专利名称：基于dsp和arm9的双核智能温度监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于DSP和ARM9的双核智能温度监测装置，更具体地说是一种煤矿冻结法凿井井壁温度场远程监控装置。
背景技术：
在煤矿冻结凿井变频、节能控制中，盐水流量控制一直是凿井控制的重中之重，如何有效地自动调节盐水流量，实现变频节能控制是冻结法凿井的主要技术难题。而有效的盐水调控，必须以实时的井壁温度场数据作为流量大小调节的判据。在现有的冻结法凿井施工过程中，存在着两方面的缺陷，一方面温度测量装置多采用单总线方式，其测温距离短，传递速度慢，测量分布范围窄，另一方面，对于温度采集处理设备多采用传统单片机控 制，其处理速度慢、精度低、网络通信能力差，历史查询能力差等缺陷使其无法为冻结凿井智能控制提供实时准确的温度场数据。为此，必须对现有温度采集和温度场数据存储、监控、历史查询技术进行改进。对于光纤测温技术，由于其具有测温速度快、稳定性、可靠性高等优点，所以在许多领域已经广泛使用，如水库的水温测量、煤矿的瓦斯监测均已运用了分布式光纤传感技术。在煤矿冻结凿井施工过程中，由于凿井施工的环境恶劣，光纤布设难度大，温度参量配套监测设备不齐备使得冻结凿井温度场远程智能监测受到很大的局限，从而也严重影响了煤矿冻结法凿井节能控制系统的实施。部分温度场监测系统主要采用高速的DSP芯片实现对采集来的温度参量进行实时处理，但由于DSP的主要核心是信号处理速度快，但相对来讲其远程通信能力较弱，无法适应温度场远程监控的需要；现有部分监控系统多采用ARM嵌入式系统作为下位机监控终端，因为ARM与各种现场总线网络和以太网络有着良好的通信接口，可编程通信能力强，但其与专业的数字信号处理芯片DSP相比，在数据处理能力上相对较慢，因而又无法满足实施要求高、数据量大的基于分布式光纤传感的井壁测温需求，为此将二者有效结合是实现温度场数据的高速转换、处理和快速远程通信的必然趋势。随着基于高速的DSP数字信号处理技术和具有强大通信和触屏显示功能的ARM嵌入式系统技术的不断推进，它易学、易用、结构简单、功能齐全、简化了系统设计，减小了系统规模，缩短设计周期，降低了生产设计成本，而且它还具有运算速度快、功耗低、网络通信方便的优点，这也为温度场数据的智能监控系统的硬件设计提供了技术支持，为冻结凿井节能控制提供了有力的温度参考。
实用新型内容本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于DSP和ARM9的双核智能温度场监测装置，利用基于TMS320C6474 MCU的高速DSP芯片，利用高速的数据采集模块实现了冻结井壁温度场数据的实时采集；利用快速的16位并行接口 HPI16实现DSP与ARM9嵌入式系统相连，将TMS320C6474实时处理后的温度场数据通过HPI16传递给监控平台基于ARM9的嵌入式系统，完成DSP与ARM9的高速数据交换；另一方面，利用ARM9携带的以太网接入设备RTL8019，采用套接字技术实现与远程监控主机的嵌入式以太网连接，将温度场数据源源不断地上传到远程监控主机，利用其实现温度场数据的存储、显示和历史查询，以及曲线绘制。本实用新型解决技术问题采用如下技术方案基于DSP和ARM9的双核智能温度监测装置，其特征在于包括有温度传感设备、DSP和ARM9嵌入式系统，所述的温度传感设备包括有多根传感光纤，所述的DSP控制连接有一个激光源，DSP控制激光源分时向传感光纤注入激光脉冲，传感光纤回路反射回的后向瑞利散射光和后向反斯托克斯拉曼散射光被双向光耦合器接收并耦合进光纤的接收通道，双向光耦合器的三路输出通道外设有分光器，滤出后得到后向瑞利散射光和后向反斯托克斯散射光，分光器的后续光路上设有一个光电接收器，光电接收器分别将后向瑞利散射光和后向反斯托克斯散射光转换为电信号，两路电信号分别经过滤波电路、放大电路滤波、放大 后接入DSP的A/D转换通道，DSP内置的A/D转换模块将模拟信号转化为数字信号，DSP将两路数字信号融合处理后得到温度信息，DSP按照固定的采样间隔利用HPI16接口将温度参量打包上传给ARM9嵌入式系统，ARM9嵌入式系统利用基于TCP/IP的SOCKET通信接口将温度参量上传至远程监控主机。所述的传感光纤的纤芯为9/125um的单模石英光纤，采用每孔双芯而且每芯首尾相连方式布设到矿井井壁测温孔内。所述的HPI16接口是将DSP作为HPI16从方，ARM9嵌入式系统作为HPI主方，主方可以通过HPI访问DSP，分时获取DSP处理后的温度参数。所述的DSP采用TMS320C6474 MCU的高速数字信号处理芯片。所述的ARM9嵌入式系统采用基于ARM9T20内核的S3C2440作为主控芯片。所述的ARM9嵌入式系统自身携带有以太网接入设备RTL8019，利用RTL8019实现与远程监控主机的服务器的通信连接。本实用新型的有益效果为I、本实用新型以DSP数字信号处理系统构建井壁温度实时采集处理装置，利用DSP的高效的运算处理能力降低了温度采集实时处理算法的耗时问题，提高了实时温度控制系统的运算速度和精度，利用HPI16实现了双核系统的高速交互，完成了温度数据的采集处理到温度数据的监控转换，利用ARM9嵌入式系统多进程、远程通信能力强等性能提高了温度场数据远程监控的可操作性，性能明显优于常规单核处理系统；提高了温度场的远程智能监控水平，可随时查询实时温度，实时调整盐水供给。2、本实用新型系统采用模块化、单元化设计，使系统连线直观简便，系统的安装、调试与维护变得极为简便，通过编程控制可以实现温度监控、温度场数据查询和历史曲线的绘制。
图I为本实用新型的原理框图。图2为本实用新型的DSP与ARM9的双核HPI通信原理框图。图3为本实用新型ARM9本地监视和以太远程监控原理框图。
具体实施方式
如图I所示，基于DSP和ARM9的双核智能温度监测装置，其特征在于包括有温度传感设备、DSPl和ARM9嵌入式系统2，温度传感设备包括有多根传感光纤3，DSPl控制连接有一个激光源4，DSPl控制激光源4分时向传感光纤3注入激光脉冲，传感光纤3回路反射回的后向瑞利散射光6和后向反斯托克斯拉曼散射光7被双向光耦合器12接收并耦合进光纤的接收通道，双向光耦合器12的三路输出通道外设有分光器5，滤出后得到后向瑞利散射光6和后向反斯托克斯散射光7,分光器5的后续光路上设有一个光电接收器8,光电接收器8分别将后向瑞利散射光6和后向反斯托克斯散射光7转换为电信号,两路电信号分别经过滤波电路9、放大电路10滤波、放大后接入DSPl的A/D转换通道，DSPl内置的A/D转换模块将模拟信号转化为数字信号，DSPl将两路数字信号融合处理后得到温度信息，DSPl按照固定的采样间隔利用HPI16接口将温度参量打包上传给ARM9嵌入式系统2，ARM9嵌入式系统2利用基于TCP/IP的SOCKET通信接口将温度参量上传至远程监控主机11，完 成温度参量的远程监控。传感光纤3 的纤芯为 9/125um,,数值孔径(Numerical Aperture (N. A·))在 O. 27到O. 28之间，在1550nm附近的传输损耗为O. 3^0. 5dB/km，采用每孔双芯而且每芯首尾相连方式布设到矿井井壁测温孔内。HPI16接口是将DSP作为HPI16从方，ARM9嵌入式系统2作为HPI主方，主方可以通过HPI访问DSP，分时获取DSP处理后的温度参数。DSP采用TMS320C6474 MCU的高速数字信号处理芯片。ARM9嵌入式系统2采用基于ARM9T20内核的S3C2440作为主控芯片。ARM9嵌入式系统2自身携带有以太网接入设备RTL8019，利用RTL8019实现与远程监控主机的服务器的通信连接。具体归纳为以下几点I)首先现场调研，分析总结冻结凿井的井壁温度测量和施工特点，有效实现分布式光纤的布设，利用光纤测温装置、A/D转换芯片、DSP高速处理芯片完成温度场数据的实时采集和处理；2)利用16位并行接口 HPI16建立起DSP和ARM9嵌入式系统之间的并行传输通道，主设备ARM9利用查询方式获取DSP实时处理的温度场数据，利用液晶模块显示相应深度温度 η息；3)利用嵌入式Ethernet技术将监测终端ARM9接入以太网，采用套接字技术与监控主机实现远程通信，完成温度场数据的远程传输，在监控主机端实现井壁温度场的远程监测。如图2所示，S3C2440的两根地址线A3和A2接TMS320C6474的HPI 口的HCNTLl和HCNTLl,以实现ARM9对HPI 口 3个寄存器的访问。S3C2440用A4代替读写选通信号连接HPI口的HR/W。S3C2410片选信号CSl接到HPI片选HCS上，将DSP的HPI接口作为外部物理地址映射到S3C2440相应的内核空间，位于外部I/O接口 BANKl地址0x0800000(T0x0FFFFFFF上，利用定时方式实现S3C2440对HPI各寄存器的定时访问，从而实时获取DSP采集来的实时温度 η息。图3所示为本实用新型ARM9本地监视和以太远程监控原理框图。利用基于ARM9的S3C2440芯片，一方面可以实现将并行接口 HPI获取的实时温度场信息通过IXD模块显示，供现场人员监控井壁温度场信息，以便为施工人员提供准确可靠的操控参考；另一方面，利用RTL8019网络接口芯片，利用套接字方式实现与管理层网络监控主机的通信，实现 井壁温度的远程监控显示，不同时间、不同深度、位置的温度参量的信息存储，历史曲线的绘制，最终实现整个井壁温度的实时监控和远程监测。
权利要求1.一种基于DSP和ARM9的双核智能温度监测装置，其特征在于包括有温度传感设备、DSP和ARM9嵌入式系统，所述的温度传感设备包括有多根传感光纤，所述的DSP控制连接有一个激光源，DSP控制激光源分时向传感光纤注入激光脉冲，传感光纤回路反射回的后向瑞利散射光和后向反斯托克斯拉曼散射光被双向光耦合器接收并耦合进光纤的接收通道，双向光耦合器的三路输出通道外设有分光器，滤出后得到后向瑞利散射光和后向反斯托克斯散射光，分光器的后续光路上设有一个光电接收器，光电接收器分别将后向瑞利散射光和后向反斯托克斯散射光转换为电信号，两路电信号分别经过滤波电路、放大电路滤波、放大后接入DSP的A/D转换通道，DSP内置的A/D转换模块将模拟信号转化为数字信号，DSP将两路数字信号融合处理后得到温度信息，DSP按照固定的采样间隔利用HPI16接口将温度参量打包上传给ARM9嵌入式系统，ARM9嵌入式系统利用基于TCP/IP的SOCKET通信接口将温度参量上传至远程监控主机。
2.根据权利要求I所述的基于DSP和ARM9的双核智能温度监测装置，其特征在于所述的传感光纤的纤芯为9/125um的单模石英光纤，采用每孔双芯而且每芯首尾相连方式布设到矿井井壁测温孔内。
3.根据权利要求I所述的基于DSP和ARM9的双核智能温度监测装置，其特征在于所述的HPI16接口是将DSP作为HPI16从方，ARM9嵌入式系统作为HPI主方，主方可以通过HPI访问DSP，分时获取DSP处理后的温度参数。
4.根据权利要求I所述的基于DSP和ARM9的双核智能温度监测装置，其特征在于所述的DSP采用TMS320C6474 MCU的高速数字信号处理芯片。
5.根据权利要求I所述的基于DSP和ARM9的双核智能温度监测装置，其特征在于所述的ARM9嵌入式系统采用基于ARM9T20内核的S3C2440作为主控芯片。
6.根据权利要求I所述的基于DSP和ARM9的双核智能温度监测装置，其特征在于所述的ARM9嵌入式系统自身携带有以太网接入设备RTL8019，利用RTL8019实现与远程监控主机的服务器的通信连接。
专利摘要本实用新型公开了一种基于DSP和ARM9的双核智能温度监测装置，包括有温度传感设备、DSP和ARM9嵌入式系统，温度传感设备包括有多根传感光纤，DSP控制连接有一个激光源，利用DSP高速处理芯片完成温度场数据的实时采集和处理，利用16位并行接口HPI16建立起DSP和ARM9嵌入式系统之间的并行传输通道，利用嵌入式Ethernet技术将监测终端ARM9接入以太网，采用套接字技术与远程监控主机实现远程通信，完成温度场数据的远程传输，在监控主机端实现井壁温度场的远程监测。本实用新型使系统连线直观简便，系统的安装、调试与维护变得极为简便，通过编程控制可以实现温度监控、温度场数据查询和历史曲线的绘制。
文档编号G05B19/042GK202631154SQ201220238848
公开日2012年12月26日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者洪炎, 苏静明 申请人:安徽理工大学