LVDS的模块化测控系统设计范文

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《机电技术杂志》2014年第二期

1接口设计

作为高速传输方式，lvds接口在应用中的关键问题是如何保证其信号的完整性。1）模块间数据传输接口设计。数据在模块间的传输路径较短，因此其接口可直接由LVDS串化器及解串器组成。发送端采用LVDS串化器将数据以高速串行数据方式发送，接收端采用相对应的LVDS解串器将接收到的数据进行串/并转换。为完成电路环流，在差分数据接收端（DS92LV1224的数据输入端）跨接100Ω电阻。2）数据长线传输接口设计。由于中心节点模块与上位机间数据传输距离较远，为抵消LVDS长线传输的信号衰减，需在信号发送端对信号进行驱动，并在信号接收端对信号进行均衡以降低信号失真和畸变。长线传输容易使数据收发两端由于地电势差产生直流电，因此在差分信号输出端需采用隔直电容进行交流耦合。同时，采用一对相当于传输线1/2的电阻进行差分信号传输的源端匹配。

2系统信号传输协议设计

2.1传输协议模型设计为减少传输中的冗余数据，在本系统中未采用标准通信协议，仅保留了物理层、传输层及应用层。分析本测试系统所需完成的功能，在设计中提出了如图2所示的传输协议模型。图2信号采集系统传输协议模型物理层：即接口层，用于实现现场设备与传输媒质的连接，LVDS接口芯片可自动完成LVDS信号编码/解码、串/并（并/串）转换及信号同步。传输层：功能模块在传输层中将采集到的信号建帧上传至中心节点模块，并判定由中心节点转发的上位机指令是否指向本模块。中心节点模块在传输层中完成将功能模块上传的数据打包传送，上位机下发数据解包转发及数据流寻址控制功能。应用层：对接收到的指令及采集数据进行处理，执行各功能模块的专属任务。各功能模块在应用层所需完成的具体功能有所不同。

2.2数据传输帧结构上位机对各独立模块进行的指令控制及数据传输都是通过中心节点转发的，中心节点模块接受上位机控制，因此上位机占用传输线下发指令及数据的优先级高于各功能模块通过中心节点向上位机传送数据请求的级别。1）上位机向实时测控系统下发数据结构。上位机向实时测试系统下发数据结构如图3所示。其中，在向某一功能模块下发第一轮数据前加入目标指令，以明确下发数据的目标电路模块。在每轮数据发送前都加有控制指令、数据头标识，而在数据帧尾部加入数据尾标志，加入这些标志的目的均为进一步确保数据的成功接收，提高数据传输及接收的可靠性。中心控制模块对上位机下发数据中的目标指令部分进行判断，再将去掉目标指令的其余数据发送至目标模块。目标模块对接收到的数据进行判定，确定下发数据是否正确，并执行指令或发送数据。2）测控系统上传数据结构。由于本系统的数据采集通道较多，因此各功能模块在传输层需要对数据进行编帧处理，以供上位机对每一路数据进行识别（见图4）。各信号采集模块对采集数据进行循环读数，每读取一轮数据后增加帧计数及帧标识，再经中心节点模块打包上传。上位机通过对数据帧长度、帧计数及帧标识的判断，即可判定数据是否完整并计算出信号采集的时间。系统上电后信号采集模块开始进行帧计数，频率为1kHz，则32位的帧计数可提供时长为4194304s的计数时间，数据采集时间=帧计数时间+上电时间。帧标识的作用为标识一个数据帧的结束，以较小的数据帧为单位进行数据发送有助于差错控制。各信号采集模块经由中心节点模块向上位机传送数据时使用同一条传输通道，因此，中心节点模块在传输层需将各功能模块上传的数据进行打包，在上传数据包的前端及尾端增加不同的标识头及标志尾，以供上位机判断数据来源模块。

2.3差错控制如果采集数据中出现了与标识头或标识尾相同的数据，且两者间隔恰好与数据帧长度相同，则可能出现误判断，提取错误的采集量信息。因此中心模块上传数据时采用8字节急变数据作为标识头及标识尾，从而与系统所需采集的缓变信号形成反差，降低误判断的概率。如：模拟采集量的包头采用ABAB4545ABAB4545作为标识头，在16位信号中ABAB为较大数据，而4545则为较小数据，这组数据重复出现的概率低，同理在包尾采用5454BABA5454BABA作为标识尾，这样，两组数据组成的标识结构可有效地将数据标识与采集信号分离，从而保证数据传输的可靠性。

3测试结果及分析

将设置好的数据（见图5a）下发至信号源模块，再以200Mbps的速率通过模拟量采集模块读回后进行数据分离、显示。从读回的数据中可看出模拟量采集模块所上传数据的标识头及标识尾（见图5b），将打包数据进行分包解析后，显示出如图5c的模拟量采集重现波形，与所设置波形、频率、幅值、偏置值相一致。由实验结果得知，本文中所研究的基于LVDS拓扑结构的信号采集系统工作可靠，通信协议在降低冗余性的基础上保证了数据传输的可靠性；而模块化的星型拓扑结构与专用采集系统相比，不仅继承实时性强、易调试及高可靠性等优点，而且在通用性以及设计灵活性上都有所提高。

作者：陈昱同罗贵隆单位：山西职业技术学院