來源：微計(jì)算機(jī)信息 作者：潘圣民 劉小寧 楊雷
摘要：在高電壓、強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中，采用光纖網(wǎng)絡(luò)是最理想的通訊手段。超導(dǎo)托克馬克聚變實(shí)驗(yàn)裝置的加速極電源系統(tǒng)，工作在高電壓、強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中，為了保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，必須對(duì)電源模塊的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。經(jīng)過軟、硬件設(shè)計(jì)，并制作硬件電路，通過調(diào)試，給出了系統(tǒng)在傳輸速度為115200bps時(shí)的數(shù)據(jù)采集波，證實(shí)了該方法的可行性。
關(guān)鍵字：DSP光纖數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)

1. 引言
中性束注入加速極電源是為國家大科學(xué)工程超導(dǎo)托克馬克聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）研制的一套高壓大功率脈沖電源。此電源采用Pulse Step Modulation[1]技術(shù)，用80個(gè)相同的1100v/100A輸出的電源模塊串聯(lián)而成（圖1），其額定輸出為：80kv/80A，最大脈寬1000s。由于該電源置于高壓、強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下，因此，必須對(duì)各電源模塊的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保該電源系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。通過對(duì)各種方案的比較，采用計(jì)算機(jī)RS232口和DSP(Digital Signal Processor，數(shù)字信號(hào)處理器)的RS232口通過光纖轉(zhuǎn)換器組建光纖網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，性價(jià)比高，易擴(kuò)充，抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1加速極電源框圖及電壓輸出波形
1. 光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
2.1光纖網(wǎng)絡(luò)硬件
該光纖數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)采用RS232總線的單主多從結(jié)構(gòu)，主站用PC機(jī)，從站用DSP，采用多模光纖連接，組建成總線型的光纖網(wǎng)。光纖轉(zhuǎn)換器是自己制作的1分2轉(zhuǎn)換器，把計(jì)算機(jī)的RS232口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。DSP采用TI公司的LF2407A。
該光纖網(wǎng)絡(luò)包括：主站計(jì)算機(jī)、單路光纖轉(zhuǎn)換器、1分8光纖轉(zhuǎn)換器和DSP組成。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見（圖2）。


圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D
DSP硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括：A/D轉(zhuǎn)換部分、SCI接口、I/O口等如圖3所示。DSP需要實(shí)現(xiàn)的功能有,對(duì)電源模塊8個(gè)開關(guān)量狀態(tài)的監(jiān)控;對(duì)電源模塊輸入端電壓的監(jiān)測,以決定是否可以閉合IGBT;控制IGBT、CKJ的分合；與主站計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。


圖3 DSP硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.2光纖網(wǎng)絡(luò)軟件
主站采用LabVIEW編寫的Windows系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集界面[2](圖4)，簡單易用。可以根據(jù)需要設(shè)定不同的參數(shù)。從站采用TI公司針對(duì)TMS320C2XX開發(fā)的一套集成開發(fā)環(huán)境CC（CODE COMPOSE）[3]。CC采用圖形接口，提供編輯指令、參數(shù)修改工具，能對(duì)TMS320C2000系列DSP進(jìn)行指令級(jí)的仿真和進(jìn)行可視化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，可大大提高開發(fā)者的工作效率，縮短系統(tǒng)開發(fā)周期。
DSP多處理器通訊有兩種方法：空閑線模式和地址位模式[4]。由于地址位模式在高發(fā)送速度下，程序速度不足以避免在傳輸流中的一個(gè)10bit的空閑，且空閑線模式與RS232通訊兼容，因此該光纖網(wǎng)絡(luò)采用空閑線通訊模式。


圖4 數(shù)據(jù)采集界面
主站通過COM1口與從站通訊，用軟件中斷的方法接收從站上傳的信息。主站接收與發(fā)送的數(shù)據(jù)都是NRZ（非歸零）格式，NRZ的格式包括以下組成部分：一個(gè)起始位、1~8個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)奇偶校驗(yàn)位（可選）、1或2個(gè)停止位。
從站接收到一幀數(shù)據(jù)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷，并判斷是否與自己的虛擬地址一致。主站與從站的設(shè)定如下：從站虛擬地址從01到80，當(dāng)從站接收到的數(shù)據(jù)與自己的地址一致時(shí)，發(fā)送信息給主站，否則處于等待接收狀態(tài)(圖5)，各從站之間不通訊，同一時(shí)刻只有一個(gè)從站發(fā)送信息給主站。

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圖5程序流程圖
3.模擬調(diào)試
用一臺(tái)PC機(jī)，2塊自己設(shè)計(jì)制作的DSP開發(fā)板，1分2光纖轉(zhuǎn)換器組建了一個(gè)光纖網(wǎng)（圖6），對(duì)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬調(diào)試。測試儀器采用泰克公司的TDS 3032B示波器。用PC機(jī)COM1通訊口的3號(hào)引腳的第一個(gè)上升沿為觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)電平為5V。通訊時(shí)間測試過程如下：COM1通訊口3號(hào)引腳發(fā)送數(shù)據(jù)的第一個(gè)上升沿作為起始時(shí)間，到2號(hào)引腳接收到從站上傳數(shù)據(jù)的第一個(gè)上升沿為止，這個(gè)時(shí)間即為主站與從站一次通訊的時(shí)間。經(jīng)多次測試，通訊沒出現(xiàn)錯(cuò)誤，一次通訊時(shí)間為560us（圖7），波動(dòng)在20us以內(nèi)，數(shù)據(jù)的傳輸速度設(shè)定為115200bps。
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