遥控爆炸系统主要由编码器、译码器、无线收发电台和高压起爆模块4部分组成。在对编码器、译码器同步校准后,对待发送数据进行卷积编码、Viterbi译码,并加入Barker码来实现帧的同步,并使用两条互为备份的数据传送通道同时发送数据。本文设计的无线触发采集系统,即使某一数据通道出现少量错码,系统仍能有效地恢复出数据,并进行可靠的数据传输。
1 无线远程遥控爆炸系统简介
无线远程遥控爆炸系统包括编码器、译码器(编码器、译码器硬件完全相同,只是配置逻辑不同)、高压起爆装置和无线通信电台,其主要功能是控制震源激发和控制数据采集的启动并保证震源激发和数据采集启动同步[3]。如图1所示,编码器作为采集系统与译码器之间的桥梁,进行发送、接收数据。译码器接收编码器发来的命令,控制高压起爆装置,并将采集数据发送至编码器。高压起爆装置在译码器控制下产生高压,引爆雷管。无线通信电台采用互为备份的双通道通信连接编码器和译码器。此系统无线传送速率主要取决于无线收发电台。目前系统近距离传输速率能达到48.59 Mb/s。
为了改进接收信号质量,本系统引入信道编码的方法来改善信道质量,具体如图2所示。发送端对数据进行组帧、并串转换、卷积编码、加入同步帧信息后,把数据发送至无线通信电台进行调制。接收端的无线通信电台对信号进行解调后发送数据至接收端的FPGA。接收端的FPGA检测到帧同步信息后对接下来的数据保存,并进行Viterbi译码。FPGA对双通道的数据进行冗余校验,并选择正确的数据执行相关操作。
2 系统硬件的实现
系统硬件部分包括两部分,一部分是编码器/译码器基本单元,另一部分是高压起爆单元。本文重点介绍编码器/译码器基本单元。如图3所示,编码器/译码器基本单元主要以FPGA为核心,FPGA选用Altera的EP4CGX30F23I7,主要用来完成对数据的编解码和对信号的控制。ADS1282为基于△-∑技术的32位高精度低功耗模数转换芯片,其主要功能是将检波器的模拟电平信号转换为数字信号,并将数据送至FPGA进行相关数据处理。DAC1282为TEXAS的一款全集成数模转换器,此转换器可提供低失真、数字合成电压输出,主要用来将数字信号转换为模拟信号并通过电缆发送至上位机。
STM32F407作为无线远程遥控爆炸系统板上的备用主控芯片,当FPGA不能正常工作时,随时可以替代FPGA让整个系统继续正常工作。STM32F407ZG系列是基于高性能的ARMCortexTM-M4F的32位RISC内核,工作频率高达168 MHz[4]。