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基于C8051f020單片機和UDP/IP協(xié)議實現(xiàn)地震勘測傳感器網(wǎng)絡的設計

來源：中電網(wǎng)

2021-09-22

類別：技術(shù)信息

拍明

原標題：基于C8051f020單片機和UDP／IP協(xié)議實現(xiàn)地震勘測傳感器網(wǎng)絡的設計

基于C8051f020單片機和UDP/IP協(xié)議實現(xiàn)地震勘測傳感器網(wǎng)絡的設計，主要涉及地震檢波技術(shù)的智能化和網(wǎng)絡化應用。以下是對該設計方案的詳細闡述：

一、設計背景與需求

隨著地震勘測技術(shù)向著精細測量方向發(fā)展，對頻帶寬、靈敏度高、失真度小的地震檢波技術(shù)提出了更高的要求。為了實現(xiàn)分布式監(jiān)測與信息處理，需要將傳感器網(wǎng)絡的思想應用于地震檢波中，構(gòu)建智能地震勘測傳感器網(wǎng)絡。

二、系統(tǒng)架構(gòu)設計

該設計方案提出了一種基于C8051f020單片機和UDP/IP協(xié)議的地震勘測傳感器網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡由分布在測試現(xiàn)場的各傳感節(jié)點和監(jiān)控主節(jié)點組成，基于以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建局域網(wǎng)，實現(xiàn)基于UDP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)通信。

三、關鍵技術(shù)與實現(xiàn)

1. 傳感節(jié)點設計

傳感節(jié)點主要由檢波器、智能控制單元和網(wǎng)絡接口三部分組成：

檢波器：基于PTAC（交流相位跟蹤零差解調(diào)算法）原理，對從光探測器（PIN）輸出的調(diào)制信號進行解調(diào)，并向干涉系統(tǒng)中的相位調(diào)制器輸出載波信號和補償信號。該部分采用模擬電路的方法進行設計，以確保解調(diào)的實時性。
智能控制單元：主要由C8051f020單片機和存儲器構(gòu)成。單片機對解調(diào)后的信號進行采樣，并利用其片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。該轉(zhuǎn)換器的精度為12bit，轉(zhuǎn)換速度可達100KSps，滿足對解調(diào)信號的采樣要求。隨后，單片機將相關數(shù)據(jù)通過UDP/IP協(xié)議進行網(wǎng)絡傳輸。
網(wǎng)絡接口：選用10Mbps的RTL8019AS芯片作為網(wǎng)絡接口，通過地址/數(shù)據(jù)線復用方式與C8051f020單片機連接，實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸。

2. 數(shù)據(jù)傳輸與通信協(xié)議

數(shù)據(jù)傳輸：傳感節(jié)點接收監(jiān)控主節(jié)點的采樣命令后，啟動采樣并將數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)。當緩沖區(qū)滿時，將節(jié)點標志信息和采樣數(shù)據(jù)封裝成UDP報文，通過RTL8019AS進行發(fā)送。
通信協(xié)議：基于UDP/IP協(xié)議進行網(wǎng)絡通信。UDP協(xié)議具有簡單、高效的特點，適用于對實時性要求較高但對可靠性要求不高的數(shù)據(jù)傳輸場景。在該設計中，通過自定制精簡UDP/IP協(xié)議棧，去除不必要的路由等協(xié)議，提高通信效率。

3. 解調(diào)與信號處理

解調(diào)電路設計：解調(diào)電路的設計包括前置放大電路、乘法電路、帶通濾波器和低通濾波器等部分。這些電路共同作用，實現(xiàn)對調(diào)制信號的精確解調(diào)和誤差信號的補償，減小信號漂移對系統(tǒng)的影響。
信號處理：通過PTAC解調(diào)算法和溫度補償原理，實現(xiàn)對地震加速度信號的精確檢測和處理。實驗結(jié)果表明，該節(jié)點可以對10～1000Hz的加速度信號進行解調(diào)，且對溫度漂移有良好的抑制作用。