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摘要:設計多通道的船舶數據采集系統，提高船舶數據的實時采集和信息處理能力，提出基于DSP技術的船舶數據采集系統設計方案。數據采集系統采用聲吶傳感器進行船舶的聲信息、振動數據以及混響數據采集，采用TMS320C50DSP芯片作為船舶數據采集系統的核心處理芯片，數據采集系統包括傳感器模塊、濾波模塊、信號檢波模塊以及PCI總線傳輸模塊，在集成開發環境下進行船舶數據采集系統的硬件模塊化設計。最后進行系統測試，本文設計的數據采集系統的增益放大倍數為12dB，數據采集的時鐘頻率為33MHz，總線傳輸速率可達到264MB/s，性能指標表現優越。

關鍵詞：DSP；高速信號處理；船舶數據采集；系統設計

船舶數據采集是通過傳感器等敏感元件對船舶的環境信息、自身信息以及海洋周邊信息進行采集和信息處理的集成系統，船舶數據采集系統采集的船舶數據主要包括船舶的振動噪聲數據、機械數據、電機數據、海洋混響數據以及目標聲吶數據等，通過對船舶數據進行準確實時采集，實現對船舶的運行工況和運行狀態監測，提高船舶的穩定運行能力。同時，進行船舶數據的優化采集，在船舶目標識別、水下探測識別、船舶故障診斷以及船舶工況評估等領域具有很好的應用價值[1]。隨著高速信號處理芯片的運用和發展，采用集成的DSP芯片進行船舶數據采集系統設計具有可行性，DSP是專門用于信號處理的微處理器，通過敏感傳感器進行船舶數據的原始信息采樣，對采樣的船舶數據進行自適應濾波和信息融合處理，利用DSP芯片進行系統設計，實現船舶采集數據的信號分析和濾波檢測，提高船舶數據的集成分析和處理能力[2]，本文提出基于DSP技術的船舶數據采集系統設計方案，采用TMS320C50DSP芯片作為船舶數據采集系統的核心處理芯片，數據采集系統包括傳感器模塊、濾波模塊、信號檢波模塊以及PCI總線傳輸模塊，首先進行系統的硬件總體設計構架，然后進行船舶數據采集系統的功能模塊化設計，最后進行實驗分析，展示了本文方法在提高船舶數據采集能力方面的優越性。

1系統總體設計構架

1.1系統設計指標及器件選擇。本文設計的船舶數據采集系統能實現船舶回波檢測、水聲測量和信號濾波檢測功能，采集的船舶數據主要包括船舶的噪聲信息、振動數據以及混響數據，系統具有信號檢波濾波和頻譜分析功能，在船舶數據采集系統設計中，數據采集與信號處理系統設計是船舶數據采集系統的核心，在DSP中對接收的船舶數據進行FFT處理，分析船舶數據的頻譜信息，在原始數據采集中，采用水聲換能器基陣組成船舶傳感器網絡，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，船舶數據采集系統采用前向和后向雙通道數據采集模式設計，最后通過PCI集成總線進行多通道數據傳輸和物理信息轉換，提高船舶數據的集成處理能力[3]。1.2系統總體設計構架及功能模塊組成。本文設計的船舶數據采集系統分為3個主要模塊，分別為傳感器控制模塊、數據處理模塊、船舶數據是輸出模塊，根據上述技術指標和功能結構分析，得到本文設計的船舶數據采集系統的總體結構和模塊組成如圖1所示。根據上述總體設計構架，得出本文設計的船舶數據采集系統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]。根據上述功能分析，得到本文設計的船舶數據采集系統的功能模塊組成如圖2所示。

2系統硬件模塊化開發設計

本文設計的基于DSP技術的船舶數據采集系統以TMS320C50DSP芯片作為船舶數據采集系統的核心處理芯片[5]，在集成開發環境下進行船舶數據采集系統的硬件模塊化設計，其中DSP信號處理器對船舶傳感數據進行合理采樣，設定合理的采樣率，本文設計的船舶數據采集系統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境產生的噪聲信號和振動信號，并通過信號處理器進行檢測和頻譜分析，通過PCI總線將采集的傳感器信息輸入到信號檢波器中進行包絡放大和數據濾波處理，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，數據采集基陣的傳送率可達132MB/s，系統的數據傳輸速率通過ISA,EISA及MCA總線實現自適應控制，傳感器模塊的PCI9054LOCAL總線支持主模式（DirectMaster）和從模式（DirectSlave）的2種數據采集協議。2）濾波模塊。濾波模塊是船舶數據采集的噪聲濾波功能，由Mux101多路ADSP21160處理器對船舶數據采集系統的濾波電路進行單周期控制，采用自適應均衡處理方法進行船舶數據輸出通道的自適應均衡處理，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行信號增益控制，使用一個5階開關電容低通濾波器進行級聯濾波，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模式進行船舶數據采集后的信號檢波和增益放大處理，采用DSP作為信號處理器進行集成信號處理，采用并行外設接口（PPI）進行交流耦合處理，實現信號檢波和時序邏輯控制，信號檢波模塊的電路設計如圖3所示。5）PCI總線傳輸模塊。PCI總線傳輸模塊利用PCI建立船舶數據采集系統的橋接芯片，在每個功能模塊中進行多通道的船舶數采集，船舶數據采樣的總線時鐘由CLKBUF給出，采用CAN總線驅動器實現1.15～5.5V電平的自由轉換，得到船舶數據采集系統的總線傳輸模塊電路設計如圖4所示。根據上述設計，在PCB中進行船舶數據采集系統的集成開發設計。

3仿真實驗與結果分析

為了測試本文方法在實現船舶數據采集系統實現船舶數據優化采集的性能，進行仿真實驗，對船舶數據采集的實驗平臺建立在VisualDSP++開發環境基礎上，數據采集的初始采樣頻率設定為200kHz，采樣時間間隔為12ms，船舶數據采樣時長為1024，數據采樣轉換脈沖頻譜增益為24dB，得到數據采集輸出如圖5所示，分析可知，采用本文方法進行船舶數據采集，接收信號具有較高的頻譜增益，輸出信噪比較高，測試結果表明，本文方法進行數據采集增益放大倍數為12dB，數據采集的時鐘頻率為33MHz，總線傳輸速率可達到264MB/s，具有卓越的指標性能表現。

4結　語

通過對船舶數據進行準確實時采集，實現對船舶的運行工況和運行狀態監測，提高船舶的穩定運行能力。本文提出基于DSP技術的船舶數據采集系統設計方案，采用TMS320C50DSP芯片作為船舶數據采集系統的核心處理芯片，數據采集系統包括傳感器模塊、濾波模塊、信號檢波模塊以及PCI總線傳輸模塊。對船舶數據采集系統進行硬件設計，研究表明，本文設計的數據采集系統能準確采集船舶數據，輸出信噪比較高，抗干擾能力較強。

作者:李欣 單位:南充職業技術學院