基於網際網路的訊號傳輸系統

2021-09-27 09:03:50 字數 2150 閱讀 3750

參加完電子設計競賽不知不覺快過去兩個月了,今天小剛寫一下當時我們這道題的方案。

本系統基於網際網路的訊號傳輸系統採用stm32f407zgt6和fpga cyclone iv作為主控晶元,對訊號進行取樣和處理。系統由幅度測量電路、頻率測量電路、訊號傳輸電路、訊號處理電路、模擬輸出電路等部分組成。fpga採得一點的相位和幅度資訊後,通過stm32和乙太網交換機傳輸給模擬輸出電路,模擬輸出電路把點資訊寫入暫存器並迴圈讀暫存器產生訊號,可通過按鍵切換選擇恢復一路或者兩路的訊號。相位同步通過傳送端和接收端互傳含時間戳的資料報實現,由接收端快速收發同步資料求出延時補償。

本系統由幅度測量電路、頻率測量電路、訊號傳輸模組、訊號處理模組、模擬輸出電路五部分組成。幅度測量電路和頻率測量電路從訊號中提取出相位、幅度和頻率等資訊,傳輸給微控制器。a、b端的微控制器與c端微控制器進行網路通訊,構成訊號傳輸模組。網路延時等於c端傳送給a、b端同步資料報再立即返回所需時間的一半,求出延時補償後對資料報中的時間戳進行修正。c端的訊號處理模組以大容量的xilinx artix-7 fpga為核心,以暫存器為儲存單元,儲存已經壓縮成500個點以內的訊號資料,模擬輸出電路迴圈讀取儲存單元即可輸出訊號。按鍵可以切換再生a和b訊號。

1.網際網路傳輸策略

網際網路傳輸以探索者stm32f4開發板為核心,使用udp協議。傳送端a、b端傳至接收端c端的報文如下:1位傳送端標誌「a」或「b」+3位十進位制相位+3位十進位制幅度值+7位十進位制訊號頻率。資料傳輸報文如圖2所示。

2.網路時間延遲測量及補償

網路延遲資料報每秒傳送一次,用於求得網路延遲。方法是由c端傳送乙個只含乙個字元「t」的資料報,同時開啟計時器計數。a和b端接收後立馬返回乙個同樣的資料報,c端接收到後停止計時器,網路延遲等於計時器計時的一半。

另外,a和b端會不停地向c端傳送同步資料報,報文如下:1位傳送端標誌「a」或「b」+63位當前時間戳+3位十進位制幅度值。這個同步資料報的意義是:傳送端在指定的時間戳,訊號執行到了指定的相位,將這個目標相位和當前相位比較,再小幅度增大或減小輸出訊號的週期以接近目標相位,這樣就能夠同步訊號。同步資料報文如圖3所示。

硬體電路設計
輸入訊號為週期訊號,由於要採集輸入訊號的週期,所以要將輸入訊號通過比較器tlv3501將其轉為週期性的矩形波訊號給fpga進行處理,測量其週期大小。由於輸入幅值可變,所以通過遲滯比較器,將門限電壓設定在零點附近,后級採用電壓更隨器實現訊號隔離和阻抗匹配。比較器電路如圖5所示。

3)濾波電路

由於最後一級的輸出訊號是通過dac產生電所以要加一級低通平滑濾波器,濾波器採用7階橢圓濾波器,將截止頻率設定在10mhz。採用filter-solutio軟體設計引數,濾波器電路引數如圖6所示。

電源原理圖:

adc採用的是adc10065:

dac為dac904:

這道題做下來感覺平時硬體的訓練都沒有用武之地,這道題關鍵在軟體,軟體也調的心累,主要是相位同步吧。

四天三夜基本靠軟體,不過資料傳輸過程中會在通道裡引入干擾,最後濾波器比較重要。那幾天真的是心有餘而力不足,雖然最後結果還算滿意但是還有一絲絲不甘心——審題不仔細漏掉好幾個得分點。

接下來要多學學軟體,學學演算法。

保持初心,保持進步吧!

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