一種基于DSP的光纖監控網絡系統方案

　　中性束注入加速極電源是為國家大科學工程超導托克馬克聚變實驗裝置（EAST）研制的一套高壓大功率脈沖電源。此電源采用PulseStepModulation技術，用80個相同的1100v/100A輸出的電源模塊串聯而成，其額定輸出為：80kv/80A，最大脈寬1000s。由于該電源置于高壓、強電磁干擾環境下，因此，為保證該電源系統的安全和穩定，須對各電源模塊的狀態進行實時監控。通過對各種方案的比較，采用計算機RS232口和DSP（DigitalSignalProcessor，數字信號處理器）的RS232口通過光纖轉換器組建光纖環網。整個系統具有結構簡單，性價比高，易擴充等優點。

1 光纖網絡結構

　　1.1 光纖網絡硬件

　　該光纖監控網絡采用RS485總線的單主多從結構，主站用PC機，從站用DSP，采用多模光纖連接，組建成帶雙環自愈功能的光纖環網。帶雙環自愈功能光纖環網的優點是：當網絡上某個節點的光纖轉換器出現故障時，其它節點仍能正常通訊。光纖轉換器采用武漢邁威公司生產的MWF5100P，它把RS232信號轉換成統一的光信號傳輸。DSP采用TI公司的TMS320LF2407A。

　　主站串口COM1與各從站通訊，主站發出信號，從站經過判斷決定是否要發送數據給主控計算機。當遇到故障時主站可以發出信號使所有的電源模塊復位。網絡拓撲結構見（圖1）。

　　1.2 光纖網絡軟件

　　主站采用MSCOMM控件編寫的WINDOWS系統的通訊界面，簡單易用。可以根據需要設定不同的參數。從站采用TI公司針對TMS320C2XX開發的一套集成開發環境CC（CODECOMPOSE）。CC采用圖形接口，提供編輯指令、參數修改工具，能對TMS320C2000系列DSP進行指令級的仿真和進行可視化的實時數據分析，可大大提高開發者的工作效率，縮短應用系統開發周期。

　　DSP多處理器通訊有兩種方法：空閑線模式和地址位模式。由于地址位模式在高的發送速度下，程序速度不足以避免在傳輸流中的一個10bit的空閑，且空閑線模式與RS232通訊兼容，因此該光纖網絡采用空閑線通訊模式。

　　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。主站不管是接收還是發送的數據都是NRZ（非歸零）格式的。NRZ的格式包括以下組成部分：一個起始位、1~8個數據位，一個奇偶校驗位（可選）、1或2個停止位。

　　從站接收到一幀數據時，產生一個中斷，并判斷是否與自己的虛擬地址一致。主站與從站的設定如下：從站虛擬地址從01到80，當從站接收到的數據與自己的地址一致時，發送信息給主站，否則處于等待接收狀態（圖2），各從站之間不通訊，同一時刻只有一個從站發送信息給主站。DSP有一個RS232通訊口，程序通過接收中斷、發送中斷，接收指令和發送指令進行通訊。

　　從站能夠通過程序設定波特率、奇偶校驗位和數據位長度等通訊參數。

2 模擬調試

　　用一臺PC機，2塊合眾達公司的SEED—DSK2407評估板，3個光纖轉換器和多模跳線組建了一個光纖環網，對通訊時間進行了測試。測試儀器是泰克公司的TDS3032B示波器。用PC機COM1通訊口的3號引腳的第一個上升沿為觸發信號，觸發電平為5V。通訊時間測試過程如下：

　　COM1通訊口3號引腳發送數據的第一個上升沿作為起始時間，到2號引腳接收到從站上傳數據的第一個上升沿為止，這個時間即為主站與從站一次通訊的時間。經多次測試，通訊沒出現錯誤，一次通訊時間為560us（圖3），波動在20us以內，數據的傳輸速度設定為9600bps。

　　圖3通訊時間波形圖（1為發送，4為接收）復位信號時間的測量如下：采用PC機COM1口的3號引腳的第一個上升沿為起始時間（觸發電平5V），到從站IOPF0引腳產生的第一個下降沿為止，這個時間即為從站復位的時間。經多次測量，平均復位時間為3.24ms左右（圖4），波動在80us以內。

　　圖4復位信號時間（1為主站發出信號，4為復位信號）經在9600bps，38400bps，115200bps三個不同傳輸速率下的測量，在程序調試成功的情況下，主站與從站之間的通訊一次就能建立，通訊不出現誤碼。之所以出現時間上的波動，是因為數據傳輸的路徑和測量誤差決定的。

　　光纖轉換器的轉換延時測試，由COM1通訊口的3號引腳觸發信號，兩塊DSP的RS232口接收信號。測試結果是：經過一個光纖轉換器延時為500ns。在以后實際的光纖網絡中接80個光纖轉換器，采用雙環自愈方式的光纖環網，最長的一次通訊延時要經過40個光纖轉換器，傳輸延時是20us，與一次通訊時間560us相比可以忽略。又因為采用的是異步串口通訊，所以20us的延時對網絡通訊的影響很小，從監控角度考慮可以忽略。

3 結語

　　通過對多次測試結果的分析，監控系統的主站與其中一個從站通訊的平均時間為42.3ms（從站發送31個字符）。在測試過程中沒有出現通訊故障，該光纖網絡滿足設計指標。與目前我們使用的基于PLC的光纖監控網絡相比，可靠性更高，成本大約節省了十幾萬。我們開發的這套光纖網絡也適用于其它高電壓隔離、強電磁干擾環境下的監控系統。