一種基于rs485和fpga的低功耗遠距離高速傳輸系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電子信息技術領域，具體涉及一種基于RS485和FPGA的低功耗遠距離高速傳輸系統。
【背景技術】
[0002]以太網以其傳輸速率高、距離遠等優點，目前已廣泛應用于各種實時信號處理的采集傳輸系統中，但由于以太網芯片功耗較大，在一些電池供電的采集傳輸系統中(如海洋聲學環境調查綜合浮標系統和海洋環境噪聲測量潛標)受到嚴重制約，假如浮標或潛標采集節點采用以太網傳輸技術進行設計時，每個采集節點至少需要300mA的電流，不能滿足浮標或潛標系統每個節點大約200mA電流的低功耗要求；假如采集節點采用基于傳統模擬鎖相環解調的基帶(曼徹斯特碼)傳輸技術進行設計時，每個采集節點不僅功耗大(電流大于300mA)，而且采集節點所需的體積也較大，不能滿足細線陣的板子尺寸(21*99mm)要求。在低功耗、小體積的遠距離高速傳輸要求的背景下，采用可編程邏輯器件FPGA代替傳統模擬鎖相環對基帶信號(曼徹斯特碼)進行解調，不僅降低了采集節點功耗，同時大大簡化了采集節點的硬件電路結構。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種基于RS485和FPGA的低功耗遠距離高速傳輸系統，用于海洋聲學環境調查綜合浮標系統的水聽器數據采集、傳輸和存儲。
[0004]本實用新型的目的是通過如下技術方案來完成的。這種基于RS485和FPGA的低功耗遠距離高速傳輸系統，該系統主要由8個陣段采集節點和I塊橋接板組成，每個陣段由4個水聽器、I個采集節點組成，每個采集節點用于采集發送4個水聽器通道的數據，每個采集節點都有4個高速串行輸入的RS485接口、4個高速串行輸出的RS485接口以及配置命令、同步時鐘的收發接口，8個陣段首尾相連，前面陣段的4個高速串行的RS485輸入接口、同步時鐘發送接口和配置命令發送接口與后面陣段的4個高速串行的RS485輸出接口、同步時鐘接收接口和配置命令接收接口一一對應相連，形成4條高速串行上行鏈路、I條時鐘下行鏈路和I條命令配置下行鏈路；橋接板用于控制配置命令、同步采樣時鐘下發以及對上行的4條高速基帶信號進行解碼、接收、緩存并按照相應的協議通過網絡接口轉發給記錄儀。
[0005]作為優選，采集節點在同步時鐘的控制下進行同步采樣和數據發送，每兩個節點共用一條傳輸鏈路，節點7、8共用鏈路1，節點8只需負責采集本陣段4個水聽器通道數據并發送，節點7除了采集發送本陣段的4個水聽器通道數據外還需接收轉發節點8的水聽器數據，節點I?6都打開鏈路I收發使能，轉發鏈路I的數據，充當中繼；依次類推，節點
5、6共用鏈路2，節點I?4都打開鏈路2收發使能，轉發鏈路2的數據，充當中繼，節點3、4共用鏈路3，節點I?2都打開鏈路3收發使能，轉發鏈路3的數據，充當中繼，節點1、2共用鏈路4。
[0006]作為優選，各個節點根據自己的位置信息關閉未用的高速收發接口，節點8關閉鏈路1、2、3、4收使能和鏈路2、3、4發使能，節點7關閉鏈路2、3、4收、發使能，節點6關閉鏈路2、3、4收使能和鏈路3、4發使能，節點5關閉鏈路3、4收、發使能，節點4關閉鏈路3、4收使能和鏈路4發使能，節點3關閉鏈路4收、發使能，節點2關閉鏈路4收使能。
[0007]本實用新型的有益效果為:基于RS485和FPGA的遠距離高速傳輸系統具有高帶寬(可滿足40Mbit/s)、傳輸距離遠、功耗低，同時硬件結構簡單，利用可編程邏輯器件FPGA代替傳統模擬鎖相環電路對傳輸鏈路的曼徹斯特碼進行解碼，大大降低了采集傳輸板尺寸和功耗要求，具有功耗低、結構簡單、傳輸距離遠的特點。
【附圖說明】
[0008]圖1本實用新型的結構示意圖。
[0009]圖2本實用新型的采集節點的組成框圖。
【具體實施方式】
[0010]下面將結合附圖和實施例對本實用新型做詳細的介紹:
[0011]基于RS485和FPGA的低功耗遠距離高速傳輸系統，采用可編程邏輯器件FPGA代替模擬鎖相環對傳輸鏈路中的基帶信號(曼徹斯特碼)進行解調以及調制，大大簡化了采集節點的硬件電路結構，使采集節點能夠滿足21*99mm尺寸的小型化要求，同時降低了功耗，8個采集節點電流總共約為1670mA，平均每個節點電流約為210mA，比以太網采集節點降低了將近90mA，8個節點總共節省了 700mA多，實現了系統低功耗要求；利用RS485接口進行數據傳輸能夠滿足陣段幾百米的傳輸要求，采用4條并行的高速串行鏈路能夠滿足40Mbit/s數據帶寬要求，最后通過橋接板對4條上行的基帶信號進行解碼、接收、緩存以及根據相應協議進行打包發送。該傳輸系統能夠很好滿足海洋聲學環境調查綜合浮標系統(32通道、40K采樣率)的數據傳輸帶寬和低功耗要求。
[0012]該傳輸系統主要包括以下幾項:
[0013]1、8段陣段之間數據傳輸；
[0014]2、電子艙橋接板數據匯聚；
[0015]1)8段陣段之間數據傳輸:本傳輸系統有8段陣段構成，每個段陣由4個水聽器、I個采集節點組成，每個采集節點負責采集發送4個水聽器通道的數據，根據40K采樣率、每通道24位計算所得每個采集節點數據量為3.84Mb/s，8段陣段數據依次上傳，8。為了滿足8段陣段可以任意互換，采集節點采用圖2所示的結構進行設計，每個采集節點都有4個高速串行輸入的RS485接口、4個高速串行輸出的RS485接口以及配置命令、同步時鐘的收發接口，8個陣段首尾相連，前面個陣段的4個高速串行的RS485輸入接口、同步時鐘發送接口和配置命令發送接口與后面陣段的4個高速串行的RS485輸出接口、同步時鐘接收接口和配置命令接收接口一一對應相連，節點通過命令配置接口接收以及轉發配置命令，完成節點自身位置信息配置，實現了 8段陣段可以任意互換的特點。命令配置完成后，采集節點在同步時鐘的控制下進行同步采樣和數據發送，該傳輸系統每兩個節點共用一條傳輸鏈路，節點7,8共用鏈路1，節點8只需負責采集本陣段4個水聽器通道數據并發送，節點7除了采集