基于DDS的礦山信號(hào)處理系統(tǒng)研究

黨志軍，任俊軍，吳甜甜

（鄭州成功財(cái)經(jīng)學(xué)院，信息與機(jī)電工程學(xué)院，河南 鞏義 451200）

礦山信號(hào)處理是利用信號(hào)自身的組抗性特征，同時(shí)采取聲電轉(zhuǎn)換裝置來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的收發(fā)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而利用電壓器來發(fā)射電壓以此來進(jìn)行礦山周圍信號(hào)的數(shù)據(jù)采集及功率放大等。本文所研究的基于DDS的礦山信號(hào)處理系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)礦山信號(hào)采集、信號(hào)處理以及信號(hào)識(shí)別等領(lǐng)域當(dāng)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

基于DDS的礦山信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，在信號(hào)輸入和輸出端都能夠有效的反映出信號(hào)的類型以及信號(hào)的脈寬，最終實(shí)現(xiàn)信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換及信號(hào)測(cè)量，從而進(jìn)行信號(hào)波束處理，最終實(shí)現(xiàn)多功能的礦山通信信號(hào)處理。

1 系統(tǒng)整體構(gòu)架研究

基于DDS的礦山信號(hào)處理系統(tǒng)采取了STC89C52來作為AD電路的外圍器件，同時(shí)它還采取了數(shù)字式頻率合成器DDS來進(jìn)行信號(hào)調(diào)制和限號(hào)出來，最終實(shí)現(xiàn)了礦山信號(hào)的匹配濾波放大及可控增益放大。與此同時(shí)，它還使用了低功耗的S3C240作為系統(tǒng)的核心板，以此來實(shí)現(xiàn)礦山通信信號(hào)的多渠道采集及處理。

2 系統(tǒng)硬件研究

本文所研究的基于DDS的礦山信號(hào)處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括了兩部分，分別是礦山信號(hào)處理器模塊的設(shè)計(jì)和信號(hào)處理通信總線的設(shè)計(jì)，它們二者的結(jié)合能夠有效的實(shí)現(xiàn)礦山信號(hào)處理的采集。系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)主要包括以下五大模塊：自動(dòng)增益控制模塊、濾波電路模塊、復(fù)位電路模塊、上位機(jī)通信模塊以及模擬信號(hào)預(yù)處理模塊。

2.1 自動(dòng)增益控制模塊

自動(dòng)增益控制模塊是實(shí)現(xiàn)礦山信號(hào)采集后的通信信道和增益放大的均衡功能，它主要以DDS為主控芯片，同時(shí)構(gòu)建自動(dòng)增益放大模塊建波電路，以此將收集到的礦山信號(hào)輸出到A/D裝換器當(dāng)中進(jìn)行采樣，實(shí)現(xiàn)礦山通信信號(hào)的頻譜分析與增益放大。

2.2 濾波電路模塊

濾波電路模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)礦山信號(hào)的抗干擾濾波，以此來使輸出的礦山信號(hào)實(shí)現(xiàn)理想狀態(tài)下的增益，把增益值控制在-80dB～80dB之間，同時(shí)采取DDS技術(shù)開展濾波電路的程序放大設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的可調(diào)電阻，以此來實(shí)現(xiàn)礦山通信信號(hào)的逐級(jí)當(dāng)大輸出。

2.3 上位機(jī)通信模塊

上位機(jī)通信模塊是實(shí)現(xiàn)基于DDS的礦山信號(hào)處理系統(tǒng)信號(hào)傳輸和信號(hào)交互的功能模塊。通過CPLD編程來進(jìn)行ADM706SAR礦山通信信號(hào)總線的設(shè)計(jì)，同時(shí)在利用DSP單獨(dú)構(gòu)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)code，在此基礎(chǔ)之上，把信號(hào)數(shù)據(jù)由DMA控制器進(jìn)行讀取或者寫入，以此來使實(shí)現(xiàn)礦山信號(hào)的收發(fā)和轉(zhuǎn)換。

3 系統(tǒng)軟件研究

基于DDS的礦山信號(hào)處理系統(tǒng)在進(jìn)行IED信號(hào)采集和信號(hào)交互需要DDS作為中間件，以此來獲取相應(yīng)活動(dòng)的信號(hào)。

根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行具體分為以下幾個(gè)步驟：信號(hào)顯示、信號(hào)查詢和調(diào)度控制。

3.1 信號(hào)顯示

信號(hào)顯示主要包括礦山的基本信息、基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀況以及實(shí)時(shí)曲線顯示等內(nèi)容。礦山的每日信號(hào)收發(fā)數(shù)量是系統(tǒng)檢測(cè)的重要內(nèi)容，同時(shí)它也是系統(tǒng)運(yùn)行的最終目的，在獲取信息之后要及時(shí)進(jìn)行人機(jī)交互，以此來挖掘信號(hào)數(shù)據(jù)的最大價(jià)值。

3.2 歷史信號(hào)查詢

歷史信號(hào)查詢是從歷史數(shù)據(jù)庫里面讀取事故發(fā)生時(shí)期的相關(guān)設(shè)備信息，從而為事故的成功解決提供有效的幫助。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)報(bào)警事故時(shí)，系統(tǒng)平臺(tái)不僅僅能夠有效的顯示出事故報(bào)警的來源、事故的類型以及事故的時(shí)間等信息，同時(shí)系統(tǒng)還能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)錄入到歷史信號(hào)系統(tǒng)庫當(dāng)中，方便日后的查詢，為日后數(shù)據(jù)查詢打下基礎(chǔ)。

4 實(shí)驗(yàn)論證分析

為了保證本文所研究的基于DDS的礦山信號(hào)處理系統(tǒng)具有有效的實(shí)效性，進(jìn)行了此次實(shí)驗(yàn)論證分析。如表1所示為相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的礦山信號(hào)處理系統(tǒng)相比較，本文所研究的基于DDS的礦山信號(hào)處理系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其信號(hào)收集范圍較大、收集成本較低、收集周期較短，并且其信號(hào)收集率相對(duì)較高，高達(dá)92%。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

5 結(jié)語

本文研究了基于DDS的礦山信號(hào)處理系統(tǒng)，采取了硬件設(shè)計(jì)方法對(duì)自動(dòng)增益控制模塊、濾波電路模塊、復(fù)位電路模塊、上位機(jī)通信模塊以及模擬信號(hào)預(yù)處理模塊進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)。

通過研究表明，所設(shè)計(jì)的基于DDS的礦山信號(hào)處理系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，改善了礦山通信信號(hào)處理的性能。